差動(dòng)傳感器作用：差動(dòng)變壓器式傳感器的工作原理及應(yīng)用
差動(dòng)變壓器式傳感器的工作原理
螺線管式差動(dòng)變壓器結(jié)構(gòu)如圖4-10所示，它由初級(jí)線圈、兩個(gè)次級(jí)線圈和插人線圈中央的圓往形鐵芯等組成。
差動(dòng)變壓器式傳感器中兩個(gè)次級(jí)線圈反向串聯(lián).并且在忽略鐵損、導(dǎo)磁體磁限和線圈分布電容的理想條件下，其等效電路如圖4-11所示.當(dāng)初級(jí)繞組w1加以激勵(lì)電壓亡，時(shí)，根據(jù)變壓器的工作原理，在兩個(gè)次級(jí)繞組W2s和W2b中便會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電勢E2a和E2b。如果工藝上保證變壓器結(jié)構(gòu)完全對稱，則當(dāng)活動(dòng)銜鐵處于初始平衡位置時(shí).必然會(huì)使兩互感系數(shù)M1=M2.根據(jù)電磁感應(yīng)原理，將有E2a=E2b。由于變壓器兩次級(jí)繞組反向串聯(lián)，因而U2=E2a-E2b，即差動(dòng)變壓器輸出電壓為零。
當(dāng)活動(dòng)銜鐵向上移動(dòng)時(shí).由于磁阻的影響,w2a中磁通將大于W2b，使Ml > M2，因而E2a增加，而E2b減小。反之，w2b增加，w2a減小。因?yàn)閁2=E2a-E2b，所以當(dāng)E2a、E2b隨著銜鐵位移x變化時(shí)，U2也必將隨x變化。圖4-12給出了變壓器輸出電壓認(rèn)與活動(dòng)銜鐵位移x的關(guān)系曲線。實(shí)際上.當(dāng)銜鐵位于中心位置時(shí)，差動(dòng)變壓器輸出電壓并不等于零，我們把差動(dòng)變壓器在零位移時(shí)的愉出電壓稱為零點(diǎn)殘余電壓，記作Ux,它的存在使傳感器的輸出特性不過零點(diǎn)，造成實(shí)際特性與理論特性不完全一致。零點(diǎn)殘余電壓產(chǎn)生的原因主要是傳感器的兩次級(jí)繞組的電氣參數(shù)與幾何尺寸不對稱，以及磁性材料的非線性等問題引起的。
零點(diǎn)殘余電壓的波形十分復(fù)雜，主要由基波和高次諧波組成?；ǖ漠a(chǎn)生主要是傳感器的兩次級(jí)繞組的電器參數(shù)，幾何尺寸不對稱，導(dǎo)致它們產(chǎn)生的感應(yīng)電勢幅值不等、相位不同.因此不論怎樣調(diào)整銜鐵位置，兩線圈中感應(yīng)電勢都不能完全抵消。高次諧波中起主要作用的是三次諧波，產(chǎn)生的原因是由于磁性材料磁化曲線的非線性(磁飽和、磁滯)。零點(diǎn)殘余電壓一般在幾十毫伏以下，在實(shí)際使用時(shí)，應(yīng)設(shè)法減小Ux，否則將會(huì)影響傳感器的測量結(jié)果.
差動(dòng)變壓式傳感器的應(yīng)用
差動(dòng)變壓器式傳感器可以直接用于位移測量，也可以側(cè)址與位移有關(guān)的任何機(jī)械量，如振動(dòng)、加速度、應(yīng)變、比重、張力和厚度等。
圖4-16所示為差動(dòng)變壓器式加速度傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖。它由懸臂梁1 和差動(dòng)變壓器2構(gòu)成。測量時(shí)，將懸臂梁底座及差動(dòng)變壓器的線圈骨架固定，而將銜鐵的A端與被測振動(dòng)體相連。當(dāng)被測體帶動(dòng)銜鐵以.r(t)振動(dòng)時(shí)，導(dǎo)致差動(dòng)變壓器的輸出電壓也按相同規(guī)律變化。
差動(dòng)傳感器作用：差動(dòng)式自感傳感器和差動(dòng)變壓器式傳感器工作原理的區(qū)別
淺談機(jī)電一體化智能大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 摘要】提出一種新型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)介紹了該執(zhí)行機(jī)構(gòu)各功能元件的選型與設(shè)計(jì)、閥位及速度控制 原理以及各種關(guān)鍵問題的解決方法。 【關(guān)鍵詞】機(jī)電一體化;單片機(jī) 一、前言轉(zhuǎn)換為RS-232標(biāo)準(zhǔn)電平，把其它微機(jī)送來的RS-232標(biāo)準(zhǔn) 在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程控制中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)起著十分重要的作電平轉(zhuǎn)換成TTL電平給8031，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與其它微機(jī)間的通 用，它是自動(dòng)控制系統(tǒng)中不可缺少的組成部分?，F(xiàn)有的國產(chǎn)訊。 大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)存在著控制手段落后、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)鐘電路。時(shí)鐘電路主要用來提供采樣與控制周期、速 多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、定位精度低、可靠性差等問題。而且執(zhí)行機(jī)度計(jì)算時(shí)所需要的時(shí)間以及日歷。文中選用時(shí)鐘電路 構(gòu)的全程運(yùn)行速度取決于其電機(jī)的輸出軸轉(zhuǎn)速和其內(nèi)部減速DS。DS內(nèi)部有114字節(jié)的用戶非易失性RAM，可 齒輪的減速比，一旦出廠，這一速度固定不可調(diào)整，其通用用來存入需長期保存的數(shù)據(jù)。液晶顯示單元。為了實(shí)現(xiàn)人機(jī) 性較弱。對話功能，選用MGLS液晶顯示模塊組成顯示電路。采 二、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的硬件設(shè)計(jì)及工作原理用組態(tài)顯示方式。通過菜單選擇，可分別對閥門、力矩、限 智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)從結(jié)構(gòu)上主要分為控制部分和執(zhí)行驅(qū)動(dòng)部位、電機(jī)、通訊和參數(shù)等信號(hào)進(jìn)行設(shè)置或調(diào)試。并采用文字 分?？刂撇糠种饕蓡纹瑱C(jī)、PWM波發(fā)生器、IPM逆變和圖形相結(jié)合的方式，顯示直觀、清晰。程序出格自恢復(fù)電 器、A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊、整流模塊、輸入輸出通道、故障路。為了保證在強(qiáng)干擾下程序出格時(shí)系統(tǒng)能夠自動(dòng)地恢復(fù)正 檢測和報(bào)警電路等組成。執(zhí)行驅(qū)動(dòng)部分主要包括三相伺服電常，選用MAX705組成程序出格自恢復(fù)電路，監(jiān)視程序運(yùn) 機(jī)和位置傳感器。行。 系統(tǒng)工作原理:霍爾電流、電壓傳感器及位置傳感器檢工作原理為:一旦程序出格，WDO由高變低，由于微 測到的逆變模塊三相輸出電流、電壓及閥門的位置信號(hào)，經(jīng)分電路的作用，由“與非”門輸入引腳2變?yōu)楦唠娖剑_ A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)。單片機(jī)通過8255控制PWM波發(fā)生2電平的這種變化使“與非”門輸出一個(gè)正脈沖，使單片機(jī) 器，產(chǎn)生的PWM波經(jīng)光電耦合作用于逆變模塊IPM，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生一次復(fù)位，復(fù)位結(jié)束后，又由程序通過P1.0口向 電機(jī)的變頻調(diào)速以及閥位控制。逆變模塊工作時(shí)所需要的直MAX705的WDI引腳發(fā)正脈沖，使WDO引腳回到高電平，程 流電壓信號(hào)由整流電路對380
差動(dòng)傳感器作用：差動(dòng)式自感傳感器和差動(dòng)變壓器式傳感器工作原理的區(qū)別？？
淺談機(jī)電一體化智能大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
摘要】提出一種新型電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)方案，詳細(xì)介紹了該執(zhí)行機(jī)構(gòu)各功能元件的選型與設(shè)計(jì)、閥位及速度控制
原理以及各種關(guān)鍵問題的解決方法。
【關(guān)鍵詞】機(jī)電一體化；單片機(jī)
一、前言轉(zhuǎn)換為RS－232標(biāo)準(zhǔn)電平，把其它微機(jī)送來的RS－232標(biāo)準(zhǔn)
在現(xiàn)代化生產(chǎn)過程控制中，執(zhí)行機(jī)構(gòu)起著十分重要的作電平轉(zhuǎn)換成TTL電平給8031，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與其它微機(jī)間的通
用，它是自動(dòng)控制系統(tǒng)中不可缺少的組成部分?，F(xiàn)有的國產(chǎn)訊。
大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)存在著控制手段落后、機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)時(shí)鐘電路。時(shí)鐘電路主要用來提供采樣與控制周期、速
多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、定位精度低、可靠性差等問題。而且執(zhí)行機(jī)度計(jì)算時(shí)所需要的時(shí)間以及日歷。文中選用時(shí)鐘電路
構(gòu)的全程運(yùn)行速度取決于其電機(jī)的輸出軸轉(zhuǎn)速和其內(nèi)部減速DS。DS內(nèi)部有114字節(jié)的用戶非易失性RAM，可
齒輪的減速比，一旦出廠，這一速度固定不可調(diào)整，其通用用來存入需長期保存的數(shù)據(jù)。液晶顯示單元。為了實(shí)現(xiàn)人機(jī)
性較弱。對話功能，選用MGLS液晶顯示模塊組成顯示電路。采
二、電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的硬件設(shè)計(jì)及工作原理用組態(tài)顯示方式。通過菜單選擇，可分別對閥門、力矩、限
智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)從結(jié)構(gòu)上主要分為控制部分和執(zhí)行驅(qū)動(dòng)部位、電機(jī)、通訊和參數(shù)等信號(hào)進(jìn)行設(shè)置或調(diào)試。并采用文字
分?？刂撇糠种饕蓡纹瑱C(jī)、PWM波發(fā)生器、IPM逆變和圖形相結(jié)合的方式，顯示直觀、清晰。程序出格自恢復(fù)電
器、A/D、D/A轉(zhuǎn)換模塊、整流模塊、輸入輸出通道、故障路。為了保證在強(qiáng)干擾下程序出格時(shí)系統(tǒng)能夠自動(dòng)地恢復(fù)正
檢測和報(bào)警電路等組成。執(zhí)行驅(qū)動(dòng)部分主要包括三相伺服電常，選用MAX705組成程序出格自恢復(fù)電路，監(jiān)視程序運(yùn)
機(jī)和位置傳感器。行。
系統(tǒng)工作原理：霍爾電流、電壓傳感器及位置傳感器檢工作原理為：一旦程序出格，WDO由高變低，由于微
測到的逆變模塊三相輸出電流、電壓及閥門的位置信號(hào)，經(jīng)分電路的作用，由“與非”門輸入引腳2變?yōu)楦唠娖?，引腳
A/D轉(zhuǎn)換后送入單片機(jī)。單片機(jī)通過8255控制PWM波發(fā)生2電平的這種變化使“與非”門輸出一個(gè)正脈沖，使單片機(jī)
器，產(chǎn)生的PWM波經(jīng)光電耦合作用于逆變模塊IPM，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生一次復(fù)位，復(fù)位結(jié)束后，又由程序通過P1.0口向
電機(jī)的變頻調(diào)速以及閥位控制。逆變模塊工作時(shí)所需要的直MAX705的WDI引腳發(fā)正脈沖，使WDO引腳回到高電平，程
流電壓信號(hào)由整流電路對380V電源進(jìn)行全橋整流得到。序出格自恢復(fù)電路繼續(xù)監(jiān)視程序運(yùn)行。
控制系統(tǒng)各功能元件的選型與設(shè)計(jì)：單片機(jī)選用三、關(guān)鍵技術(shù)問題的解決
INTEL公司生產(chǎn)的8031單片機(jī)，它主要通過并行8255口擔(dān)負(fù)該電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用了最新的變頻調(diào)速技術(shù)，電機(jī)驅(qū)動(dòng)
控制系統(tǒng)的信號(hào)處理：接收系統(tǒng)對轉(zhuǎn)矩、閥門開啟、關(guān)閉及功率小于5.5kW。用戶可根據(jù)需要設(shè)定力矩特性，根據(jù)控制
閥門開度等設(shè)定信號(hào)，并提供三相PWM波發(fā)生器所需要的的閥設(shè)定速度，速度分多轉(zhuǎn)式、直行程、角行程3種方式。
控制信號(hào)；處理IPM發(fā)出的故障信號(hào)和報(bào)警信號(hào)；處理通過控制系統(tǒng)由閥位給定和閥位反饋信號(hào)構(gòu)成的閉環(huán)系統(tǒng)，控制
模擬輸入口接收的電流、電壓、位置等檢測信號(hào)；提供顯示特性視運(yùn)行方式、速度而定，并具有自動(dòng)過流保護(hù)、過載保
電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的工作狀態(tài)信號(hào)；執(zhí)行控制系統(tǒng)來的控制信護(hù)、超壓、欠壓、過熱、缺相、堵轉(zhuǎn)等保護(hù)功能。該執(zhí)行機(jī)
號(hào)，向控制系統(tǒng)反饋信號(hào)。構(gòu)解決的關(guān)鍵性技術(shù)問題主要有：閥門柔性開關(guān)。柔性開關(guān)
三相PWM波發(fā)生器。PWM波的產(chǎn)生通常有模擬和數(shù)字主要是為了當(dāng)閥關(guān)閉或全開時(shí)，保證閥門不卡死與損傷。執(zhí)
兩種方法。模擬法電路復(fù)雜，有溫漂現(xiàn)象，精度低，限制了行機(jī)構(gòu)內(nèi)部的微處理器根據(jù)測得的變頻器輸出電壓和電流，
系統(tǒng)的性能；數(shù)字法是按照不同的數(shù)字模型用計(jì)算機(jī)算出各通過精確計(jì)算，得出其輸出力矩。一旦輸出力矩達(dá)到或大于
切換點(diǎn)，并存入內(nèi)存，然后通過查表及必要的計(jì)算產(chǎn)生設(shè)定的力矩，自動(dòng)降低速度，以避免閥門內(nèi)部過度的撞擊，
PWM波，這種方法占用的內(nèi)存較大，不能保證系統(tǒng)的精從而達(dá)到最優(yōu)關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)過力矩保護(hù)。
度。為了滿足智能功率模塊所需要的PWM波控制信號(hào)，保閥位的極限位置判斷。閥位的極限位置是指全開和全關(guān)
證微處理器有足夠的時(shí)間進(jìn)行整個(gè)系統(tǒng)的檢測、保護(hù)、控制位置。在傳統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中，該位置的檢測是通過機(jī)械式限位
等功能，文中選用MITEL公司生產(chǎn)的SA8282作為三相開關(guān)獲得的。機(jī)械式限位開關(guān)精度低，在運(yùn)行中易松動(dòng)，可
PWM發(fā)生器。SA8282是專用大規(guī)模集成電路，具有獨(dú)立的靠性差。在文中，電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)極限位置通過檢測位置信號(hào)
標(biāo)準(zhǔn)微處理器接口，芯片內(nèi)部包含了波形、頻率、幅值等控的增量獲得。其原理是，單片機(jī)將本次檢測的位置信號(hào)與上
制信息。次檢測的信號(hào)相比較，如果未發(fā)生變化或變化較小，即認(rèn)為
智能逆變模塊IPM。為了滿足執(zhí)行機(jī)構(gòu)體積小，可靠性己達(dá)到極限位置，立即切斷異步電機(jī)的供電電源，保證閥門
高的要求，電機(jī)電源采用智能功率模塊IPM。該執(zhí)行機(jī)構(gòu)主的安全關(guān)閉或全開。省去了機(jī)械式限位開關(guān)，無需在調(diào)試時(shí)
要適用功率小于5.5kW的三相異步電機(jī)，其額定電壓為對其進(jìn)行復(fù)雜的調(diào)整。
380V，功率因數(shù)為0.75。經(jīng)計(jì)算可知，選用日本產(chǎn)的智能功電機(jī)保護(hù)的實(shí)現(xiàn)。為了防止電機(jī)因過熱而燒毀，單片機(jī)
率模塊PM50RSA120可以滿足系統(tǒng)要求。該功率模塊集功率通過溫度傳感器連續(xù)檢測電機(jī)的實(shí)際運(yùn)行溫度，如果溫度傳
開關(guān)和驅(qū)動(dòng)電路、制動(dòng)電路于一體，并內(nèi)置過電流、短路、感器檢測到電機(jī)溫度過高，自動(dòng)切斷供電電源。溫度傳感器
欠電壓和過熱保護(hù)以及報(bào)警輸出，是一種高性能的功率開關(guān)內(nèi)置于電機(jī)內(nèi)部。
器件。準(zhǔn)確定位。傳統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)在異步電機(jī)通電后會(huì)很
位置檢測電路。位置檢測電路是執(zhí)行機(jī)構(gòu)的重要組成部快達(dá)到其額定動(dòng)作速度，當(dāng)接近停止位置時(shí)，電機(jī)斷電后，
分，它的功能是提供準(zhǔn)確的位置信號(hào)。關(guān)鍵問題是位置傳感由于機(jī)械慣性，其閥門不可能立即停下來，會(huì)出現(xiàn)不同程度
器的選型。在傳統(tǒng)的電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)中多采用繞線電位器、差的超程，這一超程通常采用控制電機(jī)反向轉(zhuǎn)動(dòng)來校正。機(jī)電
動(dòng)變壓器、導(dǎo)電塑料電位器等。繞線電位器壽命短被淘汰。一體化的大流量電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)根據(jù)當(dāng)前位置與給定位置的差
差動(dòng)變壓器由于線性區(qū)太短和溫度特性不理想而受到限制。值以及運(yùn)行速度的大小超前確定減速點(diǎn)的位置及減速段變化
導(dǎo)電塑料電位器目前較為流行，但它是有觸點(diǎn)的，壽命也不速率ki，使閥門在較低的速度下實(shí)現(xiàn)精確的微調(diào)和定位，從
可能很長，精度也不高。筆者采用的位置傳感器為脈沖數(shù)字而將超程降到最低。
式傳感器，這種傳感器是無觸點(diǎn)的，且具有精度高、無線性模擬信號(hào)的隔離。對于變頻器的直流電壓以及輸出的三
區(qū)限制、穩(wěn)定性高、無溫度限制等特點(diǎn)。相電壓，它們之間的地址不一致，存在著較高的共模電壓，
電壓、電流及檢測。檢測電壓、電流主要是為了計(jì)算電為了保證系統(tǒng)的安全性，必須將它們彼此相互隔離。采用
機(jī)的力矩，以及變頻器輸出回路短路、斷相保護(hù)和逆變模塊LM358和4N25組成了隔離線性放大電路。
故障診斷。由于變頻器輸出的電流和電壓的頻率范圍為0～四、結(jié)束語
50Hz，采用常規(guī)的電流、電壓互感器無法滿足要求。為了該執(zhí)行機(jī)構(gòu)集微機(jī)技術(shù)和執(zhí)行器技術(shù)于一體，是一種新
快速反映出電流的大小，采用霍爾型電流互感器檢測IPM輸型的終端控制單元，其電機(jī)是通過內(nèi)部集成的一體化變頻器
出的三相電流，對于IPM輸出電壓的檢測采用分壓電路。來控制，因此，同一臺(tái)智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)可以在一定范圍內(nèi)具有
通訊接口。為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)和遠(yuǎn)程控制，選用不同的運(yùn)行速度和關(guān)斷力矩。該智能執(zhí)行機(jī)構(gòu)采用了液晶顯
MAX232作為系統(tǒng)的串行通訊接口，MAX 232內(nèi)部有兩個(gè)完示技術(shù)，它利用內(nèi)置的液晶顯示板，不僅可以顯示閥門的
全相同的電平轉(zhuǎn)換電路，可以把8031串行口輸出的TTL電平
