Przetwornik liniowy różnicowy LVDT

Definicja LVDT

Termin LVDT oznacza Liniowy Transformator Różnicowy o Zmiennej Indukcyjności. Jest to najbardziej powszechnie używany indukcyjny przetwornik, który zamienia ruch liniowy w sygnał elektryczny.

Wyjście na drugiej cewce tego transformatora jest różnicowe, stąd nazwa. Jest to bardzo dokładny indukcyjny przetwornik w porównaniu do innych indukcyjnych przetworników.

Konstrukcja LVDT

Główne cechy konstrukcji

• Transformator składa się z cewki podstawowej P i dwóch cewek wtórnych S1 i S2 nawiniętych na cylindryczną formę (która jest pusta i zawiera rdzeń).

• Obie cewki wtórne mają taką samą liczbę zwojów i są umieszczone po obu stronach cewki podstawowej.

• Cewka podstawowa jest podłączona do źródła prądu przemiennego, które tworzy strumień magnetyczny w szczelinie powietrznej, a napięcia są indukowane w cewkach wtórnych.

• Wewnątrz formy umieszczony jest poruszalny miękki żelazny rdzeń, a mierzony przemieszczenie jest połączone z żelaznym rdzeniem.

• Rdzeń żelazny ma zazwyczaj wysoką przejmowalność, co pomaga w redukcji harmonicznych i wysokiej czułości LVDT.

• LVDT jest umieszczony w obudowie ze stali nierdzewnej, ponieważ zapewnia to ekranowanie elektrostatyczne i elektromagnetyczne.

• Obie cewki wtórne są połączone w taki sposób, że wynikowe wyjście jest różnicą napięć między dwiema cewkami.

Zasada działania i funkcjonowanie

Ponieważ cewka podstawowa jest podłączona do źródła prądu przemiennego, to prądy i napięcia są produkowane w cewkach wtórnych LVDT. Wyjście w cewce wtórnej S1 to e1, a w cewce wtórnej S2 to e2. Więc różnicowe wyjście wynosi,

To równanie wyjaśnia zasadę działania LVDT.

Teraz trzy przypadki związane z lokalizacją rdzenia, które wyjaśniają działanie LVDT, są omawiane poniżej:

• PRZYPADKU I Gdy rdzeń znajduje się w pozycji zerowej (bez przemieszczenia)
  Gdy rdzeń znajduje się w pozycji zerowej, strumień magnetyczny wiążący się z obiema cewkami wtórnymi jest równy, więc indukowane napięcie jest równe w obu cewkach. Dla braku przemieszczenia wartość wyjściowego napięcia eout wynosi zero, ponieważ e1 i e2 są równe. To pokazuje, że nie wystąpiło przemieszczenie.

• PRZYPADKU II Gdy rdzeń jest przesunięty ponad pozycję zerową (przesunięcie powyżej punktu odniesienia)
  W tym przypadku strumień magnetyczny wiążący się z cewką wtórną S1 jest większy w porównaniu do strumienia magnetycznego wiążącego się z S2. W wyniku tego e1 będzie większe niż e2. W wyniku tego wyjściowe napięcie eout jest dodatnie.

• PRZYPADKU III Gdy rdzeń jest przesunięty poniżej pozycji zerowej (przesunięcie poniżej punktu odniesienia). W tym przypadku wielkość e2 będzie większa niż e1. W wyniku tego wyjściowe napięcie eout będzie ujemne i pokazuje przemieszczenie poniżej punktu odniesienia.

Wyjście VS Przemieszczenie Rdzenia Krzywa liniowa pokazuje, że wyjściowe napięcie zmienia się liniowo wraz z przemieszczeniem rdzenia.

Niektóre ważne punkty dotyczące wielkości i znaku napięcia indukowanego w LVDT

• Ilość zmiany napięcia, zarówno ujemnej, jak i dodatniej, jest proporcjonalna do ilości przemieszczenia rdzenia i wskazuje ilość ruchu liniowego.

• Obserwując, czy wyjściowe napięcie rośnie lub maleje, można określić kierunek ruchu.

• Wyjściowe napięcie LVDT jest liniową funkcją przemieszczenia rdzenia.

Zalety LVDT

• Wysoki Zakres – LVDT mają bardzo duży zakres do pomiaru przemieszczenia. Można je używać do pomiaru przemieszczeń od 1,25 mm do 250 mm.

• Brak Strat Tarcia – Ponieważ rdzeń porusza się w pustej formie, nie ma strat wejściowych przemieszczeń jako strat tarcia, co sprawia, że LVDT jest bardzo precyzyjnym urządzeniem.

• Wysoki Przepływ Wejściowy i Wysoka Czułość – Wyjście LVDT jest tak wysokie, że nie wymaga żadnej wzmacniania. Przetwornik posiada wysoką czułość, która wynosi zazwyczaj około 40V/mm.

• Niska Hysteria – LVDT mają niską hysterezę, dzięki czemu powtarzalność jest doskonała we wszystkich warunkach.

• Niskie Zużycie Mocy – Moc wynosi około 1W, co jest bardzo mało w porównaniu do innych przetworników.

• Bezpośrednia Konwersja na Sygnały Elektryczne – Zamieniają przemieszczenie liniowe na napięcie elektryczne, które jest łatwe do przetwarzania.

Wady LVDT

• LVDT jest wrażliwe na poboczne pola magnetyczne, dlatego zawsze wymaga instalacji chroniącej przed pobocznymi polami magnetycznymi.

• LVDT jest wpływane przez drgania i temperaturę.