تغییرات خطی تفاضلی مبدل دیفرانسیلی LVDT

تعریف LVDT

عبارت LVDT مخفف ترانسفورماتور دیفرانسیل متغیر خطی است. این به طور گسترده‌ای استفاده شده است ترانسفورماتور القایی که حرکت خطی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند.

خروجی در دومین بخش این ترانسفورماتور دیفرانسیل است و بنابراین به این نام معروف است. این ترانسفورماتور با دقت بالاتری نسبت به سایر ترانسفورماتورهای القایی عمل می‌کند.

ساختار LVDT

ویژگی‌های اصلی ساختار

• ترانسفورماتور شامل یک پیچش اصلی P و دو پیچش ثانویه S1 و S2 که بر روی یک فرم اسطوانه‌ای (که خالی است و هسته را در بر می‌گیرد) پیچیده شده‌اند.

• هر دو پیچش ثانویه تعداد دورهای مساوی دارند و آنها را در دو طرف پیچش اصلی قرار می‌دهند.

• پیچش اصلی به یک منبع AC متصل است که جریان مغناطیسی در فضای خالی ایجاد می‌کند و ولتاژ در پیچش‌های ثانویه القا می‌شود.

• یک هسته آهن نرم داخل فرم قرار داده شده است و جابجایی که اندازه‌گیری می‌شود به هسته آهن متصل است.

• 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 شده است زیرا این پوشش محافظت الکترواستاتیک و مغناطیسی را فراهم می‌کند.

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

اصل عملکرد و عملکرد

با توجه به اینکه پیچش اصلی به یک منبع AC متصل است، جریان متناوب و ولتاژ در پیچش‌های ثانویه LVDT تولید می‌شود. خروجی در پیچش ثانویه S1 e1 و در پیچش ثانویه S2 e2 است. بنابراین خروجی دیفرانسیل،

این معادله اصل عملکرد LVDT را توضیح می‌دهد.

حالا سه حالت بر اساس موقعیت هسته که عملکرد LVDT را توضیح می‌دهند به شرح زیر مورد بحث قرار می‌گیرند:

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

• حالت II وقتی هسته به بالای موقعیت صفر (برای جابجایی به بالای نقطه مرجع) حرکت می‌کند
  در این حالت، فلوکس مرتبط با پیچش ثانویه S1 بیشتر از فلوکس مرتبط با S2 است. به دلیل این e1 بیشتر از e2 خواهد بود. به دلیل این خروجی ولتاژ eout مثبت خواهد بود.

• حالت III وقتی هسته به پایین موقعیت صفر (برای جابجایی به پایین نقطه مرجع) حرکت می‌کند. در این حالت مقدار e2 بیشتر از e1 خواهد بود. به دلیل این خروجی eout منفی خواهد بود و نشان‌دهنده خروجی به پایین نقطه مرجع است.

خروجی VS جابجایی هسته یک منحنی خطی نشان می‌دهد که ولتاژ خروجی به طور خطی با جابجایی هسته تغییر می‌کند.

نکات مهم درباره مقدار و علامت ولتاژ القا شده در LVDT

• مقدار تغییر در ولتاژ، چه منفی یا مثبت، متناسب با مقدار حرکت هسته است و میزان حرکت خطی را نشان می‌دهد.

• با توجه به افزایش یا کاهش ولتاژ خروجی، جهت حرکت مشخص می‌شود.

• ولتاژ خروجی LVDT تابع خطی جابجایی هسته است.

مزایای LVDT

• دامنه بالا – LVDT‌ها دامنه بسیار بالایی برای اندازه‌گیری جابجایی دارند. آنها می‌توانند برای اندازه‌گیری جابجایی‌هایی از 1.25 میلی‌متر تا 250 میلی‌متر استفاده شوند.

• عدم وجود ضایعات اصطکاکی – از آنجا که هسته در داخل یک فرم توخالی حرکت می‌کند، هیچ ضایعات اصطکاکی از جابجایی ورودی وجود ندارد و این LVDT را به دستگاه بسیار دقیق تبدیل می‌کند.

• خروجی بالا و حساسیت بالا – خروجی LVDT به قدری بالا است که نیازی به تقویت ندارد. این ترانسفورماتور دارای حساسیت بالایی است که معمولاً حدود 40V/mm است.

• هیسترزیس پایین – LVDT‌ها هیسترزیس پایینی دارند و بنابراین تکرارپذیری در تمام شرایط بسیار عالی است.

• صرفه‌جویی در مصرف انرژی – مصرف انرژی حدود 1W است که نسبت به سایر ترانسفورماتورها بسیار کم است.

• تبدیل مستقی