چیست LVDT؟

LVDT چیست؟

تعریف LVDT

LVDT یا Linear Variable Differential Transformer، یک ترانسفورماتور القایی است که حرکت خطی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند. این دستگاه به دلیل دقت و قابلیت اطمینان بالا بسیار مورد توجه قرار گرفته است. خروجی در دو طرف ثانویه این ترانسفورماتور، تفاوتی است بنابراین به آن LVDT گفته می‌شود. این ترانسفورماتور نسبت به سایر ترانسفورماتورهای القایی بسیار دقیق 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 می‌شود که جریان متناوب و ولتاژ در پیچش‌های ثانویه القا می‌کند.

• یک هسته آهن نرم داخل فرم قرار داده می‌شود و جابجایی که باید اندازه‌گیری شود به هسته آهن متصل می‌شود.

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

• LVDT درون یک پوشش فولاد ضد زنگ قرار می‌گیرد 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 عملکرد

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

این معادله اصل عملکرد LVDT را توضیح می‌دهد.

حالا سه حالت بر اساس موقعیت هسته وجود دارد که نحوه عملکرد LVDT را توضیح می‌دهد:

• حالت اول: وقتی هسته در موقعیت صفر (بدون جابجایی) است. وقتی هسته در موقعیت صفر است، میدان مغناطیسی که با هر دو پیچش ثانویه مرتبط است برابر است، بنابراین ولتاژ القایی در هر دو پیچش برابر است. بنابراین برای عدم جابجایی مقدار خروجی eout صفر است زیرا e1 و e2 هر دو برابر هستند. این نشان می‌دهد که هیچ جابجایی انجام نشده است.

• حالت دوم: وقتی هسته به بالای موقعیت صفر منتقل می‌شود (برای جابجایی به بالای نقطه مرجع)

• در این حالت، میدان مغناطیسی که با پیچش ثانویه S1 مرتبط است بیشتر از میدان مغناطیسی که با S2 مرتبط است است. بنابراین e1 بیشتر از e2 خواهد بود. بنابراین ولتاژ خروجی eout مثبت خواهد بود.

• حالت سوم: وقتی هسته به پایین موقعیت صفر منتقل می‌شود (برای جابجایی به پایین نقطه مرجع). در این حالت مقدار e2 بیشتر از e1 خواهد بود. بنابراین ولتاژ خروجی eout منفی خواهد بود و نشان‌دهنده جابجایی به پایین نقطه مرجع است.

خروجی در مقابل جابجایی هسته

ولتاژ خروجی LVDT یک رابطه خطی با جابجایی هسته دارد که توسط یک منحنی خطی در نمودار نشان داده می‌شود. برخی نکات مهم در مورد مقدار و علامت ولتاژ القایی 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 قابل تعیین است. ولتاژ خروجی LVDT یک تابع خطی از جابجایی هسته است.

مزایای LVDT

• دامنه بزرگ - LVDT‌ها می‌توانند محدوده گسترده‌ای از جابجایی‌ها را اندازه‌گیری کنند، از حداقل 1.25 میلی‌متر تا 250 میلی‌متر، که تنوع کاربرد آنها را افزایش می‌دهد.

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

• خروجی بالا و حساسیت بالا - خروجی LVDT به اندازه‌ای بالا است که نیازی به تقویت ندارد. این ترانسفورماتور دارای حساسیت بالا است که معمولاً حدود 40V/mm است.

• هیسترزیس کم - LVDT‌ها هیسترزیس کمی دارند و بنابراین تکرارپذیری آنها تحت همه شرایط بسیار عالی است.

• صرفه‌جویی در مصرف برق - مصرف برق حدود 1W است که بسیار کمتر از سایر ترانسفورماتورهای القایی است.

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

معایب LVDT

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

• LVDT‌ها تحت تأثیر ارتعاشات و دما قرار می‌گیرند.

• نتیجه‌گیری این است که آنها نسبت به سایر ترانسفورماتورهای القایی مزیت دارند.

کاربردهای LVDT

• ما LVDT را در کاربردهایی استفاده می‌کنیم که جابجایی‌های مورد اندازه‌گیری از کسری میلی‌متر تا چند سانتی‌متر متغیر است. LVDT به عنوان یک ترانسفورماتور اولیه جابجایی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند.

• LVDT می‌تواند به عنوان یک ترانسفورماتور ثانویه نیز عمل کند. مثال: لوله بوردون که به عنوان یک ترانسفورماتور 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.