阅读说明：本技术 高灵敏度lvdt的计算方法及高灵敏度lvdt设计绕线的工艺 (Calculation method of high-sensitivity LVDT and winding design process of high-sensitivity LVDT ) 是由 周胜仁 孔致鹏 陈玉财 林坤艺 翁新全 许静玲 刘瑞林 柯银鸿 于 2020-04-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种高灵敏度LVDT的计算方法及高灵敏度LVDT设计绕线的工艺,将次级线圈1-2和次级线圈2-2分别相对次级线圈1-1和次级线圈2-1反向绕制,然后根据公式<Image he="150" wi="331" file="DDA0002471529300000011.GIF" imgContent="drawing" imgFormat="GIF" orientation="portrait" inline="no"></Image>计算次级线圈1-1、次级线圈1-2、次级线圈2-1和次级线圈2-2的具体层数,再根据每层匝数计算公式,设计出每层的具体匝数。本发明可满足小行程高灵敏度要求。(The invention discloses a calculation method of a high-sensitivity LVDT and a winding design process of the high-sensitivity LVDT, wherein a secondary coil 1-2 and a secondary coil 2-2 are respectively reversely wound relative to the secondary coil 1-1 and the secondary coil 2-1 and then are wound according to a formula And calculating the specific number of layers of the secondary coil 1-1, the secondary coil 1-2, the secondary coil 2-1 and the secondary coil 2-2, and designing the specific number of turns of each layer according to a calculation formula of the number of turns of each layer. The invention can meet the requirements of small stroke and high sensitivity.)

高灵敏度LVDT的计算方法及高灵敏度LVDT设计绕线的工艺

技术领域

本发明涉及传感器的技术领域，特别是指一种高灵敏度LVDT的计算方法及高灵敏度LVDT设计绕线的工艺。

背景技术

目前国内微型LVDT要求在很小的行程范围内，输出特定的灵敏度和拥有特定的输入阻抗。微型LVDT由于尺寸小，要求的电气行程也小，国内一般采用次级线圈平绕方式实现微型LVDT特定灵敏度的设计。且次级线圈的次级1-1和次级1-2同向绕制，次级2-1和次级2-2也同向绕制。

虽然当前这种绕线方式能解决微型LVDT在小行程范围内实现小灵敏度的要求。但无法解决小行程实现高灵敏度的要求。例如，当产品总长11mm的LVDT采用当前平绕方式就无法设计出产品在行程+0.8mm处的灵敏度为0.3。因此，很有必要在现有技术的基础之上改进平绕方案使其能实现小行程高灵敏度的要求。

发明内容

本发明的目的之一在于提供一种现有平绕方式的灵敏度的计算方法，实现特定灵敏度的设计。

为解决上述问题，本发明采用的技术方案如下：

一种高灵敏度LVDT的计算方法，设定铁芯长为L，行走的位移为δ，次级线圈1-1和2-1左右对称且均为b层平绕，次级线圈1-2和2-2左右对称且均为c层平绕，次级线圈1-2和次级线圈2-2分别相对次级线圈1-1和次级线圈2-1同向绕制，根据以下公式：

得到灵敏度的绝对值|w|最大不超过

通过上述计算公式，可得出当前国内的平绕方案能实现的最大灵敏度为

本发明的主要目的在于克服现有技术的不足，提供一种可以满足小行程高灵敏度要求的高灵敏度LVDT的计算方法及设计绕线的工艺。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种高灵敏度LVDT的计算方法，设定铁芯长为L，行走的位移为δ，次级线圈1-1和2-1左右对称且层数均为b，次级线圈1-2和2-2左右对称且层数均为c，且b＞c，次级线圈1-2和次级线圈2-2分别相对次级线圈1-1和次级线圈2-1反向绕制，按照以下公式：

得出平绕方式的灵敏度的绝对值|w|为大于的任意值。

采用上述方法后，通过公式可知，新的平绕方式可设计出任意大于的高灵敏度方案，设计时，由于最大行程的灵敏度w、铁芯长度L、铁芯移动位移δ均是确定的，故可以根据上述公式得出具体的次级线圈1-1、次级线圈2-1、次级线圈1-2和次级线圈2-2的层数，可以满足小行程高灵敏度要求。

本发明的另一目的在于提供一种可以满足小行程高灵敏度要求的高灵敏度LVDT设计绕线的工艺。

为了达成上述目的，本发明的解决方案是：

一种高灵敏度LVDT设计绕线的工艺，其包括以下步骤：

步骤一：设定铁芯长为L，行走的位移为δ，次级线圈1-1和2-1左右对称且均为b层平绕，次级线圈1-2和2-2左右对称且均为c层平绕；

步骤二：将次级线圈1-2和次级线圈2-2分别相对次级线圈1-1和次级线圈2-1反向绕制，且b＞c，建立灵敏度w的计算公式：

得出灵敏度的绝对值

步骤三：设定铁芯长度为L＝L₀，w＝w₀，铁芯运动的位移δ＝δ₀，整个骨架有效绕线长度为S，则根据公式(2)可以得出b和c的关系，即得出次级线圈1-1或次级线圈2-1与次级线圈1-2或次级线圈2-2的层数比，结果如下：

当产品只规定激励电压，没规定输出电压及外形限制尺寸时，c可以取任意大于0的正数，这样，b值也就确定了；

步骤四：设定次级线圈1-2和次级线圈2-2的总匝数均为d为漆包线直径，层数按如下方式计算：

c为正数，则任意c可以用c＝n+k表示，n为大于或等于0的整数，k为大于等于0且小于1的小数；

则次级线圈1-2和次级线圈2-2的层数为n+1层，且前n层的每层的匝数为第n+1层匝数为

步骤五：当c＝c₀，则次级线圈1-1和次级线圈2-1的总匝数均为同理，b也可用b＝m+t表示，m为大于或等于0的整数，t为大于等于0且小于1的小数。

则次级线圈1-1和次级线圈2-1的层数为m+1层，且前m层的每层的匝数为第m+1层匝数为

通过上述步骤，可以设计出满足小行程高灵敏度要求的LVDT。

本发明的再一目的在于提供一种可设计出任意灵敏度要求的LVDT设计绕线的工艺。

为了达成上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种高灵敏度LVDT设计绕线的工艺，其包括以下步骤：

步骤一：设定铁芯长为L，行走的位移为δ，次级线圈1-1和次级线圈2-1左右对称且层数均为b，次级线圈1-2和次级线圈2-2左右对称且层数均为c层；

步骤二：当次级线圈1-2和次级线圈2-2分别相对次级线圈1-1和次级线圈2-1同向绕制，建立灵敏度w的计算公式：

由公式可知，当前平绕方式能设计出的最大灵敏度不超过

步骤三：当次级线圈1-2和次级线圈2-2分别相对次级线圈1-1和次级线圈2-1反向绕制，且b＞c，建立灵敏度w的计算公式：

得出灵敏度的绝对值故新的平绕方式可设计出任意大于的高灵敏度方案；

步骤四：设定铁芯长度为L＝L₀，w＝w₀，铁芯运动的位移δ＝δ₀，整个骨架有效绕线长度为S，则根据公式(2)可以得出b和c的关系，即得出次级线圈1-1或次级线圈2-1与次级线圈1-2或次级线圈2-2的层数比，结果如下：

当产品只规定激励电压，没规定输出电压及外形限制尺寸时，c可以取任意大于0的正数，这样，b值也就确定了；

步骤五：设定次级线圈1-2和次级线圈2-2的总匝数均为d为漆包线直径，层数按如下方式计算：

c为正数，则任意c可以用c＝n+k表示，n为大于或等于0的整数，k为大于等于0且小于1的小数；

则次级线圈1-2和次级线圈2-2的层数为n+1层，且前n层的每层的匝数为第n+1层匝数为

步骤六：当c＝c₀，则次级线圈1-1和次级线圈2-1的总匝数均为同理，b也可用b＝m+t表示，m为大于或等于0的整数，t为大于等于0且小于1的小数。

则次级线圈1-1和次级线圈2-1的层数为m+1层，且前m层的每层的匝数为第m+1层匝数为

采用上述步骤一至步骤六可设计出任意灵敏度要求的LVDT。

附图说明

图1为现有线圈平绕的绕线示意图。

图2为本发明线圈平绕的绕线示意图。

具体实施方式

为了进一步解释本发明的技术方案，下面通过具体实施例来对本发明进行详细阐述。

本发明的设计理念为：根据国内当前的平绕方案建立了现有平绕方案的灵敏度理论计算公式：假设次级线圈1-1和2-1是b层平绕(如图1所示)；次级线圈1-2和2-2是c层平绕，且次级1-2和2-2的绕线方向均分别与次级1-1和2-1同向。推导出传感器的灵敏度w与次级1-1或2-1层数b、次级1-2或2-1层数c、位移δ、铁芯长度L之间的关系：w＝2δ*(b-c)/L/(b+c)。通过当前公式可知，当前国内的平绕方案能实现的最大灵敏度在理论上也只有若将次级1-2和2-2的绕线方向均分别与次级1-1和2-1反向，则新设计的灵敏度为：w＝2δ*(b+c)/L/(b-c)。通过公式可知，该新的平绕方式最大灵敏度w可为大于的任意值。设计时，由于最大行程的灵敏度w、铁芯长度L、铁芯移动位移δ均是确定的，故可根据公式得出具体的次级1-1、次级2-1、次级1-2和次级2-2的层数。再根据每层匝数计算公式，计算出每层的具体匝数。

若要设计处一种满足所有灵敏度要求的LVDT，可以采用以下方案实现：

一种高灵敏度LVDT设计绕线的工艺，其包括以下步骤：

步骤一：设定铁芯长为L，行走的位移为δ，次级线圈1-1和次级线圈2-1左右对称且层数均为b，次级线圈1-2和次级线圈2-2左右对称且层数均为c层；

步骤二：当次级线圈1-2和次级线圈2-2分别相对次级线圈1-1和次级线圈2-1同向绕制，建立灵敏度w的计算公式：

由公式可知，当前平绕方式能设计出的最大灵敏度不超过

步骤三：当次级线圈1-2和次级线圈2-2分别相对次级线圈1-1和次级线圈2-1反向绕制，且b＞c，建立灵敏度w的计算公式：

得出灵敏度的绝对值故新的平绕方式可设计出任意大于的高灵敏度方案；

步骤四：设定铁芯长度为L＝L₀，w＝w₀，铁芯运动的位移δ＝δ₀，整个骨架有效绕线长度为S，则根据公式(2)可以得出b和c的关系，即得出次级线圈1-1或次级线圈2-1与次级线圈1-2或次级线圈2-2的层数比，结果如下：

当产品只规定激励电压，没规定输出电压及外形限制尺寸时，c可以取任意大于0的正数，这样，b值也就确定了；

步骤五：设定次级线圈1-2和次级线圈2-2的总匝数均为d为漆包线直径，层数按如下方式计算：

c为正数，则任意c可以用c＝n+k表示，n为大于或等于0的整数，k为大于等于0且小于1的小数；

则次级线圈1-2和次级线圈2-2的层数为n+1层，且前n层的每层的匝数为第n+1层匝数为

步骤六：当c＝c₀，则次级线圈1-1和次级线圈2-1的总匝数均为同理，b也可用b＝m+t表示，m为大于或等于0的整数，t为大于等于0且小于1的小数。

则次级线圈1-1和次级线圈2-1的层数为m+1层，且前m层的每层的匝数为第m+1层匝数为

根据以上工艺，如图2所示，为本发明的其中一种具体实施方式：

假定铁芯长度L＝8mm，骨架有效绕线长度S为11mm，铁芯运动的位移δ为0.8mm，铁芯移动0.8mm时的灵敏度w为0.3。产品初次级线圈的漆包线线径均为0.098mm(含绝缘皮)。当初级线圈层数a为6层，匝数为673匝时，次级线圈绕线方式设计和计算如下：

根据公式(2)得b＝5c(c值可以取任意正数)。

假设当c取1.5，则b取7.5。则次级线圈1-2和次级线圈2-2均以0.098mm的间隙密绕1层，匝数为56匝；再稀绕一层，匝数为28匝。同理，次级线圈1-1和次级线圈2-1先以0.098mm的间隙密绕7层，每层匝数为56匝；再稀绕一层，匝数为28匝。

上述实施例和图式并非限定本发明的产品形态和式样，本发明所涉及到的计算公式和由公式推导出的绕线工艺均落入本发明的保护范畴，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。