Was ist LVDT?

Was ist LVDT?

Definition von LVDT

LVDT, oder Linear Variable Differential Transformer, ist ein induktiver Wandler, der lineare Bewegung in ein elektrisches Signal umwandelt. Er wird für seine Präzision und Zuverlässigkeit sehr geschätzt.Die Ausgabe über die Sekundärwicklung dieses Transformatoren ist die Differenz, daher sein Name. Im Vergleich zu anderen induktiven Wandlern ist er sehr genau.

Aufbau des LVDT

Hauptmerkmale des Aufbaus

• Der Transformator besteht aus einer Primärwicklung P und zwei Sekundärwindungen S1 und S2, die auf einem zylindrischen Formstück (das hohl ist und den Kern enthält) gewickelt sind.

• Beide Sekundärwindungen haben die gleiche Anzahl von Wicklungen und werden auf beiden Seiten der Primärwicklung platziert.

• Die Primärwicklung ist an eine Wechselstromquelle angeschlossen, die einen Fluss im Luftspalt erzeugt und Spannungen in den Sekundärwindungen induziert.

• Ein beweglicher weicher Eisenkern wird innerhalb des Formstücks platziert, und die zu messende Verschiebung wird mit dem Eisenkern verbunden.

• Der Eisenkern hat in der Regel eine hohe Permeabilität, was dazu beiträgt, Harmonische zu reduzieren und die hohe Empfindlichkeit des LVDT zu erhöhen.

• Das LVDT befindet sich in einer Edelstahlgehäuse, da es elektrostatische und elektromagnetische Abschirmung bietet.

• Beide Sekundärwindungen sind so verbunden, dass die resultierende Ausgabe die Differenz zwischen den Spannungen der beiden Windungen ist.

Funktionsprinzip und Arbeitsweise

Da die Primärwicklung an eine Wechselstromquelle angeschlossen ist, entstehen in der Sekundärwicklung des LVDT Wechselstrom und Spannung. Die Ausgabe in der Sekundärwicklung S1 ist e1 und in der Sekundärwicklung S2 ist e2. Die differentielle Ausgabe lautet also:

Diese Gleichung erklärt das Funktionsprinzip des LVDT.

Es ergeben sich nun drei Fälle je nach Lage des Kerns, die die Arbeitsweise des LVDT erklären. Diese werden unten besprochen:

• FALL I: Wenn der Kern in der Nullposition (keine Verschiebung) ist. Wenn der Kern in der Nullposition ist, dann ist der Fluss, der mit beiden Sekundärwindungen verknüpft ist, gleich, so dass die induzierte Spannung in beiden Windungen gleich ist. Für keine Verschiebung ist der Wert der Ausgabe eout null, da e1 und e2 gleich sind. Dies zeigt, dass keine Verschiebung stattgefunden hat.

• FALL II: Wenn der Kern oberhalb der Nullposition verschoben wird (für Verschiebung nach oben vom Referenzpunkt).

• In diesem Fall ist der mit der Sekundärwicklung S1 verknüpfte Fluss größer als der mit S2 verknüpfte Fluss. Daher ist e1 größer als e2. Dadurch ist die Ausgangsspannung eout positiv.

• FALL III: Wenn der Kern unterhalb der Nullposition verschoben wird (für Verschiebung nach unten vom Referenzpunkt). In diesem Fall ist die Größe von e2 größer als die von e1. Daher ist die Ausgangsspannung eout negativ und zeigt die Ausgabe unterhalb des Referenzpunkts.

Ausgabe vs. Kernverschiebung

Die Ausgangsspannung eines LVDT steht in einem linearen Verhältnis zur Verschiebung des Kerns, wie durch eine lineare Kurve in einem Diagramm dargestellt.Einige wichtige Punkte zum Betrag und Vorzeichen der in einem LVDT induzierten Spannung:

Die Änderung der Spannung, sei sie negativ oder positiv, ist proportional zur Bewegung des Kerns und gibt die Menge der linearen Bewegung an.Durch Beobachtung der steigenden oder fallenden Ausgangsspannung kann die Richtung der Bewegung bestimmt werden.Die Ausgangsspannung eines LVDT ist eine lineare Funktion der Kernverschiebung.

Vorteile des LVDT

• Hoher Messbereich – LVDTs können eine breite Palette von Verschiebungen messen, von nur 1,25 mm bis zu 250 mm, was ihre Vielseitigkeit in verschiedenen Anwendungen erhöht.

• Keine Reibungsverluste – Da der Kern sich innerhalb eines hohlen Formstücks bewegt, gibt es keine Verluste der Verschiebungseingabe als Reibungsverluste, was das LVDT zu einem sehr genauen Gerät macht.

• Hohe Eingangsspannung und hohe Empfindlichkeit – Die Ausgabe des LVDT ist so hoch, dass keine Verstärkung erforderlich ist. Der Wandler hat eine hohe Empfindlichkeit, die typischerweise etwa 40 V/mm beträgt.

• Niedrige Hysterese – LVDTs zeigen eine geringe Hysterese, wodurch die Wiederholbarkeit unter allen Bedingungen ausgezeichnet ist.

• Geringer Energieverbrauch – Der Energieverbrauch beträgt etwa 1 W, was im Vergleich zu anderen Wandlern sehr gering ist.

• Direkte Umwandlung in elektrische Signale – Sie wandeln die lineare Verschiebung in elektrische Spannung um, die leicht zu verarbeiten sind.

Nachteile des LVDT

• Aufgrund ihrer Empfindlichkeit gegenüber Streufeldern benötigen LVDTs schützende Einrichtungen, um eine genaue Leistung zu gewährleisten und Störungen zu verhindern.

• LVDTs werden von Vibrationen und Temperatur beeinflusst.

• Es wird geschlussfolgert, dass sie im Vergleich zu anderen induktiven Wandlern vorteilhafter sind.

Anwendungen des LVDT

• Wir verwenden LVDT in Anwendungen, bei denen Verschiebungen gemessen werden, die von Bruchteilen eines Millimeters bis zu wenigen Zentimetern reichen. Das LVDT wirkt als primärer Wandler und wandelt die Verschiebung direkt in ein elektrisches Signal um.

• Das LVDT kann auch als sekundärer Wandler fungieren. Zum Beispiel kann der Bourdonrohrdrucksensor als primärer Wandler dienen, der Druck in lineare Verschiebung umwandelt, und dann das LVDT diese Verschiebung in ein elektrisches Signal umwandelt, das nach Kalibrierung die Druckwerte des Fluids anzeigt.