Линейный дифференциальный трансформатор LVDT

Определение LVDT

Термин LVDT означает Линейный Переменный Дифференциальный Трансформатор. Это наиболее широко используемый индуктивный датчик, который преобразует линейное движение в электрический сигнал.

Выход на вторичной обмотке этого трансформатора является дифференциальным, поэтому он так и называется. Он очень точен по сравнению с другими индуктивными датчиками.

Конструкция LVDT

Основные особенности конструкции

• Трансформатор состоит из первичной обмотки P и двух вторичных обмоток S1 и S2 намотанных на цилиндрическую форму (которая пустотелая и содержит сердечник).

• Обе вторичные обмотки имеют одинаковое количество витков, и они размещены по обе стороны от первичной обмотки.

• Первичная обмотка подключена к источнику переменного тока, который создает поток в воздушном зазоре, и напряжение индуцируется во вторичных обмотках.

• Подвижный сердечник из мягкого железа размещен внутри формы, и перемещение, которое необходимо измерить, соединяется с этим сердечником.

• Сердечник обычно имеет высокую магнитную проницаемость, что помогает уменьшить гармоники и обеспечивает высокую чувствительность LVDT.

• LVDT помещается в корпус из нержавеющей стали, так как это обеспечивает электростатическую и электромагнитную защиту.

• Вторичные обмотки соединены таким образом, что выходное напряжение является разностью напряжений на двух обмотках.

Принцип работы и функционирования

Поскольку первичная обмотка подключена к источнику переменного тока, то в вторичной обмотке LVDT возникают переменный ток и напряжение. Выходное напряжение на вторичной обмотке S1 равно e1, а на вторичной обмотке S2 равно e2. Таким образом, дифференциальное выходное напряжение составляет,

Это уравнение объясняет принцип работы LVDT.

Теперь рассмотрим три случая, зависящие от положения сердечника, которые объясняют работу LVDT:

• СЛУЧАЙ I Когда сердечник находится в нулевом положении (без смещения)
  Когда сердечник находится в нулевом положении, поток, связанный с обеими вторичными обмотками, равен, и индуцированное э.д.с. в обеих обмотках также равны. Поэтому при отсутствии смещения значение выходного напряжения eout равно нулю, так как e1 и e2 равны. Это показывает, что никакого смещения не произошло.

• СЛУЧАЙ II Когда сердечник перемещается выше нулевого положения (для смещения выше точки отсчета)
  В этом случае поток, связанный с вторичной обмоткой S1, больше, чем поток, связанный с S2. В результате e1 будет больше, чем e2. В результате выходное напряжение eout будет положительным.

• СЛУЧАЙ III Когда сердечник перемещается ниже нулевого положения (для смещения ниже точки отсчета). В этом случае величина e2 будет больше, чем e1. В результате выходное напряжение eout будет отрицательным и покажет смещение ниже точки отсчета.

Выходное напряжение VS Смещение сердечника Линейная кривая показывает, что выходное напряжение изменяется линейно с смещением сердечника.

Некоторые важные моменты о величине и знаке индуцированного напряжения в LVDT

• Изменение напряжения, будь то отрицательное или положительное, пропорционально величине перемещения сердечника и указывает на величину линейного движения.

• По увеличению или уменьшению выходного напряжения можно определить направление движения.

• Выходное напряжение LVDT является линейной функцией смещения сердечника.

Преимущества LVDT

• Высокий диапазон – LVDT имеют очень высокий диапазон для измерения смещения. Они могут использоваться для измерения смещений от 1,25 мм до 250 мм.

• Отсутствие трения – Поскольку сердечник движется внутри полой формы, нет потерь входного смещения за счет трения, что делает LVDT очень точным устройством.

• Высокий вход и высокая чувствительность – Выходное напряжение LVDT настолько высоко, что не требует усиления. Чувствительность датчика обычно составляет около 40 В/мм.

• Низкая гистерезис – LVDT показывают низкую гистерезис, и, следовательно, повторяемость отличная при любых условиях.

• Низкое потребление энергии – Потребляемая мощность составляет около 1 Вт, что очень мало по сравнению с другими датчиками.

• Прямое преобразование в электрические сигналы – Они преобразуют линейное смещение в электрическое напряжение, которое легко обрабатывать.

Недостатки LVDT

• LVDT чувствителен к внешним магнитным полям, поэтому всегда требуется установка, чтобы защитить его от внешних магнитных полей.

• LVDT подвержен влиянию вибраций и температуры.