辊缝测量仪原理与设计

　　1 测量仪工作原理

　　辊缝测量仪由测量仪电源和与之相配套的4只位移传感器级成,每台测量仪有4个通道输出,并有两两求和,而后分别求平均值与差值等运算,可用来测量伸长、移动、膨胀、应变、辊缝等测厚测宽装置,广泛应用于钢厂、机械加工、建筑、冶金、科研院校等,具有测控精度高、性能可靠、工作稳定、使用方便等特点。测量仪由电源部分、振荡器、功率放大器、检波、滤波器,加、减法器等构成。电源部分提供?5V电压,供给整个信号源作工作电压;振荡器产生3kHz的稳幅正弦波信号;功率放大器用以提高输出电流;检波、滤波器将传感器次级电压变成直流电压;加、减法器将信号按要求进行处理,见原理方框图1。

　　2 影响辊缝测量仪稳定性因素

　　从差动变压器(LVDT)传递函数可知:输出电压Vo:

　　式中Ep—初级激励电压

　　Rp、Rs—初次级线圈电阻

　　Ip—初级电流

　　Lp、Ls—初次级电感

　　RL—负载电阻

　　Mx—初次级线圈之间互感

　　Vo是传感器初级激励电压频率fx、温度tb、时间T的多元函数,从激励电源、传感器到检测放大电路各个环节,对其输出稳定性都有影响。

　　2.1 温度特性

　　温度变化主要影响位移传感器的初级线圈的铜线电阻Rp,以及次级线圈电阻Rs和检测电路的失调漂移。

　　铜的温度系数α=014%/e,次级线圈感应电动势V当Rp随温度变化时

　　Q=ωLp/Rp越大,α影响越小。

　　2.2 零点漂移

　　由于工艺原因,加工出来的传感器两组次级线圈不可能完全一致,当温度变化时,引起整个输出曲线平移,其主要原因是激励电压幅度变化和检测电压温度漂移。

　　2.3 灵敏度漂移

　　除零点漂移引起输出曲线平移外,主要来源于初级激励电流,Ip的变化,引起灵敏度漂移。

　　2.4 检测放大电路温漂

　　主要为失调电压温漂AVIO,失调电流温漂AIIO.

　　3 辊缝测量仪设计

　　3.1 高稳定正弦波电源设计

　　由一个低通滤器和密勒积分器构成正弦波发生器运放,Nsi和R1、Rs、C5、C6是每10倍频程衰减12dB的低通滤波器,它有90b的相位滞后,而运放Nsi和R2、C7是密勒积分器,它可以提供90b的相位超前,其振荡频率,其振幅由稳压二极管V1、V2限定,其稳定系数可达2x10^-5/°C和5x10^-5/24h.

　　3.2 位移传感器设计

　　3.2.1 线圈结构设计

　　从(2)式可知,提高初级线圈电感Lp、减小Rp是提高Q的有效途径,f=1kHz时,Q=3是不难的,提高激励电源频率f是提高Q的另一条途径,当f=3kHz时,Q可达8~10,这样,ΔV/ V可达到(1-2)x10^-4/°C.