선형 가변 차동 변환기 LVDT
LVDT의 정의
용어 LVDT는 선형 가변 미분 변압기(Linear Variable Differential Transformer)를 의미합니다. 이는 선형 움직임을 전기 신호로 변환하는 가장 널리 사용되는 유도 변환기입니다.
이 변압기의 2차 측에서 출력은 차동 형태이므로 이러한 이름이 붙여졌습니다. 다른 유도 변환기에 비해 매우 정확한 유도 변환기입니다.
LVDT의 구조
구조의 주요 특징
변압기는 P라는 기본 와인딩과 S1 및 S2라는 두 개의 2차 와인딩으로 구성되며, 이들은 원통형 포머(공극이며 코어가 들어가는 부분)에 감겨 있습니다.
두 2차 와인딩은 동일한 수의 턴수를 가지고 있으며, 기본 와인딩의 양쪽에 배치됩니다.
기본 와인딩은 AC 소스에 연결되어 공극에서 플럭스를 생성하고, 2차 와인딩에서는 전압이 유도됩니다.
포머 내부에는 이동 가능한 연철 코어가 위치하며, 측정할 변위는 이 코어에 연결됩니다.
코어는 일반적으로 고순도를 가지며, 이는 LVDT의 고조파를 줄이고 높은 민감도를 제공합니다.
LVDT는 전자기적 및 전기적 차폐를 제공하기 위해 스테인리스강 하우징 내부에 배치됩니다.
두 2차 와인딩은 두 와인딩의 전압 차이를 결과로 하는 방식으로 연결됩니다.
작동 원리와 작동
기본 회로가 AC 소스에 연결되어 있으므로 LVDT의 2차 회로에서 교류 전류와 전압이 생성됩니다. 2차 S1에서의 출력은 e1이고, 2차 S2에서의 출력은 e2입니다. 따라서 차동 출력은 다음과 같습니다.
이 방정식은 LVDT의 작동 원리를 설명합니다.
코어의 위치에 따라 세 가지 경우가 발생하며, 이를 통해 LVDT의 작동이 설명됩니다.
CASE I 코어가 영점 위치(변위 없음)
코어가 영점 위치에 있을 때, 두 2차 와인딩 모두에 링크된 플럭스는 같으므로 유도된 전동력은 두 와인딩 모두에서 같습니다. 따라서 변위가 없을 때 출력 eout의 값은 e1과 e2가 같으므로 0입니다. 이는 변위가 발생하지 않았음을 나타냅니다.CASE II 코어가 영점 위로 이동(참조점 위로 변위)
이 경우, 2차 와인딩 S1에 링크된 플럭스가 S2보다 더 많습니다. 따라서 e1은 e2보다 큽니다. 이로 인해 출력 전압 eout은 양수가 됩니다.CASE III 코어가 영점 아래로 이동(참조점 아래로 변위)
이 경우, e2의 크기가 e1보다 큽니다. 따라서 출력 eout은 음수가 되며, 참조점 아래로의 변위를 나타냅니다.
출력 VS 대 코어 변위 선형 곡선은 출력 전압이 코어의 변위와 선형적으로 변함을 보여줍니다.
LVDT에서 유도된 전압의 크기와 부호에 대한 몇 가지 중요한 점
전압의 변화량(양수 또는 음수)은 코어의 이동량과 비례하며, 선형 운동의 양을 나타냅니다.
출력 전압이 증가하거나 감소함을 통해 운동의 방향을 결정할 수 있습니다.
LVDT의 출력 전압은 코어 변위의 선형 함수입니다.
LVDT의 장점
고 범위 – LVDT는 변위 측정을 위한 매우 높은 범위를 가지고 있습니다. 1.25 mm부터 250 mm까지의 변위를 측정할 수 있습니다.
마찰 손실 없음 – 코어가 공극 포머 내부에서 이동하므로, 마찰 손실이 없어 매우 정확한 기기입니다.
높은 입력과 높은 민감도 – LVDT의 출력은 매우 높아 앰플리피케이션을 필요로 하지 않습니다. 변환기는 일반적으로 약 40V/mm의 높은 민감도를 가지고 있습니다.
낮은 히스테리시스 – LVDT는 낮은 히스테리시스를 보여주어 모든 조건에서 재현성이 우수합니다.
낮은 전력 소모 – 전력 소모는 약 1W로, 다른 변환기에 비해 매우 낮습니다.
전기 신호로 직접 변환 – 선형 변위를 전기 전압으로 직접 변환하여 처리하기 쉽습니다.
LVDT의 단점
LVDT는 잡 자기장에 민감하므로, 항상 잡 자기장을 차단할 수 있는 설정이 필요합니다.
LVDT는 진동과 온도에 영향을 받습니다.
결론적으로, 다른 유도 변환기에 비해 LVDT는 유리합니다.
LVDT의 응용
몇 mm에서 몇 cm까지의 변위를 측정해야 하는 응용 분야에서 LVDT를 사용합니다. LVDT는 기본 변환기로서 변위를 직접 전기 신호로 변환합니다.
LVDT는 2차 변환기로도 작동할 수 있습니다. 예를 들어, 부르봉 튜브는 기본 변환기로서 압력을 선형 변위로 변환하고, LVDT는 이 변위를 전기 신호로 변환하여 캘리브레이션 후 액체의 압력을 읽어냅니다.
Statement: Respect the original, good articles worth sharing, if there is infringement please contact delete.
