อะไรคือ LVDT?

อะไรคือ LVDT?

คำนิยามของ LVDT

LVDT หรือ Linear Variable Differential Transformer เป็นทรานสดูเซอร์แบบอินดักทีฟที่แปลงการเคลื่อนที่เชิงเส้นเป็นสัญญาณไฟฟ้า มันได้รับความนิยมเนื่องจากความแม่นยำและความน่าเชื่อถือ สัญญาณออกที่ขดลวดรองของทรานสฟอร์เมอร์นี้เป็นผลต่าง ดังนั้นจึงเรียกว่า LVDT ซึ่งเป็นทรานสดูเซอร์แบบอินดักทีฟที่มีความแม่นยำมากกว่าทรานสดูเซอร์แบบอินดักทีฟอื่นๆ

โครงสร้างของ LVDT

คุณสมบัติหลักของโครงสร้าง

• ทรานสฟอร์เมอร์ประกอบด้วยขดลวดหลัก P และขดลวดรอง S1 และ S2 ที่พันบนแกนทรงกระบอก (ซึ่งเป็นรูว่างและมีแกนอยู่ภายใน)

• ทั้งสองขดลวดรองมีจำนวนรอบเท่ากัน และวางไว้ทั้งสองข้างของขดลวดหลัก

• ขดลวดหลักเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้า AC ซึ่งสร้างฟลักซ์ในช่องอากาศและทำให้เกิดแรงดันในขดลวดรอง

• แกนเหล็กอ่อนที่สามารถเคลื่อนที่ได้ถูกวางไว้ภายในแกนทรงกระบอก และการเคลื่อนที่ที่ต้องการวัดเชื่อมต่อกับแกนเหล็ก

• แกนเหล็กมีความซึมผ่านทางแม่เหล็กสูง ซึ่งช่วยลดฮาร์โมนิกและเพิ่มความไวของ LVDT

• LVDT ถูกใส่ไว้ภายในเคสสแตนเลส เพื่อให้ได้การป้องกันไฟฟ้าสถิตและสนามแม่เหล็ก

• ทั้งสองขดลวดรองเชื่อมต่อในลักษณะที่ผลลัพธ์ที่ได้คือผลต่างระหว่างแรงดันของสองขดลวด

หลักการทำงานและการทำงาน

เนื่องจากขดลวดหลักเชื่อมต่อกับแหล่งกำเนิดไฟฟ้า AC จึงสร้างกระแสไฟฟ้าและแรงดันในขดลวดรองของ LVDT แรงดันออกที่ขดลวดรอง S1 คือ e1 และที่ขดลวดรอง S2 คือ e2 ดังนั้นผลต่างของแรงดันออกคือ,

สมการนี้อธิบายหลักการทำงานของ LVDT

ตอนนี้มีสามกรณีตามตำแหน่งของแกนที่อธิบายการทำงานของ LVDT ดังนี้,

• กรณีที่ 1 เมื่อแกนอยู่ที่ตำแหน่งศูนย์ (ไม่มีการเคลื่อนที่)เมื่อแกนอยู่ที่ตำแหน่งศูนย์ ฟลักซ์ที่เชื่อมโยงกับทั้งสองขดลวดรองจะเท่ากัน ดังนั้นแรงดันเหนี่ยวนำที่ทั้งสองขดลวดจะเท่ากัน ดังนั้นสำหรับไม่มีการเคลื่อนที่ ค่าแรงดันออก eout จะเป็นศูนย์ เนื่องจาก e1 และ e2 เท่ากัน แสดงว่าไม่มีการเคลื่อนที่เกิดขึ้น

• กรณีที่ 2 เมื่อแกนเคลื่อนไปข้างบนของตำแหน่งศูนย์ (สำหรับการเคลื่อนที่ขึ้นจากจุดอ้างอิง)

• ในกรณีนี้ ฟลักซ์ที่เชื่อมโยงกับขดลวดรอง S1 จะมากกว่าฟลักซ์ที่เชื่อมโยงกับ S2 ทำให้ e1 จะมากกว่า e2 ทำให้แรงดันออก eout เป็นบวก

• กรณีที่ 3 เมื่อแกนเคลื่อนไปข้างล่างของตำแหน่งศูนย์ (สำหรับการเคลื่อนที่ลงจากจุดอ้างอิง) ในกรณีนี้ ขนาดของ e2 จะมากกว่า e1 ทำให้แรงดันออก eout จะเป็นลบ และแสดงว่าการเคลื่อนที่ลงไปจากจุดอ้างอิง

แรงดันออกเทียบกับการเคลื่อนที่ของแกน

แรงดันออกของ LVDT มีความสัมพันธ์เชิงเส้นกับการเคลื่อนที่ของแกน ซึ่งแสดงโดยกราฟเส้นตรงบางประเด็นสำคัญเกี่ยวกับขนาดและเครื่องหมายของแรงดันที่เหนี่ยวนำใน LVDT

ปริมาณการเปลี่ยนแปลงของแรงดัน ไม่ว่าจะเป็นลบหรือบวก คือสัดส่วนกับปริมาณการเคลื่อนที่ของแกนและแสดงปริมาณการเคลื่อนที่เชิงเส้น โดยการสังเกตว่าแรงดันออกเพิ่มขึ้นหรือลดลง สามารถกำหนดทิศทางของการเคลื่อนที่ได้ แรงดันออกของ LVDT เป็นฟังก์ชันเชิงเส้นของการเคลื่อนที่ของแกน

ข้อดีของ LVDT

• ช่วงวัดสูง - LVDTs สามารถวัดการเคลื่อนที่เชิงเส้นได้หลากหลาย ตั้งแต่ 1.25 มม. ถึง 250 มม. ซึ่งเพิ่มความยืดหยุ่นในการใช้งานต่างๆ

• ไม่มีการสูญเสียจากการเสียดสี - เนื่องจากแกนเคลื่อนที่ภายในแกนทรงกระบอกที่ว่าง จึงไม่มีการสูญเสียจากการเสียดสี ทำให้ LVDT เป็นอุปกรณ์ที่มีความแม่นยำสูง

• แรงดันเข้าสูงและความไวสูง - แรงดันออกของ LVDT มากพอที่ไม่จำเป็นต้องขยายสัญญาณ ทรานสดูเซอร์มีความไวสูง ประมาณ 40V/mm

• ความหน่วงต่ำ - LVDTs มีความหน่วงต่ำ ดังนั้นความซ้ำซ้อนจึงยอดเยี่ยมภายใต้ทุกสภาพ

• การใช้พลังงานต่ำ - การใช้พลังงานประมาณ 1W ซึ่งน้อยกว่าทรานสดูเซอร์อื่นๆ

• การแปลงโดยตรงเป็นสัญญาณไฟฟ้า - สามารถแปลงการเคลื่อนที่เชิงเส้นเป็นแรงดันไฟฟ้า ซึ่งง่ายต่อการประมวลผล

ข้อเสียของ LVDT

• เนื่องจากความไวต่อสนามแม่เหล็กภายนอก LVDTs ต้องการการติดตั้งป้องกันเพื่อให้มั่นใจในประสิทธิภาพที่ถูกต้องและป้องกันการรบกวน

• LVDT ได้รับผลกระทบจากแรงสั่นสะเทือนและอุณหภูมิ

• สรุปว่า LVDTs มีประโยชน์มากกว่าทรานสดูเซอร์แบบอินดักทีฟอื่นๆ

การประยุกต์ใช้ LVDT

• เราใช้ LVDT ในการประยุกต์ใช้ที่ต้องการวัดการเคลื่อนที่เชิงเส้นตั้งแต่เศษมิลลิเมตรถึงหลายเซนติเมตร LVDT ทำหน้าที่เป็นทรานสดูเซอร์หลักแปลงการเคลื่อนที่เป็นสัญญาณไฟฟ้าโดยตรง

• LVDT ยังสามารถทำหน้าที่เป็นทรานสดูเซอร์รองได้ ตัวอย่างเช่น ท่อ Bourdon ที่ทำหน้าที่เป็นทรานสดูเซอร์หลักแปลงแรงดันเป็นการเคลื่อนที่เชิงเส้น จากนั้น LVDT แปลงการเคลื่อนที่นี้เป็นสัญญาณไฟฟ้า ซึ่งหลังจากปรับเทียบแล้วจะให้ค่าแรงดันของของเหลว