Lineární diferenciální transformátor LVDT

Definice LVDT

Zkratka LVDT znamená lineární diferenciální transformátor s proměnnou vzdáleností. Je to nejrozšířenější indukční čidlo, které převádí lineární pohyb na elektrický signál.

Výstup ze sekundárních cívek tohoto transformátoru je diferenciální, proto se tak nazývá. Je velmi přesné indukční čidlo v porovnání s jinými indukčními čidly.

Konstrukce LVDT

Hlavní prvky konstrukce

• Transformátor obsahuje primární cívek P a dvě sekundární cívek S1 a S2 namotané na válcovém nosiči (který je dutý a obsahuje jádro).

• Obě sekundární cívek mají stejný počet závitů a jsou umístěny na obou stranách primární cívek.

• Primární cívka je spojena s AC zdrojem, který vytváří tok ve vzduchové mezeře a indukuje napětí v sekundárních cívkách.

• Uvnitř nosiče je umístěno posuvné měkké železné jádro, k němuž je připojen měřený posuv.

• Jádro je obvykle vysoce permeabilní, což pomáhá snížit harmonické složky a zvýšit citlivost LVDT.

• LVDT je umístěn uvnitř obalu z nerezové oceli, který poskytuje elektrostatickou a elektromagnetickou štítivost.

• Obě sekundární cívek jsou propojeny tak, aby výstup byl rozdílem napětí mezi oběma cívkami.

Zásada fungování a práce

Jelikož je primární cívka spojena s AC zdrojem, v sekundárních cívkách LVDT se vytvářejí střídavé proud a napětí. Výstup v sekundární cívce S1 je e1 a v sekundární cívce S2 je e2. Tedy diferenciální výstup je,

Tato rovnice vysvětluje zásadu fungování LVDT.

Nyní nastávají tři případy podle polohy jádra, které vysvětlují fungování LVDT, a jsou popsány níže jako,

• PŘÍPAD I Když je jádro v neutrální pozici (bez posunu)
  Když je jádro v neutrální pozici, tok procházející oběma sekundárními cívkami je stejný, takže indukované emf jsou v obou cívkách stejné. Pro nulový posun je hodnota výstupu eout nulová, protože e1 a e2 jsou stejné. To ukazuje, že nedošlo k žádnému posunu.

• PŘÍPAD II Když je jádro posunuto nad neutrální pozici (pro posun nad referenčním bodem)
  V tomto případě je tok procházející sekundární cívkou S1 větší než tok procházející S2. Proto bude e1 větší než e2. V důsledku toho bude výstupní napětí eout kladné.

• PŘÍPAD III Když je jádro posunuto pod neutrální pozici (pro posun pod referenčním bodem). V tomto případě bude magnituda e2 větší než e1. V důsledku toho bude výstup eout záporný a ukazuje výstup pod referenčním bodem.

Výstup VS Posun jádra Lineární křivka ukazuje, že výstupní napětí se lineárně mění s posunem jádra.

Několik důležitých bodů ohledně magnitudy a znaménka napětí indukovaného v LVDT

• Množství změny napětí, zda záporné nebo kladné, je úměrné množství pohybu jádra a indikuje množství lineárního pohybu.

• Zjištěním, zda se výstupní napětí zvyšuje nebo snižuje, lze určit směr pohybu.

• Výstupní napětí LVDT je lineární funkce posunu jádra.

Výhody LVDT

• Velký rozsah – LVDT má velmi vysoký rozsah pro měření posunu. Může být použit pro měření posunů od 1,25 mm do 250 mm.

• Žádné třecí ztráty – Protože jádro se pohybuje uvnitř dutého nosiče, není zde žádná ztráta vstupu posunu jako třecí ztráta, což z LVDT dělá velmi přesný přístroj.

• Vysoký vstup a vysoká citlivost – Výstup LVDT je tak vysoký, že nepotřebuje žádné zesílení. Čidlo má vysokou citlivost, která je typicky okolo 40V/mm.

• Nízká hystereze – LVDT ukazuje nízkou hysterezi a proto je opakovatelnost vynikající za všech podmínek.

• Nízké spotřebování energie – Spotřeba energie je asi 1W, což je velmi nízké v porovnání s jinými čidly.

• Přímý převod na elektrické signály – Převádí lineární posun na elektrické napětí, které je snadno zpracovatelné.

Nevýhody LVDT

Daruji