差动变压器式位移测量系统设计、制作及其精度分析毕业论文.docx

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文

哈尔滨理工大学测控技术与仪器专业学年设计报告

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哈尔滨理工大学

学年设计

题目：差动变压器式位移测量系统设计制作及其精度分析

班级：测控10-5

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目录

TOC\o"1-3"\h\z\u第1章绪论 2

1.1课程设计目的意义 2

1.2课程设计任务 2

1.3课程设计时间安排 2

第2章总体方案设计 3

2.1工作原理 3

2.2系统组成 7

第3章硬件电路设计 8

3.1传感器设计 8

3.2转换电路设计 9

3.3振荡电路设计 12

3.4仿真实验13

第4章系统标定、测试与精度分析 17

4.1传感器参数设计 17

4.2实验数据 18

4.3数据处理 18

结论 19

致谢 20

参考文献 21

心得体会 22

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绪论

课程设计目的意义

这门课程是在测控技术专业学生学习了误差理论、测控电路和传感技术课程之后开设的综合性的实践课程，通过本课程的训练，除了使学生掌握误差理论、传感技术和测控电路的基本理论，主要致力于培养学生综合运用误差理论、测控电路和传感技术相关理论知识，合理地选择、使用、设计、制作、调试传感器以及变送电路的能力，尤其是培养学生建立测量误差存在于测量全过程的概念，掌握测试结果数据处理方法、误差分析方法以及精度评定方法。采用异步教学方法组织实践教学，培养学生自主学习能力、动手能力与创新能力。

课程设计任务

设计传感器

根据传感器的工作原理，设计差动变压器式电感传感器。包括传感器参数设计和架构设计。

测绘传感器

对给定的差动变压器式电感传感器进行结构尺寸测绘，包括初级线圈，次级线圈，铁芯，线圈骨架，外壳等部分。

画出传感器的结构图。

采用分立元件设计差动变压器式电感传感器的转换及调理电路，给出各元器件参数，并画出电路的原理图。

设计并加工制作PCB板。焊接电路板，并完成电路板的调试，输出要求的直流信号。

对所设计的位移测量系统进行标定。对该系统给定标准位移输入信号，测出系统输出信号，并对所获得数据进行数据处理，建立回归方程，进行方差分析及显著性检验，给出回归精度估计。

用所设计位移测量系统对某一位移量进行测量，给出测量结果及其测量不确定度。

撰写课程设计报告,内容包括：目录、设计题目、方案讨论、设计计算

课程设计时间安排

课程实践学时2周，主要内容及时间安排可大致分配如表1。

表1学年设计内容及时间分配

阶段

实践内容

时间（天）

第一阶段

选题、查阅资料、不同方案分析与比对，最优方案确定；传感器设计及变送电路设计，调试解调电路设计；Multisim绘制电路原理图及仿真实验

3(15-17日)

第二阶段

调制解调电路调试；转换电路及放大电路调试

4（18-21日）

第三阶段

测试系统标定实验；相应参数测量实验及精度分析

2（24-25日）

第四阶段

答辩

1（26日）

总体方案设计

工作原理

差动变压器式位移传感器（简称LVDT）由于具有工作可靠度，输出电压精度高，线性度好，结构简单，使用寿命长，环境适应性强等优点而较其他传感器得到更广泛的应用，它的工作原理类似于变压器，不同的是变压器是闭合磁路，而LVDT是开磁路。按磁路几何参数变化形成的不同可将LVDT分为变气隙式，变截面式，螺管式3种。变气隙式的优点是灵敏度高，缺点是测量范围小，非线性严重，由于这些缺点，近年来很少使用；螺管式的灵敏度较低，但其示值范围大，自由行程可以任选安排。制造装配也较方便，因而有着最广泛的应用。螺管式差动变压器式位移传感器按线圈排列形成不同主要有二段型，三段型，四段型和五段型等。三段型的零点电压较小，二段型比三段型灵敏度高，线性范围大，四段型和五段型都是为了改善传感器的线性度而采用的结构。

重点讨论2.1图，由图可知LVDT主要包括铁心，骨架，激磁绕组，2个对称分布的输出绕组及外壳等，它是将被测位移量的变化转换成磁路磁阻变化引起线圈互感M变化的一种装置。当激磁绕组接入激励电源后，输出绕组将产生感应电压，互感变化时，输出电压将做相应的变化，又因2个输出绕组接成差动形式，即2个感应电动势反向串接，故常称为差动变压器式位移传感器

在理想情况下（不计线圈寄生电容及铁心损耗），LVDT等效电路如图2.3所示：其中，e1为激磁绕组激励电压；