Termin LVDT lub liniowy zmienny transformator różnicowy to wytrzymały, kompletny przetwornik z układem liniowym i naturalnie beztarciowy. Mają nieskończony cykl życia, gdy są właściwie używane. Ponieważ LVDT sterowany prądem zmiennym nie obejmuje wszelkiego rodzaju elektronika , zamierzali pracować w bardzo niskich temperaturach, w przeciwnym razie do 650 ° C (1200 ° F) w niewrażliwych środowiskach. Zastosowania LVDT obejmują głównie automatyzację, turbiny energetyczne, samoloty, hydraulikę, reaktory jądrowe, satelity i wiele innych. Te rodzaje przetworników zawierają mało zjawisk fizycznych i wyjątkową powtarzalność.

LVDT zmienia przemieszczenie liniowe z pozycji mechanicznej na względny sygnał elektryczny, w tym fazę i amplitudę informacji o kierunku i odległości. Działanie LVDT nie wymaga połączenia elektrycznego między stykającymi się częściami a cewką, ale alternatywnie zależy od sprzężenia elektromagnetycznego.

Co to jest LVDT (liniowy transformator różnicowy o zmiennej wartości)?

Pełna forma LVDT to „LVDT” to „Linear Variable Differential Transformer”. Ogólnie LVDT jest normalnym typem przetwornika. Główną funkcją tego jest zamiana prostokątnego ruchu obiektu na równoważny sygnał elektryczny. LVDT służy do obliczania przemieszczenia i pracuje nad nim transformator zasada.

“jak działa dioda Zenera? ”

Powyższy schemat czujnika LVDT zawiera rdzeń oraz zespół cewki. Tutaj rdzeń jest chroniony przez przedmiot, którego położenie jest obliczane, podczas gdy zespół cewki jest powiększony do konstrukcji stacjonarnej. Zespół cewki zawiera trzy cewki nawinięte drutem w wydrążonym kształcie. Cewka wewnętrzna jest główną, która jest zasilana przez źródło prądu przemiennego. Strumień magnetyczny generowany przez główny jest przymocowany do dwóch mniejszych cewek, wytwarzając napięcie AC w każdej cewce.

Liniowy zmienny transformator różnicowy

Główną zaletą tego przetwornika w porównaniu z innymi typami LVDT jest wytrzymałość. Ponieważ nie ma kontaktu materiału w poprzek komponentu czujnikowego.

Ponieważ maszyna zależy od kombinacji strumienia magnetycznego, przetwornik ten może mieć nieograniczoną rozdzielczość. Tak więc minimalny ułamek postępu można zauważyć odpowiednim narzędziem do kondycjonowania sygnału, a rozdzielczość przetwornika jest określana wyłącznie przez deklarację DAS (system akwizycji danych).

Budowa transformatora różnicowego o zmiennej liniowej

LVDT składa się z cylindrycznego wzornika, który jest ograniczony jednym głównym uzwojeniem w piaście pierwszego, a dwa mniejsze uzwojenia LVDT są nawinięte na powierzchniach. Ilość skrętów w obu mniejszych uzwojeniach jest równoważna, ale są one odwrócone względem siebie, jak w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara i przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.

Budowa transformatora różnicowego o zmiennej liniowej

Z tego powodu napięcia o / p będą zmianami napięć między dwiema mniejszymi cewkami. Te dwie cewki są oznaczone S1 i S2. Szacunkowy żelazny rdzeń znajduje się pośrodku cylindrycznej formy. Napięcie wzbudzenia prądu przemiennego wynosi 5-12 V, a częstotliwość robocza jest podawana przez 50 do 400 Hz.

Zasada działania LVDT

Zasada działania liniowego zmiennego transformatora różnicowego lub teorii działania LVDT polega na wzajemnej indukcji. Dyslokacja to energia nieelektryczna, która jest zamieniana na energia elektryczna . Sposób zmiany energii jest szczegółowo omawiany w pracy LVDT.

Zasada działania LVDT

Działanie LVDT

Działanie schematu obwodu LVDT można podzielić na trzy przypadki w zależności od położenia rdzenia żelaznego w izolowanym wzorniku.

W przypadku 1: Gdy rdzeń LVDT znajduje się w położeniu zerowym, wówczas strumień obu uzwojeń mniejszych będzie równy, więc indukowana e.m.f jest podobna w uzwojeniach. Tak więc dla braku dyslokacji wartość wyjściowa (np_{na zewnątrz}) jest równe zero, ponieważ oba e1 i e2 są równoważne. W ten sposób pokazuje, że nie doszło do zwichnięcia.
W przypadku 2: Gdy rdzeń LVDT zostanie przesunięty do punktu zerowego. W tym przypadku strumień obejmujący mniejsze uzwojenie S1 jest dodatkowy w przeciwieństwie do strumienia łączącego się z uzwojeniem S2. Z tego powodu e1 zostanie dodane jako e2. Dzięki temu e_{na zewnątrz}(napięcie wyjściowe) jest dodatnie.
W przypadku 3: Kiedy rdzeń LVDT zostanie przesunięty w dół do punktu zerowego, w tym przypadku kwota e2 zostanie dodana jako wartość e1. Dzięki temu e_{na zewnątrz}napięcie wyjściowe będzie ujemne plus ilustruje o / p do dołu w punkcie lokalizacji.

Jaki jest wynik LVDT?

Sygnał wyjściowy urządzenia pomiarowego, takiego jak LVDT lub liniowy transformator różnicowy o zmiennej wartości, jest falą sinusoidalną o amplitudzie, która jest proporcjonalna do położenia poza środkiem i 0⁰ w przeciwnym razie 180⁰ fazy w oparciu o zlokalizowaną stronę rdzenia. Tutaj do demodulacji sygnału stosuje się prostowanie pełnookresowe. Najwyższa wartość wyłączenia silnika (EOUT) występuje przy najwyższym przesunięciu rdzenia z położenia środkowego. Jest to funkcja amplitudy napięcia wzbudzenia po stronie głównej, a także współczynnika czułości określonego typu LVDT. Ogólnie w RMS jest dość znaczna.

Dlaczego warto korzystać z LVDT?

Czujnik położenia, taki jak LVDT, jest idealny do wielu zastosowań. Oto lista powodów, dla których jest używany.

Życie mechaniczne jest nieskończone

Tego rodzaju czujnika nie można wymienić nawet po milionach cykli i dziesięcioleciach.

Oddzielny rdzeń i cewka

LVDT to używane pompy, zawory i systemy poziomu. Rdzeń LVDT może być narażony na działanie mediów w temperaturze i wysokim ciśnieniu, gdy cewki i obudowę można oddzielić przez metalową, szklaną rurkę, w przeciwnym razie tuleje itp.

Pomiar jest beztarciowy

Pomiar LVDT przebiega bez tarcia, ponieważ nie ma części ciernych, nie ma błędu ani oporu.

Rozdzielczość jest nieskończona

Korzystając z LVDT, można również precyzyjnie obliczyć drobne ruchy.

Powtarzalność jest doskonała

LVDT nie unoszą się, inaczej stają się głośne, nawet po dziesięcioleciach.

Niewrażliwość na ruchy rdzenia międzyosiowego

Jakość pomiaru nie może ulec pogorszeniu ani doznania, ani zygzaki.

Powtarzalność jest zerowa

Od 300oF do 1000oF te czujniki zawsze zapewniają niezawodny punkt odniesienia

Niepotrzebna elektronika pokładowa
Kompletny wynik
Dostosowanie jest możliwe dla dowolnego rodzaju aplikacji

Różne typy LVDT

Poniżej przedstawiono różne typy LVDT.

Armatura uwięziona LVDT

Te typy LVDT są lepsze w przypadku długich serii roboczych. Te LVDT pomogą zapobiec nieprawidłowym ustawieniom, ponieważ są kierowane i kontrolowane przez zespoły o niskim oporze.

Armatury niekierowane

Te typy LVDT mają zachowanie nieograniczonej rozdzielczości, mechanizm tego typu LVDT to plan bez zużycia, który nie kontroluje ruchu obliczonych danych. Ten LVDT jest podłączony do obliczanej próbki, ściśle przylegając do cylindra, przy czym korpus przetwornika liniowego ma być utrzymywany niezależnie.

Wymuś rozszerzone armatury

Wykorzystaj wewnętrzne mechanizmy sprężynowe, silniki elektryczne ciągłe przesuwanie szkieletu do najwyższego możliwego poziomu. Te armatury są wykorzystywane w LVDT do wolno poruszających się aplikacji. Te urządzenia nie wymagają żadnego połączenia między szkieletem a próbką.

Przetworniki o zmiennym przemieszczeniu liniowym są zwykle używane w obecnych narzędziach do obróbki skrawaniem, robotyce lub sterowaniu ruchem, awionice i automatyce. Wybór odpowiedniego rodzaju LVDT można zmierzyć przy użyciu pewnych specyfikacji.

Charakterystyka LVDT

Charakterystyka LVDT omawiana jest głównie w trzech przypadkach, takich jak pozycja zerowa, najwyższa prawa pozycja i najwyższa lewa pozycja.

Pozycja zerowa

Procedura robocza LVDT może być zilustrowana w zerowym miejscu osiowym, w przeciwnym razie zero na poniższym rysunku. W tym stanie wał może znajdować się dokładnie w środku uzwojeń S1 i S2. Tutaj uzwojenia te są uzwojeniami wtórnymi, które odpowiednio zwiększają wytwarzanie równoważnego strumienia, jak również indukowanego napięcia na następnym zacisku. Ta lokalizacja jest również nazywana pozycją zerową.

LVDT w pozycji zerowej

Kolejność faz wyjściowych, a także zróżnicowanie wielkości wyjściowej w odniesieniu do sygnałów wejściowych, które wyprowadzają przemieszczenie i ruch rdzenia. Rozmieszczenie wału w miejscu neutralnym lub w punkcie zerowym wskazuje głównie na to, że napięcia indukowane na uzwojeniach wtórnych, które są połączone szeregowo, są równoważne i odwrotnie proporcjonalne w odniesieniu do napięcia o / p netto.

EV1 = EV2

Eo = EV1– EV2 = 0 V

Najwyższa prawidłowa pozycja

W tym przypadku najwyższe prawe położenie pokazano na poniższym rysunku. Po przesunięciu wału w prawą stronę, wówczas na uzwojeniu S2 może zostać wytworzona ogromna siła, z drugiej strony, minimalna siła może zostać wytworzona na uzwojeniu S1.

LVDT po prawej

Zatem „E2” (napięcie indukowane) jest znacznie lepsze niż E1. Wynikowe równania napięć różnicowych przedstawiono poniżej.

Dla EV2 = - EV1

Maksymalna lewa pozycja

Na poniższym rysunku wał może być nachylony bardziej w kierunku lewej strony, wtedy duży strumień może być generowany na uzwojeniu S1 i można indukować napięcie na „E1”, gdy „E2” jest zmniejszane. Równanie na to jest podane poniżej.

Dla = EV1 - EV2

Końcową moc wyjściową LVDT można obliczyć na podstawie częstotliwości, prądu lub napięcia. Projektowanie tego obwodu można również wykonać za pomocą układów opartych na mikrokontrolerze, takich jak PIC, Arduino itp.

LVDT po lewej stronie

Specyfikacje LVDT

Specyfikacje LVDT obejmują następujące elementy.

Liniowość

Największa różnica z prostej proporcji między obliczoną odległością i odległością o / p w zakresie obliczania.

> (0,025 +% lub 0,025 -%) Pełna skala
(0,025 do 0,20 +% lub 0,025 do 0,20 -%) Pełna skala
(0,20 do 0,50 +% lub 0,20 do 0,50 -%) Pełna skala
(0,50 do 0,90 +% lub 0,50 do 0,90 -%) Pełna skala
(0,90 do +% lub 0,90 do -%) Pełny zakres i więcej
0,90 do ±% pełnej skali i więcej

Temperatury robocze

Temperatury robocze LVDT obejmują

> -32ºF, (-32-32ºF), (32-175ºF), (175-257ºF), 257ºF i więcej. Zakres temperatur, w którym urządzenie musi dokładnie działać.

Zakres pomiaru

Zakres pomiaru IVDT obejmuje

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

Precyzja

Wyjaśnia procentową różnicę między rzeczywistą wartością ilości danych.

Wynik

Prąd, napięcie lub częstotliwość

Berło

Protokół szeregowy, taki jak RS232, lub protokół równoległy, taki jak IEEE488.

Typy LVDT

Oparte na częstotliwości, równoważenie prądu na bazie AC / AC lub DC / DC.

Wykres LVDT

Diagramy wykresu LVDT są pokazane poniżej, które pokazują zmiany w wale, a także ich wynik w postaci różnicowej wielkości wyjściowej AC z punktu zerowego i wyjścia prądu stałego z elektroniki.

Największa wartość przemieszczenia wału od położenia rdzenia zależy głównie od współczynnika czułości oraz amplitudy napięcia głównego wzbudzenia. Wał pozostaje w położeniu zerowym do momentu podania odniesienia głównego napięcia wzbudzenia do uzwojenia głównego cewki.

Odmiany wałów LVDT

Jak pokazano na rysunku, polaryzacja lub przesunięcie fazowe prądu stałego o / p definiuje głównie położenie wału dla punktu zerowego, aby przedstawić właściwość taką jak liniowość o / p modułu LVDT.

Przykład transformatora różnicowego o zmiennej liniowej

Długość skoku LVDT wynosi ± 120 mm i generuje rozdzielczość 20 mV / mm. Czyli 1). Znaleźć maksymalne napięcie o / p, 2) napięcie o / p po przesunięciu rdzenia o 110 mm od jego położenia zerowego, c) położenie rdzenia od środka, gdy napięcie o / p wynosi 2,75 V, d) znaleźć zmianę w zakresie napięcia o / p po przesunięciu rdzenia z przesunięcia z + 60 mm do -60 mm.

za). Najwyższe napięcie o / p to VOUT

Jeśli jeden mm ruchu generuje 20 mV, to 120 mm ruchu generuje

VOUT = 20mV x 120mm = 0,02 x 120 = ± 2,4V

b). VOUT z przesunięciem rdzenia 110 mm

Jeśli przesunięcie rdzenia o 120 mm generuje napięcie wyjściowe 2,4 V, wówczas ruch o 110 mm wytwarza

Vout = przesunięcie rdzenia X VMAX

Vout = 110 X 2,4 / 120 = 2,2 wolta

Przesunięcie napięcia LVDT

c). położenie rdzenia, gdy VOUT = 2,75 V.

Vout = przesunięcie rdzenia X VMAX

Przemieszczenie = długość Vout X / Vmax

D = 2,75 X 120 / 2,4 = 137,5 mm

re). Zmiana napięcia z przemieszczenia + 60mm na -60mm

Zmiana = + 60 mm - (-60 mm) X 2,4 V / 130 = 120 X 2,4 / 130 = 2,215

Zatem zmiana napięcia wyjściowego waha się od +1,2 V do -1,2 V, gdy rdzeń przesuwa się odpowiednio z + 60 mm do -60 mm.

Przetworniki przemieszczenia są dostępne w różnych rozmiarach i różnych długościach. Te przetworniki są używane do pomiaru od kilku mm do 1 s, co umożliwia określenie długich skoków. Jednak gdy LVDT są w stanie obliczyć ruch liniowy w linii prostej, wówczas następuje zmiana w LVDT, aby zmierzyć ruch kątowy, znany jako RVDT (Rotary Variable Differential Transformer).

Zalety i wady LVDT

Zalety i wady LVDT obejmują następujące elementy.

Pomiar zakresu przemieszczeń LVDT jest bardzo duży i wynosi od 1,25 mm do -250 mm.
Wyjście LVDT jest bardzo wysokie i nie wymaga żadnego rozszerzenia. Posiada wysokie współczucie, które zwykle wynosi około 40 V / mm.
Kiedy rdzeń przemieszcza się w wydrążonym wzorniku, w konsekwencji nie dochodzi do awarii wejścia przemieszczenia podczas utraty tarcia, więc sprawia, że LVDT jest precyzyjnym urządzeniem.
LVDT wykazuje małą histerezę, dlatego powtarzalność jest wyjątkowa we wszystkich sytuacjach
Zużycie energii przez LVDT jest bardzo niskie i wynosi około 1 W, zgodnie z oceną innego typu przetworników.
LVDT zamienia liniowe przemieszczenie w napięcie elektryczne, które jest łatwe do osiągnięcia.
LVDT reaguje na oddalanie się od pól magnetycznych, dlatego stale potrzebuje systemu, który powstrzyma je przed dryfującymi polami magnetycznymi.
Okazało się, że LVDT są bardziej korzystne w porównaniu niż jakikolwiek rodzaj przetwornika indukcyjnego.
LVDT ulega uszkodzeniu zarówno pod wpływem temperatury, jak i wibracji.
Ten transformator wymaga dużych przemieszczeń, aby uzyskać znaczną różnicową moc wyjściową
Są wrażliwe na rozproszone pola magnetyczne
Przyrząd odbiorczy powinien być wybrany do pracy z sygnałami AC, w przeciwnym razie należy użyć demodulatora n / w, jeśli konieczne jest dc o / p
Ograniczona odpowiedź dynamiczna zachodzi mechanicznie poprzez masę rdzenia i elektrycznie poprzez przyłożone napięcie.

Zastosowania liniowych transformatorów różnicowych

Zastosowania przetwornika LVDT obejmują głównie miejsca, w których należy obliczyć dyslokacje, które wahają się od podziału milimetra do zaledwie kilku cm.

Czujnik LVDT działa jako główny przetwornik i zmienia przemieszczenie na prosty sygnał elektryczny.
Ten przetwornik może również działać jako przetwornik pomocniczy.
LVDT służy do pomiaru ciężaru, siły, a także ciśnienia
W bankomatach dla grubości dolara
Używany do badania wilgotności gleby
W maszynach do robienia PILLSÓW
Robot czyszczący
Jest stosowany w urządzeniach medycznych do badania mózgu
Niektóre z tych przetworników służą do obliczania ciśnienia i obciążenia
LVDT są również używane głównie w przemyśle serwomechanizmy .
Inne zastosowania, takie jak turbiny energetyczne, hydraulika, automatyka, samoloty i satelity

Na podstawie powyższych informacji możemy wreszcie wywnioskować, że cechy LVDT mają pewne istotne cechy i zalety, z których większość wynika z podstawowych fizycznych zasad działania lub z materiałów i technik zastosowanych do ich budowy. Oto pytanie do Ciebie, jaki jest normalny zakres czułości LVDT?