Что такое LVDT?
Определение LVDT
LVDT, или линейный дифференциальный трансформатор, это индуктивный датчик, который преобразует линейное движение в электрический сигнал. Он высоко ценится за свою точность и надежность. Выходное напряжение на вторичной обмотке этого трансформатора является дифференциальным, поэтому он так называется. Это очень точный индуктивный датчик по сравнению с другими индуктивными датчиками.
Конструкция LVDT
Основные характеристики конструкции
Трансформатор состоит из первичной обмотки P и двух вторичных обмоток S1 и S2, намотанных на цилиндрическую форму (которая пустотелая и содержит сердечник).
Обе вторичные обмотки имеют одинаковое количество витков, и они расположены по обе стороны от первичной обмотки.
Первичная обмотка подключена к источнику переменного тока, который создает поток в воздушном зазоре, и напряжения индуцируются во вторичных обмотках.
Внутри формы размещается подвижный мягкий железный сердечник, и измеряемое перемещение соединяется с железным сердечником.
Железный сердечник обычно имеет высокую проницаемость, что помогает уменьшить гармоники и обеспечивает высокую чувствительность LVDT.
LVDT размещается внутри корпуса из нержавеющей стали, поскольку это обеспечивает электростатическую и электромагнитную защиту.
Обе вторичные обмотки подключены таким образом, что результирующий выход является разностью напряжений на двух обмотках.
Принцип работы и функционирования
Поскольку первичная обмотка подключена к источнику переменного тока, то в вторичных обмотках LVDT возникают переменные токи и напряжения. Выходное напряжение на вторичной обмотке S1 равно e1, а на вторичной обмотке S2 равно e2. Таким образом, дифференциальное выходное напряжение равно,
Это уравнение объясняет принцип работы LVDT.
Существуют три случая, зависящие от положения сердечника, которые объясняют работу LVDT, и они обсуждаются ниже:
СЛУЧАЙ I Когда сердечник находится в нулевом положении (без перемещения). Когда сердечник находится в нулевом положении, то поток, связанный с обеими вторичными обмотками, равен, и индуцированное ЭДС одинаково в обеих обмотках. Поэтому при отсутствии перемещения значение выходного напряжения eout равно нулю, так как e1 и e2 равны. Это показывает, что перемещения не произошло.
СЛУЧАЙ II Когда сердечник перемещен выше нулевого положения (при перемещении выше точки отсчета)
В этом случае поток, связанный со вторичной обмоткой S1, больше, чем поток, связанный с S2. В результате e1 будет больше, чем e2. В результате выходное напряжение eout будет положительным.
СЛУЧАЙ III Когда сердечник перемещен ниже нулевого положения (при перемещении ниже точки отсчета). В этом случае величина e2 будет больше, чем e1. В результате выходное напряжение eout будет отрицательным и покажет перемещение ниже точки отсчета.
Выходное напряжение в зависимости от перемещения сердечника
Выходное напряжение LVDT имеет линейную зависимость от перемещения сердечника, что представлено линейной кривой на графике. Некоторые важные моменты о величине и знаке индуцированного напряжения в LVDT
Изменение напряжения, будь то отрицательное или положительное, пропорционально перемещению сердечника и указывает на величину линейного движения. По изменению выходного напряжения (увеличение или уменьшение) можно определить направление движения. Выходное напряжение LVDT является линейной функцией перемещения сердечника.
Преимущества LVDT
Широкий диапазон — LVDT могут измерять широкий диапазон перемещений, от 1,25 мм до 250 мм, что повышает их универсальность в различных применениях.
Отсутствие трения — так как сердечник перемещается внутри полой формы, нет потерь перемещения из-за трения, что делает LVDT очень точным устройством.
Высокий вход и высокая чувствительность — выходное напряжение LVDT настолько высоко, что не требуется усиление. Датчик обладает высокой чувствительностью, которая обычно составляет около 40 В/мм.
Низкая гистерезис — LVDT показывают низкую гистерезис, и, следовательно, повторяемость отличная при всех условиях.
Низкое потребление энергии — мощность составляет около 1 Вт, что очень мало по сравнению с другими датчиками.
Прямое преобразование в электрические сигналы — они преобразуют линейное перемещение в электрическое напряжение, которое легко обрабатывать.
Недостатки LVDT
Из-за своей чувствительности к посторонним магнитным полям, LVDT требуют защитных установок для обеспечения точной работы и предотвращения помех.
LVDT подвержен влиянию вибраций и температуры.
Можно заключить, что они более выгодны по сравнению с другими индуктивными датчиками.
Применение LVDT
Мы используем LVDT в тех приложениях, где перемещения, подлежащие измерению, находятся в диапазоне от долей миллиметра до нескольких сантиметров. LVDT, действуя как первичный датчик, преобразует перемещение в электрический сигнал напрямую.
LVDT также может действовать как вторичный датчик. Например, бурдоновская трубка, которая действует как первичный датчик, преобразует давление в линейное перемещение, а затем LVDT преобразует это перемещение в электрический сигнал, который после калибровки дает показания давления жидкости.