چییە 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 خاطر دقت و قابلیت اطمینان بالایش مورد توجه قرار گرفته است. خروجی در دومین دور این ترانسفورماتور تفاوت دارد بنابراین به این نام شناخته می‌شود. این ترانسفورماتور القایی بسیار دقیق‌تر از سایر ترانسفورماتورهای القایی است.

ساختار LVDT

ویژگی‌های اصلی ساختار

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

• هر دو دور ثانویه تعداد یکسانی دور دارند و آنها را در دو طرف دور اولیه قرار می‌دهیم.

• دور اولیه به یک منبع AC متصل می‌شود که جریان متناوب و ولتاژ در دورهای ثانویه القا می‌کند.

• یک هسته آهن نرم در داخل فرم قرار داده می‌شود 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 داده می‌شود زیرا این پوشش محافظت الکترواستاتیک و الکترومغناطیسی ارائه می‌دهد.

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

اصول عملکرد و عملکرد

چون دور اولیه به یک منبع AC متصل است، جریان متناوب و ولتاژ در دورهای ثانویه LVDT القا می‌شود. خروجی در دور ثانویه S1 برابر e1 و در دور ثانویه S2 برابر e2 است. بنابراین خروجی تفاضلی عبارت است از،

این معادله اصول عملکرد LVDT را توضیح می‌دهد.

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

• حالت I: وقتی هسته در موقعیت صفر (بدون جابجایی) است. وقتی هسته در موقعیت صفر است، فلوکس مرتبط با هر دو دور ثانویه برابر است بنابراین emf القا شده در هر دو دور برابر است. بنابراین بدون جابجایی، مقدار خروجی eout صفر است زیرا e1 و e2 برابر هستند. بنابراین نشان می‌دهد که جابجایی انجام نشده است.

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

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

• حالت III: وقتی هسته به سمت پایین موقعیت صفر حرکت می‌کند (برای جابجایی به سمت پایین نقطه مرجع). در این حالت مقدار e2 بیشتر از e1 خواهد بود. بنابراین 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 توسط یک منحنی خطی در یک نمودار نشان داده می‌شود. برخی نکات مهم در مورد مقدار و علامت ولتاژ القا شده در LVDT:

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

مزایای LVDT

• دامنه بالا - LVDT‌ها می‌توانند دامنه گسترده‌ای از جابجایی‌ها را اندازه‌گیری کنند، از حداقل 1.25 میلی‌متر تا 250 میلی‌متر، که تنوع آنها را در کاربردهای مختلف افزایش می‌دهد.

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

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

• هیسترزیس کم - LVDT‌ها هیسترزیس کمی دارند و بنابراین تکرارپذیری آنها در تمام شرایط بسیار خوب است.

• صرفه‌جویی در مصرف انرژی - مصرف انرژی حدود 1W است که بسیار کمتر از سایر ترانسفورماتورها 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 تصادفی، LVDT‌ها به سیستم‌های 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 نسبت به سایر ترانسفورماتورهای القایی مزایای بیشتری دارند.

کاربردهای LVDT

• ما از LVDT 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 مستقیماً تبدیل می‌کند.

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