ترانسفورماتور خطی متغیر دیفرانسیلی LVDT

تعریف LVDT

اصطلاح LVDT به معنای ترانسفورماتور خطی متغیر دیفرانسیل است. این دستگاه بیشترین مورد استفاده در انتقال‌دهنده‌های القایی است که حرکت خطی را به سیگنال الکتریکی تبدیل می‌کند.

خروجی دومینی این ترانسفورماتور دیفرانسیل است و بنابراین به این نام خوانده می‌شود. این انتقال‌دهنده القایی بسیار دقیق‌تر از سایر انتقال‌دهنده‌های القایی است.

ساختار LVDT

ویژگی‌های اصلی ساختار

• ترانسفورماتور شامل یک پیچش اولیه P و دو پیچش ثانویه S1 و S2 است که بر روی یک فرم‌دهنده استوانه‌ای (که توخالی است و هسته را در خود جای می‌دهد) پیچیده شده‌اند.

• هر دو پیچش ثانویه تعداد دوران برابری دارند و در طرفین پیچش اولیه قرار داده شده‌اند.

• پیچش اولیه به منبع AC متصل می‌شود که یک شار در فضای خالی ایجاد می‌کند و ولتاژ‌هایی در پیچش‌های ثانویه القاء می‌شوند.

• یک هسته آهن نرم داخل فرم‌دهنده قرار داده شده و حرکت مورد اندازه‌گیری به آهن متصل می‌شود.

• هسته آهن معمولاً با نفوذپذیری بالا است که به کاهش هارمونیک‌ها و حساسیت بالای LVDT کمک می‌کند.

• LVDT در داخل یک پوشش فولاد ضد زنگ قرار دارد که محافظت الکترواستاتیک و الکترومغناطیسی ایجاد می‌کند.

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

اصل عملکرد و کارکرد

چون پیچش اولیه به منبع AC متصل است، جریان متناوب و ولتاژ‌هایی در پیچش‌های ثانویه LVDT ایجاد می‌شوند. خروجی در پیچش ثانویه S1 برابر e1 و در پیچش ثانویه S2 برابر e2 است. بنابراین خروجی دیفرانسیل برابر است با،

این معادله اصل عملکرد LVDT را توضیح می‌دهد.

حالا سه حالت بر اساس موقعیت هسته وجود دارد که کارکرد LVDT را توضیح می‌دهند:

• حالت یک وقتی هسته در موقعیت صفر (بدون جابجایی) است
  وقتی هسته در موقعیت صفر است، شاری که با هر دو پیچش ثانویه پیوند دارد برابر است و ولتاژ القاء شده در هر دو پیچش برابر است. بنابراین برای عدم جابجایی مقدار خروجی eout صفر است زیرا e1 و e2 هر دو برابر هستند. بنابراین نشان می‌دهد که جابجایی انجام نشده است.

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

• حالت سه وقتی هسته به پایین موقعیت صفر حرکت می‌کند (برای جابجایی به پایین نقطه مرجع). 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 القاء شده در LVDT

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

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

• ولتاژ خروجی LVDT یک تابع خطی از جابجایی هسته است.

مزایای LVDT

• دامنه بالا – LVDT‌ها دامنه بسیار بالایی برای اندازه‌گیری جابجایی دارند. آنها می‌توانند برای اندازه‌گیری جابجایی‌هایی از ۱.۲۵ میلی‌متر تا ۲۵۰ میلی‌متر استفاده شوند.

• بدون تلفات اصطکاکی – چون هسته در داخل یک فرم‌دهنده توخالی حرکت می‌کند، هیچ تلفات اصطکاکی وجود ندارد و این LVDT را به دستگاه بسیار دقیق تبدیل می‌کند.

• خروجی بالا و حساسیت بالا – خروجی LVDT به اندازه‌ای بالا است که نیازی به تقویت ندارد. انتقال‌دهنده دارای حساسیت بسیار بالا است که معمولاً حدود ۴۰ وات بر میلی‌متر است.

• هیسترزیس پایین – LVDT‌ها هیسترزیس پایینی دارند و بنابراین تکرارپذیری آنها تحت همه شرایط بسیار خوب است.

• صرفه‌جویی در مصرف انرژی – مصرف انرژی حدود ۱ وات است که بسیار کمتر از سایر انتقال‌دهنده‌ها است.

• تبدیل مستقیم به سیگنال‌های الکتریکی