چه LVDT است

چه چیزی LVDT است؟

تعریف LVDT

LVDT یا Linear Variable Differential Transformer، یک ترانسفورماتور القایی است که حرکت خطی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. این دستگاه بسیار دقیق و قابل اعتماد است.خروجی در دوطرف ثانویه این ترانسفورماتور اختلافی است و بنابراین به این نام خوانده می‌شود. این ترانسفورماتور یک حسگر القایی بسیار دقیق در مقایسه با سایر حسگرهای القایی است.

ساختار LVDT

ویژگی‌های اصلی ساختار

• ترانسفورماتور شامل یک پیچش اولیه P و دو پیچش ثانویه S1 و S2 است که روی یک فرم سیلندری (که توخالی است و هسته را در بر می‌گیرد) پیچیده شده‌اند.

• هر دو پیچش ثانویه تعداد دورهای مساوی دارند و آنها را در دو طرف پیچش اولیه قرار می‌دهیم.

• پیچش اولیه به یک منبع AC متصل است که جریان متناوب و ولتاژ در پیچش‌های ثانویه القاء می‌کند.

• یک هسته آهن نرم در داخل فرم قرار دارد و جابجایی مورد اندازه‌گیری به هسته آهن متصل می‌شود.

• هسته آهن معمولاً دارای نفوذپذیری بالا است که به کاهش هارمونیک‌ها و حساسیت بالای LVDT کمک می‌کند.

• LVDT در داخل یک پوشش فولاد ضد زنگ قرار دارد زیرا این پوشش محافظت الکترواستاتیک و الکترومغناطیسی فراهم می‌کند.

• هر دو پیچش ثانویه به گونه‌ای متصل می‌شوند که خروجی نهایی تفاوت ولتاژ بین دو پیچش باشد.

اصل عملکرد و نحوه کار

با اتصال پیچش اولیه به یک منبع AC، جریان و ولتاژ متناوب در پیچش‌های ثانویه LVDT تولید می‌شود. خروجی در S1 برابر e1 و در S2 برابر e2 است. بنابراین خروجی دیفرانسیلی عبارت است از،

این معادله اصل عملکرد LVDT را توضیح می‌دهد.

حالا سه حالت بر اساس موقعیت هسته وجود دارد که نحوه کار LVDT را توضیح می‌دهند:

• حالت ۱: وقتی هسته در موقعیت صفر (بدون جابجایی) قرار دارد.وقتی هسته در موقعیت صفر قرار دارد، فلوکس مرتبط با هر دو پیچش ثانویه مساوی است و بنابراین ولتاژ القاء شده در هر دو پیچش مساوی است. بنابراین برای عدم جابجایی مقدار خروجی eout صفر است زیرا e1 و e2 هر دو مساوی هستند. این نشان می‌دهد که هیچ جابجایی ای رخ نداده است.

• حالت ۲: وقتی هسته به سمت بالای موقعیت صفر (برای جابجایی به سمت بالای نقطه مرجع) حرکت می‌کند.

• در این حالت فلوکس مرتبط با پیچش ثانویه S1 بیشتر از فلوکس مرتبط با S2 است. به این دلیل e1 بیشتر از e2 خواهد بود. بنابراین ولتاژ خروجی eout مثبت خواهد بود.

• حالت ۳: وقتی هسته به سمت پایین موقعیت صفر (برای جابجایی به سمت پایین نقطه مرجع) حرکت می‌کند. در این حالت مقدار e2 بیشتر از e1 خواهد بود. به این دلیل ولتاژ خروجی eout منفی خواهد بود و نشان‌دهنده جابجایی به سمت پایین نقطه مرجع است.

خروجی در مقابل جابجایی هسته

ولتاژ خروجی یک LVDT رابطه خطی با جابجایی هسته دارد که به صورت یک منحنی خطی در یک نمودار نمایش داده می‌شود.نکات مهم در مورد مقدار و علامت ولتاژ القاء شده در LVDT

مقدار تغییر در ولتاژ، چه منفی یا مثبت، متناسب با مقدار حرکت هسته است و میزان حرکت خطی را نشان می‌دهد.با توجه به افزایش یا کاهش ولتاژ خروجی، جهت حرکت تعیین می‌شود.ولتاژ خروجی یک LVDT تابع خطی جابجایی هسته است.

مزایای LVDT

• دامنه بالا – LVDT‌ها می‌توانند محدوده وسیعی از جابجایی‌ها را اندازه‌گیری کنند، از حداقل ۱.۲۵ میلی‌متر تا ۲۵۰ میلی‌متر، که تنوع کاربردهای آنها را افزایش می‌دهد.

• عدم وجود تلفات اصطکاکی – چون هسته در داخل یک فرم توخالی حرکت می‌کند، هیچ تلفات از نوع اصطکاکی وجود ندارد که LVDT را به یک دستگاه بسیار دقیق تبدیل می‌کند.

• خروجی بالا و حساسیت بالا – خروجی LVDT به اندازه‌ای بالا است که نیازی به تقویت ندارد. حسگر دارای حساسیت بالایی است که معمولاً حدود ۴۰V/mm است.

• هیستریسیس پایین – LVDT‌ها هیستریسیس پایینی دارند و بنابراین تکرارپذیری آنها در تمام شرایط عالی است.

• مصرف انرژی پایین – مصرف انرژی حدود ۱W است که در مقایسه با سایر حسگرهای القایی بسیار کم است.

• تبدیل مستقیم به سیگنال‌های الکتریکی – آنها جابجایی خطی را به ولتاژ الکتریکی تبدیل می‌کنند که پردازش آسان است.

معایب LVDT

• به دلیل حساسیت آنها به میدان‌های مغناطیسی تصادفی، LVDT‌ها به تنظیمات محافظتی نیاز دارند تا عملکرد دقیق و جلوگیری از تداخل را تضمین کنند.

• LVDT تحت تأثیر لرزش و دما قرار می‌گیرد.

• نتیجه گرفته می‌شود که آنها در مقایسه با سایر حسگرهای القایی مزایای بیشتری دارند.

کاربردهای LVDT

• ما LVDT را در کاربردهایی استفاده می‌کنیم که جابجایی‌هایی از کسری میلی‌متر تا چند سانتی‌متر اندازه‌گیری می‌شود. LVDT به عنوان یک حسگر اولیه جابجایی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند.

• LVDT می‌تواند به عنوان یک حسگر ثانویه عمل کند. مثال: لوله بوربون که به عنوان یک حسگر اولیه عمل می‌کند و فشار را به جابجایی خطی تبدیل می‌کند و سپس LVDT این جابجایی را به یک سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند که پس از کالیبراسیون خواندن فشار مایع را فراهم می‌کند.