Linearni varijabilni diferencijalni transformator LVDT

Definicija LVDT

Termin LVDT znači linearni varijabilni diferencijalni transformator. To je najšire korišteni induktivni pretvarač koji pretvara linearni pokret u električni signal.

Izlaz na sekundarnoj strani ovog transformatora je diferencijalan, stoga se i naziva tako. To je vrlo točan induktivni pretvarač u usporedbi s drugim induktivnim pretvaračima.

Konstrukcija LVDT

Glavne značajke konstrukcije

• Transformator sastoji se od primarne bobine P i dvije sekundarne bobine S1 i S2 namotane na cilindričnu formu (koja je prazna po prirodi i sadrži jezgra).

• Obje sekundarne bobine imaju jednak broj zavoja, i smještene su na svakoj strani primarne bobine.

• Primarna bobina je spojena na AC izvor koji proizvodi fluks u zračnom razmaku, a naponi se induciraju u sekundarnim bobinama.

• Pokretno mekano željezno jezgro je smješteno unutar forme, a pomak koji se mjeri povezan je s željeznim jezgrom.

• Željezno jezgro obično ima visoku permeabilnost što pomaže u smanjenju harmonika i visokoj osjetljivosti LVDT-a.

• LVDT je smješten unutar kućišta od nerđajućeg čelika jer će to pružiti elektrostatičku i elektromagnetsku štitnju.

• Obje sekundarne bobine su spojene na način da rezultirajući izlaz predstavlja razliku između napona dviju bobina.

Princip rada i funkcioniranja

Kako je primarna spojena na AC izvor, producirani su alternativni struja i naponi u sekundarnom dijelu LVDT-a. Izlaz u sekundarnom S1 je e1, a u sekundarnom S2 je e2. Stoga je diferencijalni izlaz,

Ova jednadžba objašnjava princip rada LVDT-a.

Sada se javljaju tri slučaja prema lokaciji jezgra, koji objašnjavaju rad LVDT-a, kao što slijedi,

• SLUČAJ I Kada je jezgro na nuli (bez pomaka)
  Kada je jezgro na nuli, fluks koji povezuje obje sekundarne bobine je jednak, pa je inducirani emf jednak u obje bobine. Stoga, za nema pomaka, vrijednost izlaza eout je nula, jer su e1 i e2 jednaki. To pokazuje da se nijedan pomak nije dogodio.

• SLUČAJ II Kada je jezgro pomaknuto prema gore od nule (za pomak prema gore od referentne točke)
  U ovom slučaju, fluks koji povezuje sekundarnu bobinu S1 je veći u usporedbi s fluksom koji povezuje S2. Zbog toga će e1 biti veći od e2. Zbog toga će izlazni napon eout biti pozitivan.

• SLUČAJ III Kada je jezgro pomaknuto prema dolje od nule (za pomak prema dolje od referentne točke). U ovom slučaju, magnituda e2 će biti veća od e1. Zbog toga će izlaz eout biti negativan i pokazivat će izlaz prema dolje od referentne točke.

Izlaz VS Pomak jezgra Linearna krivulja pokazuje da se izlazni napon linearno mijenja s pomakom jezgra.

Neki važni detalji o magnitudi i predznaku napona induciranog u LVDT-u

• Iznos promjene napona, bilo negativne ili pozitivne, proporcionalan je iznosu pomaka jezgra i pokazuje iznos linearnog gibanja.

• Promatrajući povećanje ili smanjenje izlaznog napona, može se odrediti smjer gibanja.

• Izlazni napon LVDT-a je linearna funkcija pomaka jezgra.

Prednosti LVDT-a

• Visoki raspon – LVDT-ovi imaju vrlo veliki raspon za mjerenje pomaka. Mogu se koristiti za mjerenje pomaka od 1,25 mm do 250 mm.

• Nema trenutnih gubitaka – Kako se jezgro kreće unutar prazne forme, nema gubitaka ulaznog pomaka kao trenutnih gubitaka, što čini LVDT vrlo točnim uređajem.

• Visok ulaz i visoka osjetljivost – Izlaz LVDT-a je toliko visok da ne treba nikakvo pojačanje. Pretvarač posjeduje visoku osjetljivost koja je tipično oko 40V/mm.

• Niska histeriza – LVDT-ovi pokazuju nisku histerizu, stoga je ponovljivost izvanredna pod svim uvjetima.

• Niska potrošnja energije – Potrošnja energije je oko 1W, što je vrlo malo u usporedbi s drugim pretvaračima.

• Direktna konverzija u električne signale – Oni pretvaraju linearni pomak u električni napon koji je lako obradiv.

Nedostaci LVDT-a

• LVDT je osjetljiv na strane magnetska polja