Co to jest LVDT?

Co to jest LVDT?

Definicja LVDT

LVDT, czyli Liniowy Zmienny Transformator Różnicowy, to indukcyjny przetwornik, który konwertuje ruch liniowy na sygnał elektryczny. Jest wysoko ceniony za swoją precyzję i niezawodność.Wyjście między drugimi zwitkami tego transformatora jest różnicowe, stąd jego nazwa. Jest to bardzo dokładny indukcyjny przetwornik w porównaniu do innych indukcyjnych przetworników.

Konstrukcja LVDT

Główne cechy konstrukcji

• Transformator składa się z pierwszego zwitka P i dwóch drugich zwitków S1 i S2 nawiniętych na cylindryczny formier (który jest pusty w środku i zawiera rdzeń).

• Oba drugie zwitki mają taką samą liczbę zwojów i są umieszczone po obu stronach pierwszego zwitka.

• Pierwszy zwitek jest podłączony do źródła prądu zmiennego, co powoduje powstanie indukcji w szczelinie powietrznej i indukowanie napięć w drugich zwitkach.

• Wewnątrz formiera umieszczany jest poruszający się rdzeń z miękkiego żelaza, a pomiar przemieszczenia jest połączony z tym rdzeniem.

• Rdzeń zazwyczaj ma wysoką przejmowalność, co pomaga w zmniejszeniu harmonicznych i zapewnianiu wysokiej czułości LVDT.

• LVDT jest umieszczany w obudowie ze stali nierdzewnej, ponieważ zapewnia ona ekranowanie elektrostatyczne i elektromagnetyczne.

• Oba drugie zwitki są połączone w taki sposób, że wynikowe wyjście jest różnicą napięć między dwoma zwitkami.

Zasada działania i funkcjonowania

Ponieważ pierwszy zwitek jest podłączony do źródła prądu zmiennego, to w drugich zwitkach LVDT powstają naprężenia zmiennoprądowe. Wyjście w drugim zwitku S1 to e1, a w drugim zwitku S2 to e2. Dlatego różnicowe wyjście wynosi,

To równanie wyjaśnia zasadę działania LVDT.

Teraz trzy przypadki, które zależą od położenia rdzenia, wyjaśniające działanie LVDT, są omówione poniżej:

• PRZYPADKI I Gdy rdzeń znajduje się w pozycji zerowej (bez przemieszczenia).Gdy rdzeń znajduje się w pozycji zerowej, to indukcja magnetyczna połączona z obiema drugimi zwitkami jest taka sama, więc indukowane napięcie jest takie samo w obu zwitkach. Dla braku przemieszczenia wartość wyjściowa eout wynosi zero, ponieważ e1 i e2 są równe. To oznacza, że nie nastąpiło przemieszczenie.

• PRZYPADKI II Gdy rdzeń jest przesunięty w górę od pozycji zerowej (przemieszczenie w górę względem punktu odniesienia)

• W tym przypadku indukcja magnetyczna połączona z drugim zwitkiem S1 jest większa niż indukcja połączona z S2. W rezultacie e1 będzie większe niż e2. Dlatego napięcie wyjściowe eout jest dodatnie.

• PRZYPADKI III Gdy rdzeń jest przesunięty w dół od pozycji zerowej (przemieszczenie w dół względem punktu odniesienia). W tym przypadku wartość e2 będzie większa niż e1. Dlatego napięcie wyjściowe eout będzie ujemne i wskaże przemieszczenie w dół względem punktu odniesienia.

Wyjście VS Przemieszczenie Rdzenia

Napięcie wyjściowe LVDT ma liniową zależność od przemieszczenia rdzenia, co przedstawia się jako krzywa liniowa na wykresie.Niektóre ważne aspekty dotyczące wielkości i znaku napięcia indukowanego w LVDT

Ilość zmiany napięcia, zarówno ujemnego, jak i dodatniego, jest proporcjonalna do ilości ruchu rdzenia i wskazuje ilość ruchu liniowego.Poprzez obserwację zwiększania lub zmniejszania napięcia wyjściowego można określić kierunek ruchu.Napięcie wyjściowe LVDT jest liniową funkcją przemieszczenia rdzenia.

Zalety LVDT

• Szeroki zakres – LVDT może mierzyć szeroki zakres przemieszczeń, od 1,25 mm do 250 mm, co zwiększa jego elastyczność w różnych aplikacjach.

• Brak strat przez tarcie – Ponieważ rdzeń porusza się wewnątrz pustego formiera, nie ma strat wejściowych przemieszczeń przez tarcie, co sprawia, że LVDT jest bardzo dokładnym urządzeniem.

• Wysokie wejście i wysoka czułość – Wyjście LVDT jest tak wysokie, że nie wymaga wzmacniania. Przetwornik charakteryzuje się wysoką czułością, która wynosi zwykle około 40 V/mm.

• Niska histereza – LVDT cechują się niską histerezą, dlatego powtarzalność jest doskonała w wszystkich warunkach.

• Niska zużycie energii – Moc wynosi około 1 W, co jest niewielką wartością w porównaniu do innych przetworników.

• Bezpośrednia konwersja na sygnały elektryczne – Konwertują one liniowe przemieszczenie na napięcie elektryczne, które jest łatwe do przetwarzania.

Wady LVDT

• Ze względu na ich wrażliwość na poboczne pola magnetyczne, LVDT wymagają ochronnych instalacji, aby zapewnić dokładne działanie i zapobiec interferencjom.

• LVDT są wpływowane przez drgania i temperaturę.

• Można stwierdzić, że są one bardziej korzystne w porównaniu do innych indukcyjnych przetworników.

Zastosowania LVDT

• Używamy LVDT w zastosowaniach, gdzie mierzone przemieszczenia wahają się od ułamka milimetra do kilku centymetrów. LVDT działając jako główny przetwornik, konwertuje przemieszczenie bezpośrednio na sygnał elektryczny.

• LVDT może również działać jako wtórny przetwornik. Na przykład, tubka Bourdon działająca jako główny przetwornik, konwertuje ciśnienie na liniowe przemieszczenie, a następnie LVDT konwertuje to przemieszczenie na sygnał elektryczny, który po kalibracji daje odczyt ciśnienia płynu.