CN109633232A - 小行程lvrt补偿线圈的设计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及小行程LVRT补偿线圈的设计方法，其特征在于：包括：步骤一：平绕出两组对称设置的线圈，且每组线圈均包括由同一线头依次绕出且长度相等的A线圈、B线圈、C线圈；步骤二：在C线圈的末端继续绕出长度小于C线圈长度的补偿线圈D和补偿线圈E；所述补偿线圈D和补偿线圈E位于测量范围之外且在铁芯移动的过程中始终被覆盖，以改善磁场的不均匀度和提高LVRT的线性度。本发明设计制作的LVRT线性度优于0.2％，可制作出外径为￠5、又能工作于200℃高温的LVRT产品，有利于用于石油钻探作业，且每台钻机可用40只LVRT。

Description

小行程LVRT补偿线圈的设计方法
技术领域
本发明涉及小行程LVRT技术领域，具体的说是小行程LVRT补偿线圈的设计方法。
背景技术
目前，电感传感器包含有变间隙电感传感器、变面积型电感传感器、螺管插铁型电感传感器，在分析上述三种电感传感器后发现：变间隙电感传感器的的线性误差大，量程范围小且装配困难；而变面积型和螺管插铁型的电感传感器量程较大，但灵敏度较小。
上述三种类型的传感器，在单个线圈使用时，由于线圈中流往负载的电流可能等于零，存在起始电流，因而不适于精密测量(衔铁始终受电磁吸力，会引起附加误差)，而且单个线圈使用，如变间隙型，非线性误差大，其次外界干扰如电源电压频率的变化、温度的变化，都使输出产生误差。这些问题的存在使得实际中常常采用两个相同的传感器线圈共用一个活动衔铁，构成差动电感传感器LVRT，以提高电感传感器的灵敏度，减小测试误差。
在对LVRT差动电感传感器内部的等效电路及传递函数进行分析：
式3代入式1得：
(4)×Z2-(2)×Z1
其中，式(5)是LVRT传递函数，其中Z1、Z2为线圈阻扰；
通过以上推导，最终得出：位移X和铁芯lc变化，与输出电压不成线性关系，且LVRT差动电感传感器线性度一般为1％，最优为0.5％。但在石油钻探作业中，需要将线性度小、外径特细、工作温度高的LVRT产品，而目前市场上的LVRT则无法满足这一要求。
发明内容
为了避免和解决上述技术问题，本发明提出了小行程LVRT补偿线圈的设计方法。
本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
小行程LVRT补偿线圈的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：平绕出两组对称设置的线圈，且每组线圈均包括由同一线头依次绕出且长度相等的A线圈、B线圈、C线圈；
步骤二：在C线圈的末端继续绕出长度小于C线圈长度的补偿线圈D和补偿线圈E；所述补偿线圈D和补偿线圈E位于测量范围之外且在铁芯移动的过程中始终被覆盖，以改善磁场的不均匀度和提高LVRT的线性度。
进一步的，所述步骤一中，对两组线圈中位于左侧的一组，所述A线圈从左向右绕，B线圈从右向左绕，C线圈从左向右绕。
进一步的，所述A线圈、B线圈、C线圈的平绕长度均为22.5mm，且均绕有317圈。
进一步的，所述步骤二中，对两组线圈中位于左侧的一组，所述补偿线圈D从右向左绕，补偿线圈E从左向右绕。
进一步的，所述补偿线圈D、补偿线圈E的平绕长度均为4.8mm，且均绕有67圈。
本发明的有益效果是：本发明设计制作的LVRT线性度优于0.2％，可制作出外径为￠5、又能工作于200℃高温的LVRT产品，有利于用于石油钻探作业，且每台钻机可用40只LVRT。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1为本发明的结构组成示意图；
图2为本发明中初级线圈螺线管轴线上磁感应强度与铁芯距离关系曲线图；
图3为常规下初级线圈螺线管轴线上磁感应强度与铁芯距离关系曲线图。
图中标记：BZ为磁感应强度，Z为铁芯的移动Z轴。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面对本发明进一步阐述。
如图1至图3所示，小行程LVRT补偿线圈的设计方法，包括以下步骤：
步骤一：平绕出两组对称设置的线圈，且每组线圈均包括由同一线头依次绕出且长度相等的A线圈、B线圈、C线圈；
其中，对两组线圈中位于左侧的一组，所述A线圈从左向右绕，B线圈从右向左绕，C线圈从左向右绕；所述A线圈、B线圈、C线圈的平绕长度均为22.5mm，且均绕有317圈；所述A线圈、B线圈、C线圈之间的绕线间距均为0.071mm。
步骤二：在C线圈的末端继续绕出长度小于C线圈长度的补偿线圈D和补偿线圈E；所述补偿线圈D和补偿线圈E位于测量范围之外且在铁芯移动的过程中始终被覆盖，以改善磁场的不均匀度和提高LVRT的线性度。
对两组线圈中位于左侧的一组，所述补偿线圈D从右向左绕，补偿线圈E从左向右绕；所述补偿线圈D、补偿线圈E的平绕长度均为4.8mm，且均绕有67圈；所述补偿线圈D、补偿线圈E之间的绕线间距均为0.071mm。
在测量范围之内，铁芯1的两端不能进入补偿线圈D和补偿线圈E的范围内，即保证补偿线圈D和补偿线圈E位于测量范围之外；铁芯1长28mm，以零点为中心，铁芯1的坐标为-14mm到14mm，铁芯1向右移动7.5mm，坐标为-6.5mm到21.5mm；铁芯1向左移动-7.5mm，坐标为-21.5mm到6.5mm；而补偿线圈的范围是-4.8mm到4.8mm，则补偿线圈始终被铁芯1覆盖，从而改善磁场的不均匀度和提高LVRT的线性度。
在进行试验测试中，技术指标如下：
1.激励电压：3Vrms 3KHz；
2.测量距离：±7.5mm；
3.灵敏度：32mv/v/mm；
4.外形尺寸：￠5X56.2mm；
5.线性度：0.2％F.S；
6.工作温度：0℃～200℃；
具体测试结果如下表格所示：
表格1：测试报告1
从测试报告1中可以得出：LVRT的线性度为0.12％。
表格2：测试报告2
从测试报告2中可以得出：LVRT的线性度为0.0674％。
进行老化试验，见表格3。
表格3：老化前与老化后的数据
从表格3中可以得出，老化前后，线性几乎不变，灵敏度升高。
综上所述，可以得出，增加补偿线圈D、补偿线圈E后，本发明可实现小行程LVRT的线性度优于0.2％，且做出外径仅为￠5特细的、又能工作于200℃高温的LVRT产品。
以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (5)

1.小行程LVRT补偿线圈的设计方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤一：平绕出两组对称设置的线圈，且每组线圈均包括由同一线头依次绕出且长度相等的A线圈、B线圈、C线圈；
步骤二：在C线圈的末端继续绕出长度小于C线圈长度的补偿线圈D和补偿线圈E；所述补偿线圈D和补偿线圈E位于测量范围之外且在铁芯移动的过程中始终被覆盖，以改善磁场的不均匀度和提高LVRT的线性度。
2.根据权利要求1所述的小行程LVRT补偿线圈的设计方法，其特征在于：所述步骤一中，对两组线圈中位于左侧的一组，所述A线圈从左向右绕，B线圈从右向左绕，C线圈从左向右绕。
3.根据权利要求1或2所述的小行程LVRT补偿线圈的设计方法，其特征在于：所述A线圈、B线圈、C线圈的平绕长度均为22.5mm，且均绕有317圈。
4.根据权利要求1所述的小行程LVRT补偿线圈的设计方法，其特征在于：所述步骤二中，对两组线圈中位于左侧的一组，所述补偿线圈D从右向左绕，补偿线圈E从左向右绕。
5.根据权利要求1或4所述的小行程LVRT补偿线圈的设计方法，其特征在于：所述补偿线圈D、补偿线圈E的平绕长度均为4.8mm，且均绕有67圈。
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