文/胜赛思精密压铸（扬州）有限公司    设备部：邹明高

在压力铸造过程中，由于压射杆的运动速度（低速、高速及低速、高速开始位置）、位移、增压开始位置对压铸产品的质量具有十分重要的影响，因此，无论是国产还是进口压铸机都使用各种各样的位置和速度传感器，用来检测速度和位移的变化。其中差动变压器式位置传感器的使用较为普遍。而日本TOYO压铸机位置传感器就是差动变压器式位置传感器的改进型产品，下面介绍其工作原理及结构。

一、差动变压器式位置传感器的工作原理

差动变压器式位置传感器的结构如图一所示，它由一个初级线圈p、两个结构相同的次级线圈s1、s2和插入线圈中间的可移动铁芯b及固定铁芯a组成。差动变压器线圈连接如图二所示：次级线s1、s2一组同名端相连，另一组同名端作为信号输出端输出u0。当在初级线圈通入一定电压、频率的正弦波励磁信号ui后，次级线圈通过互感的作用产生感应电压u1、u2，u1、u2的大小（在ui一定的情况下）与铁芯在线圈内的位置有关。（详见图一、图二）

当可移动铁芯位于线圈中心位置时，由于线圈s1、s2结构相同、匝数线径相同，则有u1=u2、u0= u1-u2=0
当可移动铁芯向右移动时，由于初级线圈p与s1的互感系数变大，u1↑增大；而初级线圈p与s2的互感系数变小，u2↓减小。则有u0= u1-u2>0
同理，当可移动铁芯向左移动时，则有u0= u1-u2<0

因此，只要测量输出电压的大小和相位就能知道铁芯移动的方向和距离，其差动变压器式位移传感器输出电压的特性曲线（图三）所示。

同时，我们可以通过数学计算方法求得输出电压的大小及关联的因素。

设通入初级绕组的励磁电流为it=i0+ iacosωt ，则u0=d(M1-M2) it/dt。其中i0是励磁电流中的直流分量；M1、M2分别是初级线圈p与次级线圈s1、s2的互感系数。当可移动铁芯位于线圈中心位置时互感系数M1=M2=M0。如果铁芯向右移动距离为x,由于绕组沿长度方向均匀绕制△M=Kx(K线圈互感量随位移变化的系数)，则M1=M0+△M= M0+Kx  M2=M0-△M= M0-Kx。经过计算u0=2Ki0dx/dt +2Kiacosωt dx/dt-2Kxiaωsinωt。

其中2Ki0dx/dt为直流分量，与通入线圈的交流信号无关，且正比于铁芯的运动速度dx/dt；2Kxiaωsinωt为正弦交流分量，与输入的直流信号无关，且正比于铁芯的位移量x。通过上面的数学分析可知：若在励磁线圈中只通入直流信号，则差动变压器的输出直接反映铁芯的运动速度；若在励磁绕组中只通入交流信号，则差动变压器的输出直接反映铁芯的位移量；若在励磁绕组中同时通入交、直流信号，则差动变压器的输出不仅可以测量铁芯的速度，而且可以测量铁芯的位移量，同时差动变压器式传感器具有测量精度高、灵敏、结构简单、性能可靠等特点，因此得到广泛应用。

二、TOYO压铸机位置传感器的原理及结构

差动变压器式位移传感器虽然具有上述的诸多优点，但是随着位移距离的增加，其传感器的长度也成倍增加。当测试距离为500mm，其传感器的整体长度可达1500mm。为了保证初、次绕组电感分布均匀，减少测量偏差，绕组的绕制及传感器的机械加工比较困难，很难满足其工艺要求。因此随着测量长度的增加，其测量精度和灵敏度下降。另一方面随着长度的增加，安装位置受到限制，根本无法安装。日本TOYO压铸机为了克服上述缺点，采用改进型差动变压器式位移传感器，其结构如（图四）所示（以TOYO350T压铸机为例）

将压铸机的活塞杆作为差动变压器式位移传感器的可移动铁芯，其表层为镀铬保护层其厚度约0.1mm，在镀铬层的下面，沿着活塞杆长度方向上均匀分布着若干根短路铜环，铜环与铜环的间距约10-12mm，铜环的宽度6-10mm，厚度0.5-0.8mm。励磁绕组及次级绕组骨架如图五所示：

为了便于速度信号和位移信号的分别检测，采用两组差动信号输出，其接线原理如图六所示：

励磁绕组套在活塞杆上，并固定在压铸机机体上。当励磁绕组通入交、直流信号后，由于短路铜环的作用，在活塞杆长度方向上形成交变磁场。当活塞杆在励磁线圈中移动时，在次级线圈中分别输出速度信号和位移信号，经后级解码放大电路后送至显示电路，这样，压铸工艺员就可以通过人机界面调整和观察压射速度和位置的变化，使其达到工艺设计的要求。为压铸生产优质、高效、低耗产品发挥了积极作用。

三、TOYO压铸机位置传感器的维护保养

由于TOYO压铸机位置传感器的性能稳定、精度高、响应速度快、结构紧凑，因此得到广泛应用。但其价格太高（以TOYO350T为例，一套传感器、解码放大器约6万元，活塞杆一套6万元），一旦发生故障或损坏，不仅造成经济损失，而且由于采购周期长，可能会造成停产。因此，应从以下几个方面做好传感器的维护保养，减少或杜绝此类事故的发生。

1、为了保护传感线圈，防止在压射过程中铝屑、铝渣进入传感器内，设备制造商在传感线圈的前面增设挡尘圈。对于用户来说，经三个月的使用，应检查挡尘圈有无破损，一旦破损及时更换。否则就会造成传感线圈和活塞杆表层镀铬层的损坏。

2、由于传感线圈套在活塞杆上，而活塞杆直接与油缸相连，一旦其密封圈损坏，其液压油就会渗入传感线圈，而液压油在使用过程中不可避免会混入一些水份和杂质，一旦进入传感线圈，其电阻、电感和分布电容就会发生变化，检测数据不准和误报警的现象时有发生，使压铸机不能正常运行。根据统计位置传感器损坏70%是由于密封圈损坏造成的，因此，活塞杆密封圈应每月检查一次，一旦发生泄漏，及时更换。

3、活塞杆经几年的使用，由于正常磨损或由于挡尘圈损坏未能及时更换，铝屑、铝渣进入传感线圈与活塞杆之间，造成活塞杆表面划痕或磨损，其表层的镀铬层就会剥落，一旦剥落就会使油密封圈及传感线圈的骨架线圈损坏，损失巨大。因此应及时处理。处理方法：首先测绘活塞杆的外形尺寸，再用电化学腐蚀的方法去除原镀铬层，一旦镀铬层去除，立即停止，切不可腐蚀铜环，用高精度磨床研磨并重新电镀、研磨，并恢复原尺寸。

以上是日本TOYO压铸机位置传感器的原理、结构及维护保养事项，仅供同行参考、分析，如有不当之处，敬请指正。