Линейно-регулируемый дифференциальный трансформатор (LVDT) и его работа

Термин LVDT или линейно-регулируемый дифференциальный трансформатор обозначает надежный, полный преобразователь линейной конструкции, не имеющий трения. У них бесконечный жизненный цикл при правильном использовании. Поскольку LVDT, управляемый переменным током, не включает любая электроника , они предназначены для работы при очень низких температурах, в противном случае - до 650 ° C (1200 ° F) в нечувствительной среде. Области применения LVDT в основном включают автоматику, силовые турбины, самолеты, гидравлику, ядерные реакторы, спутники и многое другое. Эти типы преобразователей содержат низкие физические явления и выдающееся повторение.

LVDT изменяет линейное смещение из механического положения в относительный электрический сигнал, включающий фазу и амплитуду информации о направлении и расстоянии. Для работы LVDT не требуется электрическая связь между касающимися частями и катушкой, но в качестве альтернативы она зависит от электромагнитной связи.

Что такое LVDT (линейно-регулируемый дифференциальный трансформатор)?

Полная форма LVDT - «Линейно-регулируемый дифференциальный трансформатор» - это LVDT. Как правило, LVDT - это нормальный тип преобразователя. Основная функция этого - преобразование прямоугольного движения объекта в эквивалентный электрический сигнал. LVDT используется для расчета смещения и работает на трансформатор принцип.

Приведенная выше схема датчика LVDT включает сердечник, а также узел катушки. Здесь сердечник защищен предметом, местоположение которого вычисляется, а узел катушки увеличен до стационарной конструкции. Узел катушки включает в себя три катушки с проволочной намоткой на полой форме. Внутренняя катушка - основная, которая питается от источника переменного тока. Магнитный поток, создаваемый главной катушкой, прилагается к двум второстепенным катушкам, создавая переменное напряжение в каждой катушке.

Линейно-регулируемый дифференциальный трансформатор

Основное преимущество этого преобразователя по сравнению с другими типами LVDT - это прочность. Поскольку нет контакта с материалом через чувствительный компонент.

Поскольку машина зависит от комбинации магнитного потока, этот преобразователь может иметь неограниченное разрешение. Таким образом, минимальная доля прогресса может быть замечена соответствующим инструментом преобразования сигнала, а разрешение преобразователя определяется исключительно декларацией DAS (системы сбора данных).

Конструкция линейно-регулируемого дифференциального трансформатора

LVDT состоит из цилиндрического каркаса, который ограничен одной основной обмоткой в ​​ступице каркаса, а две второстепенные обмотки LVDT намотаны на поверхности. Количество скручиваний в обеих второстепенных обмотках эквивалентно, но они перевернуты друг к другу, как по часовой стрелке, так и против часовой стрелки.

Конструкция линейно-регулируемого дифференциального трансформатора

По этой причине напряжения o / p будут вариациями напряжений между двумя второстепенными катушками. Эти две катушки обозначены как S1 и S2. Почтовый железный сердечник расположен в середине цилиндрического каркаса. Напряжение возбуждения переменного тока составляет 5-12 В, а рабочая частота составляет от 50 до 400 Гц.

Принцип работы LVDT

Принцип работы линейного переменного дифференциального трансформатора или теории работы LVDT - взаимная индукция. Дислокация - это неэлектрическая энергия, которая превращается в электроэнергия . И то, как изменяется энергия, подробно обсуждается в работе LVDT.

Принцип работы LVDT

Работа LVDT

Принципиальная схема LVDT может быть разделена на три случая в зависимости от положения железного сердечника в изолированном каркасе.

• В случае-1: Когда сердечник LVDT находится в нулевом положении, поток второстепенных обмоток будет одинаковым, поэтому наведенная ЭДС в обмотках будет одинакова. Таким образом, при отсутствии дислокации выходное значение (e_вне) равно нулю, потому что оба e1 и e2 эквивалентны. Таким образом, это показывает, что дислокации не было.
• В случае-2: Когда ядро ​​LVDT смещено до нулевой точки. В этом случае поток, вовлекающий второстепенную обмотку S1, является дополнительным по сравнению с потоком, соединяющимся с обмоткой S2. По этой причине e1 будет добавлен как e2. Благодаря этому e_вне(выходное напряжение) положительное.
• В случае-3: Когда ядро ​​LVDT смещается вниз до нулевой точки, в этом случае количество e2 будет добавлено как количество e1. Благодаря этому e_вневыходное напряжение будет отрицательным, плюс это показывает, что в точке локации отключено напряжение.

Что такое выход LVDT?

Выходной сигнал измерительного устройства, такого как LVDT или линейный переменный дифференциальный трансформатор, представляет собой синусоидальную волну с амплитудой, которая пропорциональна смещению от центра и 0 °, иначе 180 ° фазы в зависимости от расположенной стороны сердечника. Здесь двухполупериодное выпрямление используется для демодуляции сигнала. Наибольшее значение выключения двигателя (EOUT) происходит при наибольшем смещении сердечника из среднего положения. Это функция амплитуды основного бокового напряжения возбуждения, а также коэффициента чувствительности конкретного типа LVDT. В общем, на RMS это довольно много.

Зачем использовать LVDT?

Датчик положения, такой как LVDT, идеально подходит для нескольких приложений. Вот список причин, по которым он используется.

Механическая жизнь бесконечна

Такой датчик нельзя заменить даже после миллионов циклов и десятилетий.

Съемный сердечник и катушка

LVDT используются насосы, клапаны и системы уровня. Сердечник LVDT может подвергаться воздействию среды при температуре и высоком давлении всякий раз, когда катушки и корпус могут быть разделены через металлическую, стеклянную трубку, иначе - через гильзы и т. Д.

Измерение без трения

Измерение LVDT происходит без трения, потому что нет фрикционных частей, ошибок и сопротивления.

Разрешение бесконечно

Используя LVDT, также можно точно рассчитать крошечные движения.

Воспроизводимость отличная

LVDT не плавают, иначе они в конце концов станут шумными даже спустя десятилетия.

Нечувствительность к поперечно-осевому движению сердечника

Качество измерения нельзя ухудшить ни по ощущениям, ни по зигзагам.

Повторяемость равна нулю

От 300oF до 1000oF эти датчики всегда обеспечивают вам надежную точку отсчета.

• Отсутствие необходимости в бортовой электронике
• Полный вывод
• Возможна индивидуальная настройка для любого приложения

Различные типы LVDT

К различным типам LVDT относятся следующие.

Невыпадающая арматура LVDT

Эти типы LVDT лучше подходят для длительных рабочих серий. Эти LVDT помогут предотвратить неправильное расположение, поскольку они управляются и управляются узлами с низким сопротивлением.

Неуправляемая арматура

Эти типы LVDT имеют неограниченное разрешение, механизм этого типа LVDT представляет собой план без износа, который не контролирует движение расчетных данных. Этот LVDT подключается к рассчитываемому образцу, легко помещается в цилиндр, при этом корпус линейного преобразователя удерживается независимо.

Усиленно расширенные арматуры

Используйте внутренние пружинные механизмы, электродвигатели постоянно продвигать арматуру вперед до максимально возможного уровня. Эти арматуры используются в LVDT для приложений с медленным движением. Эти устройства не нуждаются в каком-либо соединении между якорем и образцом.

Преобразователи линейного переменного смещения обычно используются в современных обрабатывающих инструментах, робототехнике или управлении движением, авионике и автоматике. Выбор применимого типа LVDT можно оценить с помощью некоторых спецификаций.

Характеристики LVDT

Характеристики LVDT в основном обсуждаются в трех случаях, таких как нулевое положение, верхнее правое положение и верхнее левое положение.

Нулевое положение

Рабочий процесс LVDT может быть проиллюстрирован в нулевом осевом месте, в противном случае нулевым, на следующем рисунке. В этом состоянии вал может располагаться точно в центре обмоток S1 и S2. Здесь эти обмотки представляют собой вторичные обмотки, которые соответственно увеличивают генерирование эквивалентного магнитного потока, а также индуцированное напряжение на следующем выводе. Это положение также называется нулевой позицией.

LVDT в нулевой позиции

Последовательность выходных фаз, а также дифференциация выходной величины по отношению к входным сигналам, которые определяют смещение и движение сердечника. Расположение вала в нейтральном положении или в нуле в основном указывает на то, что индуцированные напряжения на вторичных обмотках, которые соединены последовательно, эквивалентны и обратно пропорциональны по отношению к общему напряжению o / p.

EV1 = EV2

Eo = EV1– EV2 = 0 В

Верхняя правая позиция

В этом случае самое верхнее правое положение показано на рисунке ниже. Когда вал смещается в правостороннем направлении, на обмотке S2 может создаваться огромная сила, с другой стороны, минимальная сила может создаваться на обмотке S1.

LVDT справа

Таким образом, «E2» (индуцированное напряжение) значительно превосходит E1. Полученные уравнения дифференциальных напряжений показаны ниже.

Для EV2 = - EV1

Максимальное левое положение

На следующем рисунке вал может быть больше наклонен в направлении левой стороны, тогда на обмотке S1 может быть сформирован большой магнитный поток, а на «E1» может возникнуть напряжение, когда «E2» уменьшится. Уравнение для этого приведено ниже.

Для = EV1 - EV2

Конечный выходной сигнал LVDT можно рассчитать с точки зрения частоты, тока или напряжения. Проектирование этой схемы также может быть выполнено с использованием схем на основе микроконтроллеров, таких как PIC, Arduino и т. Д.

LVDT слева

LVDT Технические характеристики

Технические характеристики LVDT включают следующее.

Линейность

Наибольшее отличие от прямой пропорции между рассчитанным расстоянием и расстоянием между расчетами и диапазоном расчетов.

• > (0,025 +% или 0,025 -%) полной шкалы
• (От 0,025 до 0,20 +% или от 0,025 до 0,20 -%) Полная шкала
• (От 0,20 до 0,50 +% или от 0,20 до 0,50 -%) Полная шкала
• (От 0,50 до 0,90 +% или от 0,50 до 0,90 -%) Полная шкала
• (От 0,90 до +% или от 0,90 до -%) Полная шкала и выше
• От 0,90 до ±% от полной шкалы и выше

Рабочие температуры

Рабочие температуры LVDT включают

> -32ºF, (-32-32ºF), (32 -175ºF), (175-257ºF), 257ºF и выше. Диапазон температур, в котором устройство должно точно работать.

Диапазон измерения

Диапазон измерения IVDT включает:

0,02 дюйма, (0,02-0,32 дюйма), (0,32 - 4,0 дюйма), (4,0-20,0 дюйма), (± 20,0 дюйма)

Точность

Объясняет процент разницы между истинным значением объема данных.

Выход

Ток, напряжение или частота

Интерфейс

Последовательный протокол, такой как RS232, или параллельный протокол, такой как IEEE488.

Типы LVDT

На основе частоты, баланса тока на основе переменного / переменного тока или на основе постоянного / постоянного тока.

LVDT График

Графические диаграммы LVDT показаны ниже, на которых показаны изменения вала, а также их результат с точки зрения величины дифференциального выхода переменного тока из нулевой точки и выхода постоянного тока из электроники.

Наибольшая величина смещения вала от места расположения сердечника в основном зависит от коэффициента чувствительности, а также от амплитуды основного напряжения возбуждения. Вал остается в нулевом положении до тех пор, пока на главной обмотке катушки не будет задано соответствующее основное напряжение возбуждения.

Варианты вала LVDT

Как показано на рисунке, полярность DC o / p или фазовый сдвиг в основном определяет положение вала для нулевой точки, чтобы представить свойство, подобное линейности o / p модуля LVDT.

Пример линейного переменного дифференциального трансформатора

Длина хода LVDT составляет ± 120 мм и обеспечивает разрешение 20 мВ / мм. Итак, 1). Найти максимальное напряжение o / p, 2) напряжение o / p после того, как сердечник смещен на 110 мм от его нулевого положения, c) положение сердечника от середины, когда напряжение o / p равно 2,75 В, г) найти изменение в пределах напряжения o / p после смещения сердечника от смещения +60 мм до -60 мм.

а). Максимальное напряжение o / p - VOUT

Если на один мм перемещения генерируется 20 мВ, то при перемещении на 120 мм создается

VOUT = 20 мВ x 120 мм = 0,02 x 120 = ± 2,4 Вольт

б). VOUT со смещением сердечника 110 мм

Если при смещении сердечника 120 мм создается выходное напряжение 2,4 В, то при перемещении на 110 мм возникает

Vout = смещение сердечника X VMAX

Vout = 110 X 2,4 / 120 = 2,2 вольт

Смещение напряжения LVDT

в). Положение жилы при VOUT = 2,75 вольт

Vout = смещение сердечника X VMAX

Смещение = Vout X длина / VMax

D = 2,75 X 120 / 2,4 = 137,5 мм

г). Изменение напряжения от смещения + 60 мм до -60 мм

Vchange = + 60 мм - (-60 мм) X 2,4 В / 130 = 120 X 2,4 / 130 = 2,215

Таким образом, изменение выходного напряжения колеблется от +1,2 В до -1,2 В при сдвиге сердечника с + 60 мм до -60 мм соответственно.

Датчики перемещения доступны в разных размерах и разной длине. Эти преобразователи используются для измерения от нескольких миллиметров до 1 с, что позволяет определять длинные ходы. Однако, когда LVDT могут рассчитывать линейное движение в пределах прямой линии, тогда в LVDT есть изменение для измерения углового перемещения, известное как RVDT (поворотно-регулируемый дифференциальный трансформатор).

Преимущества и недостатки LVDT

К достоинствам и недостаткам LVDT можно отнести следующее.

• Диапазон измерения смещения LVDT очень велик и составляет от 1,25 мм до -250 мм.
• Выходной сигнал LVDT очень высок и не требует расширения. Он обладает высоким состраданием, которое обычно составляет около 40 В / мм.
• Когда сердечник перемещается внутри полого каркаса, следовательно, отсутствует отказ ввода смещения при потерях на трение, поэтому LVDT является точным устройством.
• LVDT демонстрирует небольшой гистерезис, поэтому повторение является исключительным во всех ситуациях.
• Энергопотребление LVDT очень низкое, около 1 Вт, по оценке других типов преобразователей.
• LVDT преобразует линейную дислокацию в электрическое напряжение, которое легко продвигается.
• LVDT реагирует на удаление от магнитных полей, поэтому ему постоянно нужна система, чтобы удерживать их от дрейфующих магнитных полей.
• Достигнуто, что LVDT более выгодны по сравнению с любыми индуктивными преобразователями.
• LVDT повреждается из-за температуры и вибрации.
• Этому трансформатору требуются большие смещения, чтобы получить значительный дифференциальный выход.
• Они реагируют на паразитные магнитные поля.
• Приемный прибор должен быть выбран для работы с сигналами переменного тока, в противном случае следует использовать демодулятор n / w, если требуется постоянный ток o / p
• Ограниченный динамический отклик возникает механически через массу сердечника и электрически через приложенное напряжение.

Применение линейно-регулируемых дифференциальных трансформаторов

Применение преобразователя LVDT в основном включает вычисление дислокаций в диапазоне от миллиметров до нескольких сантиметров.

• Датчик LVDT работает как главный преобразователь, который прямо преобразует дислокацию в электрический сигнал.
• Этот преобразователь также может работать как вторичный преобразователь.
• LVDT используется для измерения веса, силы, а также давления.
• В банкоматах для толщины долларовой купюры
• Используется для проверки влажности почвы
• В машинах для изготовления ПИЛЛ
• Робот-пылесос
• Он используется в медицинских устройствах для исследования мозга.
• Некоторые из этих преобразователей используются для расчета давления и нагрузки.
• LVDT в основном используются в промышленности, а также сервомеханизмы .
• Другие приложения, такие как силовые турбины, гидравлика, автоматика, самолеты и спутники

Наконец, исходя из приведенной выше информации, мы можем сделать вывод, что характеристики LVDT обладают определенными существенными особенностями и преимуществами, большинство из которых вытекают из фундаментальных физических принципов работы или материалов и методов, используемых при их строительстве. Вот вам вопрос, каков нормальный диапазон чувствительности LVDT?