Lineaire Variabele Differentiële Transformatie LVDT

Definitie van LVDT

De term LVDT staat voor Lineaire Variabele Differentiële Transformatie. Het is de meest gebruikte inductieve transducer die lineaire beweging omzet in een elektrisch signaal.

Het uitgangssignaal over de secundaire windingen van deze transformator is differentieel, vandaar de naam. Het is een zeer nauwkeurige inductieve transducer in vergelijking met andere inductieve transducers.

Bouw van LVDT

Belangrijkste kenmerken van de constructie

• De transformator bestaat uit een primaire winding P en twee secundaire windingen S1 en S2 gewikkeld op een cilindrische spooldrager (die hol is en de kern bevat).

• Beide secundaire windingen hebben evenveel windingen, en worden geplaatst aan weerszijden van de primaire winding.

• De primaire winding is verbonden met een wisselspanningsbron, wat een flux in de luchtgap creëert en spanningen in de secundaire windingen induceert.

• Een beweegbare zachte ijzerkern wordt binnen de spooldrager geplaatst, en de te meten verplaatsing is verbonden met de ijzerkern.

• De ijzerkern heeft doorgaans een hoge doorlaatbaarheid, wat helpt bij het verminderen van harmonische golven en de hoge gevoeligheid van de LVDT.

• De LVDT wordt geplaatst in een roestvrij stalen behuizing, omdat dit elektrostatische en elektromagnetische scherming biedt.

• De beide secundaire windingen zijn zo verbonden dat het resulterende uitgangssignaal het verschil is tussen de spanningen van de twee windingen.

Werkingsprincipe en werking

Omdat de primaire winding verbonden is met een wisselspanningsbron, worden wisselstroom en spanningen geproduceerd in de secundaire windingen van de LVDT. De uitgang in secundaire winding S1 is e1 en in de secundaire winding S2 is e2. Dus het differentiële uitgangssignaal is,

Deze vergelijking legt het werkingsprincipe van de LVDT uit.

Er ontstaan nu drie gevallen afhankelijk van de locatie van de kern, die de werking van de LVDT uitleggen, zoals hieronder besproken:

• GEVAL I Wanneer de kern zich in de nulpuntpositie bevindt (geen verplaatsing)
  Wanneer de kern zich in de nulpuntpositie bevindt, is de flux die koppelt met beide secundaire windingen gelijk, dus de geïnduceerde emf is gelijk in beide windingen. Voor geen verplaatsing is de waarde van het uitgangssignaal eout nul, omdat e1 en e2 beiden gelijk zijn. Dit betekent dat er geen verplaatsing heeft plaatsgevonden.

• GEVAL II Wanneer de kern boven de nulpuntpositie wordt verplaatst (voor verplaatsing boven het referentiepunt)
  In dit geval is de flux die koppelt met secundaire winding S1 groter dan de flux die koppelt met S2. Hierdoor zal e1 groter zijn dan e2. Hierdoor is de uitgangsspanning eout positief.

• GEVAL III Wanneer de kern onder de nulpuntpositie wordt verplaatst (voor verplaatsing onder het referentiepunt). In dit geval is de magnitude van e2 groter dan die van e1. Hierdoor is de uitgang eout negatief en geeft de uitgang onder het referentiepunt aan.

Uitgang VS Kernverplaatsing Een lineair diagram toont dat de uitgangsspanning lineair varieert met de verplaatsing van de kern.

Enkele belangrijke punten over de grootte en het teken van de geïnduceerde spanning in de LVDT

• De hoeveelheid verandering in spanning, of positief of negatief, is evenredig met de hoeveelheid beweging van de kern en geeft de hoeveelheid lineaire beweging aan.

• Door de uitgangsspanning te volgen, kan de richting van de beweging worden bepaald, of deze stijgt of daalt.

• De uitgangsspanning van een LVDT is een lineaire functie van de kernverplaatsing.

Voordeel van LVDT

• Grote bereik – LVDT's hebben een zeer groot meetbereik voor verplaatsingen. Ze kunnen worden gebruikt voor het meten van verplaatsingen variërend van 1,25 mm tot 250 mm.

• Geen wrijvingsverliezen – Omdat de kern zich binnen een holle spooldrager beweegt, zijn er geen verlies van verplaatsing als wrijvingsverlies, waardoor de LVDT een zeer nauwkeurig apparaat is.

• Hoog ingangssignaal en hoge gevoeligheid – De uitgang van de LVDT is zo hoog dat er geen versterking nodig is. De transducer heeft een hoge gevoeligheid, die typisch ongeveer 40V/mm bedraagt.

• Lage hysteresis – LVDT's tonen een lage hysteresis en daarom is de herhaalbaarheid uitstekend onder alle omstandigheden.

• Lage energieverbruik – Het energieverbruik is ongeveer 1W, wat erg laag is in vergelijking met andere transducers.

• Directe omzetting naar elektrische signalen – Ze zetten de lineaire verplaatsing om in elektrische spanning, die gemakkelijk te verwerken zijn.

Nadelen van LVDT

• LVDT is gevoelig voor verstoringen door magnetische velden, dus het vereist altijd een opstelling om ze te beschermen tegen externe magnetische velden.

• LVDT wordt beïnvloed door trillingen en temperatuur.