Что такое LVDT?

Что такое LVDT?

Определение LVDT

LVDT, или линейный дифференциальный трансформатор, это индуктивный датчик, который преобразует линейное движение в электрический сигнал. Он высоко ценится за свою точность и надежность. Выходное напряжение на вторичной обмотке этого трансформатора является дифференциальным, поэтому он так называется. Это очень точный индуктивный датчик по сравнению с другими индуктивными датчиками.

Конструкция LVDT

Основные характеристики 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 расположены по обе стороны от первичной обмотки.

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

• Внутри формы размещается подвижный мягкий железный сердечник, и измеряемое перемещение соединяется с железным сердечником.

• Железный сердечник обычно имеет высокую проницаемость, что помогает уменьшить гармоники и обеспечивает высокую чувствительность LVDT.

• LVDT размещается внутри корпуса из нержавеющей стали, поскольку это обеспечивает электростатическую и электромагнитную защиту.

• Обе вторичные обмотки подключены таким образом, что результирующий выход является разностью напряжений на двух обмотках.

Принцип работы и функционирования

Поскольку первичная обмотка подключена к источнику переменного тока, то в вторичных обмотках LVDT возникают переменные токи и напряжения. Выходное напряжение на вторичной обмотке S1 равно e1, а на вторичной обмотке S2 равно e2. Таким образом, дифференциальное выходное напряжение равно,

Это уравнение объясняет принцип работы LVDT.

Существуют три случая, зависящие от положения сердечника, которые объясняют работу LVDT, и они обсуждаются ниже:

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

• СЛУЧАЙ II Когда сердечник перемещен выше нулевого положения (при перемещении выше точки отсчета)

• В этом случае поток, связанный со 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 перемещен ниже нулевого положения (при перемещении ниже точки отсчета). В этом случае величина e2 будет больше, чем e1. В результате выходное напряжение eout будет отрицательным и покажет перемещение ниже точки отсчета.

Выходное напряжение в зависимости от перемещения сердечника

Выходное напряжение LVDT имеет линейную зависимость от перемещения сердечника, что представлено линейной кривой на графике. Некоторые важные моменты о величине и знаке индуцированного напряжения в LVDT

Изменение напряжения, будь то отрицательное или положительное, пропорционально перемещению сердечника и указывает на величину линейного движения. По изменению выходного напряжения (увеличение или уменьшение) можно определить направление движения. Выходное напряжение LVDT является линейной функцией перемещения сердечника.

Преимущества LVDT

• Широкий диапазон — LVDT могут измерять широкий диапазон перемещений, от 1,25 мм до 250 мм, что повышает их универсальность в различных применениях.

• Отсутствие трения — так как сердечник перемещается внутри полой формы, нет потерь перемещения из-за трения, что делает LVDT очень точным устройством.

• Высокий вход и высокая чувствительность — выходное напряжение LVDT настолько высоко, что не требуется усиление. Датчик обладает высокой чувствительностью, которая обычно составляет около 40 В/мм.

• Низкая гистерезис — LVDT показывают низкую гистерезис, и, следовательно, повторяемость отличная при всех условиях.

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

• Прямое преобразование в электрические сигналы — они преобразуют линейное перемещение в электрическое напряжение, которое легко обрабатывать.

Недостатки LVDT

• Из-за своей чувствительности к посторонним магнитным полям, LVDT требуют защитных установок для обеспечения точной работы и предотвращения помех.

• LVDT подвержен влиянию вибраций и температуры.

• Можно заключить, что они более выгодны по сравнению с другими индуктивными датчиками.

Применение LVDT

• Мы используем LVDT в тех приложениях, где перемещения, подлежащие измерению, находятся в диапазоне от долей миллиметра до нескольких сантиметров. LVDT, действуя как первичный датчик, преобразует перемещение в электрический сигнал напрямую.

• LVDT также может действовать как вторичный датчик. Например, бурдоновская трубка, которая действует как первичный датчик, преобразует давление в линейное перемещение, а затем LVDT преобразует это перемещение в электрический сигнал, который после калибровки дает показания давления жидкости.