Linearer variabler Differentialtransformator (LVDT) und seine Funktionsweise

Der Begriff LVDT oder linearer variabler Differentialtransformator ist ein robuster Wandler mit vollständiger linearer Anordnung und natürlich reibungsfrei. Sie haben einen endlosen Lebenszyklus, wenn es richtig verwendet wird. Weil AC-gesteuerte LVDT nicht enthält jede Art von Elektronik Sie wollten bei sehr niedrigen Temperaturen arbeiten, ansonsten bis zu 650 ° C (1200 ° F) in unempfindlichen Umgebungen. Die Anwendungen von LVDTs umfassen hauptsächlich Automatisierung, Leistungsturbinen, Flugzeuge, Hydraulik, Kernreaktoren, Satelliten und vieles mehr. Diese Arten von Wandlern enthalten geringe physikalische Phänomene und herausragende Wiederholungen.

Der LVDT ändert eine lineare Versetzung von einer mechanischen Position in ein relatives elektrisches Signal, einschließlich Phase und Amplitude der Richtungs- und Entfernungsinformationen. Der Betrieb von LVDT erfordert keine elektrische Verbindung zwischen den berührenden Teilen und der Spule, sondern hängt alternativ von der elektromagnetischen Kopplung ab.

Was ist ein LVDT (Linear Variable Differential Transformator)?

Die vollständige LVDT-Form lautet „Linearer variabler Differentialtransformator“ und ist LVDT. Im Allgemeinen ist LVDT ein normaler Wandlertyp. Die Hauptfunktion besteht darin, die rechteckige Bewegung eines Objekts in das äquivalente elektrische Signal umzuwandeln. LVDT wird zur Berechnung der Verschiebung verwendet und bearbeitet der Transformator Prinzip.

Das obige LVDT-Sensordiagramm umfasst einen Kern sowie eine Spulenanordnung. Hier wird der Kern durch das Objekt geschützt, dessen Position berechnet wird, während die Spulenanordnung auf eine stationäre Struktur erhöht wird. Die Spulenanordnung umfasst drei drahtgewickelte Spulen in Hohlform. Die innere Spule ist die Hauptspule, die von einer Wechselstromquelle mit Strom versorgt wird. Der von der Hauptleitung erzeugte Magnetfluss ist an die beiden Nebenspulen angeschlossen, wodurch in jeder Spule eine Wechselspannung erzeugt wird.

Linearer variabler Differentialtransformator

Der Hauptvorteil dieses Wandlers im Vergleich zu anderen LVDT-Typen ist die Zähigkeit. Da es keinen Materialkontakt über die Sensorkomponente gibt.

Da die Maschine von der Kombination des Magnetflusses abhängt, kann dieser Wandler eine unbegrenzte Auflösung haben. So kann der minimale Anteil des Fortschritts durch ein geeignetes Signalaufbereitungswerkzeug festgestellt werden, und die Auflösung des Wandlers wird ausschließlich durch die Deklaration des DAS (Datenerfassungssystems) bestimmt.

Aufbau eines linearen variablen Differentialtransformators

LVDT umfasst einen zylindrischen Former, der durch eine Hauptwicklung in der Nabe des ersteren begrenzt ist, und die zwei kleinen LVDT-Wicklungen sind auf die Oberflächen gewickelt. Das Ausmaß der Verdrehungen in beiden Nebenwicklungen ist äquivalent, sie sind jedoch wie im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn gegeneinander umgekehrt.

Aufbau eines linearen variablen Differentialtransformators

Aus diesem Grund sind die O / P-Spannungen die Spannungsschwankungen zwischen den beiden Nebenspulen. Diese beiden Spulen sind mit S1 & S2 bezeichnet. Der geschätzte Eisenkern befindet sich in der Mitte des zylindrischen Formers. Die Erregerspannung von Wechselstrom beträgt 5-12 V und die Betriebsfrequenz wird durch 50 bis 400 Hz angegeben.

Arbeitsprinzip der LVDT

Das Arbeitsprinzip des linearen variablen Differentialtransformators oder der LVDT-Arbeitstheorie ist die gegenseitige Induktion. Die Versetzung ist nichtelektrische Energie, in die umgewandelt wird elektrische Energie . Und wie die Energie verändert wird, wird in der Arbeit eines LVDT ausführlich besprochen.

LVDT-Arbeitsprinzip

Arbeiten eines LVDT

Die Arbeitsweise des LVDT-Schaltplans kann basierend auf der Position des Eisenkerns im isolierten Former in drei Fälle unterteilt werden.

• In Fall 1: Wenn sich der Kern des LVDT an der Nullstelle befindet, sind beide Nebenwicklungsflüsse gleich, so dass der induzierte e.m.f in den Wicklungen ähnlich ist. Für keine Versetzung ist also der Ausgabewert (e_aus) ist Null, da sowohl e1 als auch e2 äquivalent sind. Somit zeigt sich, dass keine Versetzung stattgefunden hat.
• In Fall 2: Wenn der Kern des LVDT bis zum Nullpunkt verschoben wird. In diesem Fall ist der Fluss mit der kleinen Wicklung S1 im Gegensatz zu dem Fluss, der mit der Wicklung S 2 verbunden ist, zusätzlich. Aus diesem Grund wird e1 als das von e2 hinzugefügt. Aus diesem Grund e_aus(Ausgangsspannung) ist positiv.
• In Fall 3: Wenn der Kern des LVDT auf den Nullpunkt verschoben wird, wird in diesem Fall der Betrag von e2 als der von e1 addiert. Aus diesem Grund e_ausDie Ausgangsspannung ist negativ und zeigt den O / P-Wert nach unten am Positionspunkt.

Was ist die Ausgabe von LVDT?

Der Ausgang des Messgeräts wie LVDT oder linearer variabler Differentialtransformator ist eine Sinuswelle mit einer Amplitude, die proportional zur außermittigen Position und 0 location ansonsten 180⁰ Phase basierend auf der lokalisierten Seite des Kerns ist. Hier wird eine Vollweggleichrichtung verwendet, um das Signal zu demodulieren. Der höchste Wert des Motorausgangs (EOUT) erfolgt bei der höchsten Kernverschiebung aus der mittleren Position. Es ist eine Amplitudenfunktion der hauptseitlichen Erregerspannung sowie des Empfindlichkeitsfaktors des spezifischen LVDT-Typs. Im Allgemeinen ist es bei RMS ziemlich beträchtlich.

Warum ein LVDT verwenden?

Ein Positionssensor wie LVDT ist ideal für verschiedene Anwendungen. Hier ist eine Liste der Gründe, warum es verwendet wird.

Das mechanische Leben ist unendlich

Diese Art von Sensor kann auch nach Millionen von Zyklen und Jahrzehnten nicht ausgetauscht werden.

Trennbarer Kern & Spule

LVDTs sind verwendete Pumpen, Ventile und Niveausysteme. Der Kern von LVDT kann Medien bei Temperatur und hohem Druck ausgesetzt werden, wenn die Spulen und das Gehäuse durch ein Metall, ein Glasrohr, andernfalls Hülsen usw. getrennt werden können.

Die Messung ist reibungslos

Die Messung von LVDT ist reibungsfrei, da keine Reibungsteile, kein Fehler und kein Widerstand vorhanden sind.

Die Auflösung ist unendlich

Durch die Verwendung von LVDTs können die winzigen Bewegungen auch genau berechnet werden.

Die Wiederholbarkeit ist ausgezeichnet

LVDTs schweben nicht, sonst werden sie auch nach Jahrzehnten endgültig laut.

Unempfindlichkeit gegenüber axialer Kernbewegung

Die Messqualität kann weder durch Empfindungen noch durch Zickzack beeinträchtigt werden.

Die Wiederholbarkeit ist Null

Von 300 ° F bis 1000 ° F bieten diese Sensoren immer einen zuverlässigen Bezugspunkt

• Unnötig für Bordelektronik
• Vollständige Ausgabe
• Eine Anpassung ist für jede Art von Anwendung möglich

Verschiedene Arten von LVDT

Die verschiedenen Arten von LVDTs umfassen Folgendes.

Captive Armature LVDT

Diese Arten von LVDTs sind für lange Arbeitsreihen überlegen. Diese LVDTs tragen dazu bei, falsche Anordnungen zu vermeiden, da sie von Baugruppen mit geringem Widerstand gesteuert und gesteuert werden.

Ungeleitete Armaturen

Diese Arten von LVDTs weisen ein unbegrenztes Auflösungsverhalten auf. Der Mechanismus dieser Art von LVDT ist ein Verschleißplan, der die Bewegung berechneter Daten nicht steuert. Dieser LVDT ist mit der zu berechnenden Probe verbunden und passt schlaff in den Zylinder, wobei der Körper des Linearwandlers unabhängig gehalten werden muss.

Erweiterte Armaturen erzwingen

Interne Federmechanismen verwenden, Elektromotoren den Anker ständig auf sein volles erreichbares Niveau zu bewegen. Diese Armaturen werden in LVDTs für träge bewegliche Anwendungen verwendet. Diese Geräte benötigen keine Verbindung zwischen Anker und Probe.

Lineare variable Wegaufnehmer werden normalerweise in aktuellen Bearbeitungswerkzeugen, in der Robotik oder in der Bewegungssteuerung, in der Avionik und in der Automatisierung verwendet. Die Wahl einer geeigneten Art von LVDT kann anhand einiger Spezifikationen gemessen werden.

LVDT-Eigenschaften

Die Eigenschaften von LVDT werden hauptsächlich in drei Fällen diskutiert, wie Nullposition, höchste rechte Position und höchste linke Position.

Nullposition

Die Arbeitsweise von LVDT kann in der folgenden Abbildung an einer axialen Nullstelle dargestellt werden, ansonsten an Null. In diesem Zustand kann sich die Welle genau in der Mitte der Wicklungen S1 und S2 befinden. Hierbei handelt es sich bei diesen Wicklungen um Sekundärwicklungen, die die Erzeugung des äquivalenten Flusses sowie der induzierten Spannung am nächsten Anschluss entsprechend erhöhen. Dieser Ort wird auch als Nullposition bezeichnet.

LVDT an der Nullposition

Die Ausgangsphasenfolge sowie die Differenzierung der Ausgangsgröße in Bezug auf Eingangssignale, die die Verschiebung und Bewegung des Kerns ableiten. Die Anordnung der Welle am neutralen Ort oder am Nullpunkt zeigt hauptsächlich an, dass die induzierten Spannungen an Sekundärwicklungen, die in Reihe geschaltet sind, äquivalent und umgekehrt proportional zur Netto-O / P-Spannung sind.

EV1 = EV2

Eo = EV1– EV2 = 0 V.

Höchste rechte Position

In diesem Fall ist die höchste rechte Position in der folgenden Abbildung dargestellt. Sobald die Welle in die rechte Richtung verschoben ist, kann eine große Kraft über die S2-Wicklung erzeugt werden, andererseits kann die minimale Kraft über die S1-Wicklung erzeugt werden.

LVDT rechts

Somit ist die „E2“ (induzierte Spannung) E1 erheblich überlegen. Die resultierenden Differentialspannungsgleichungen sind unten gezeigt.

Für EV2 = - EV1

Maximale linke Position

In der folgenden Abbildung kann die Welle stärker in Richtung der linken Seite geneigt werden, dann kann ein hoher Fluss über die S1-Wicklung erzeugt und eine Spannung über 'E1' induziert werden, wenn 'E2' verringert wird. Die Gleichung hierfür ist unten angegeben.

Für = EV1 - EV2

Der endgültige LVDT-Ausgang kann in Bezug auf Frequenz, Strom oder Spannung berechnet werden. Das Entwerfen dieser Schaltung kann auch mit Mikrocontroller-basierten Schaltungen wie PIC, Arduino usw. erfolgen.

LVDT links

LVDT-Spezifikationen

Die Spezifikationen von LVDT umfassen Folgendes.

Linearität

Der höchste Unterschied zwischen dem geraden Verhältnis zwischen dem berechneten Abstand und dem O / P-Abstand über den Berechnungsbereich.

• > (0,025 +% oder 0,025 -%) Skalenendwert
• (0,025 bis 0,20 +% oder 0,025 bis 0,20 -%) Vollausschlag
• (0,20 bis 0,50 +% oder 0,20 bis 0,50 -%) Vollausschlag
• (0,50 bis 0,90 +% oder 0,50 bis 0,90 -%) Vollausschlag
• (0,90 bis +% oder 0,90 bis -%) Full Scale und höher
• 0,90 bis ±% Full Scale & Up

Betriebstemperaturen

Die Betriebstemperaturen von LVDT umfassen

> -32-32ºF, (32 -175ºF), (175-257ºF), 257ºF und höher. Der Temperaturbereich, in dem das Gerät genau arbeiten muss.

Messbereich

Der Bereich der IVDT-Messung umfasst

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

Richtigkeit

Erklärt den Prozentsatz der Differenz zwischen dem tatsächlichen Wert der Datenmenge.

Ausgabe

Strom, Spannung oder Frequenz

Schnittstelle

Ein serielles Protokoll wie RS232 oder ein paralleles Protokoll wie IEEE488.

LVDT-Typen

Frequenzbasiert, Strombilanz AC / AC-basiert oder DC / DC-basiert.

LVDT-Diagramm

Die LVDT-Diagrammdiagramme sind unten gezeigt, die die Variationen in der Welle sowie deren Ergebnis in Bezug auf die Größe des differentiellen Wechselstromausgangs von einem Nullpunkt und den Ausgang von Gleichstrom von der Elektronik zeigen.

Der höchste Wert der Wellenverschiebung vom Kernort hängt hauptsächlich vom Empfindlichkeitsfaktor sowie von der Amplitude der Haupterregungsspannung ab. Die Welle bleibt in der Nullposition, bis eine bezogene Haupterregungsspannung für die Hauptwicklung der Spule angegeben wird.

LVDT-Wellenvariationen

Wie in der Abbildung gezeigt, definiert die DC-O / P-Polarität oder Phasenverschiebung hauptsächlich die Position der Welle für den Nullpunkt, um die Eigenschaft wie die O / P-Linearität des Moduls von LVDT darzustellen.

Beispiel für einen linearen variablen Differentialtransformator

Die Hublänge eines LVDT beträgt ± 120 mm und erzeugt eine Auflösung von 20 mV / mm. Also, 1) die maximale O / P-Spannung finden, 2) die O / P-Spannung, sobald der Kern um 110 mm von seiner Nullposition verschoben ist, c) die Position des Kerns von der Mitte, sobald die O / P-Spannung 2,75 V beträgt, d) Finden Sie die Änderung innerhalb der O / P-Spannung, sobald der Kern von der Verschiebung von + 60 mm auf -60 mm verschoben ist.

ein). Die höchste O / P-Spannung ist VOUT

Wenn ein mm Bewegung 20 mV erzeugt, erzeugt 120 mm Bewegung

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

b). VOUT mit 110 mm Kernverschiebung

Wenn eine Kernverschiebung von 120 mm eine Ausgangsleistung von 2,4 Volt erzeugt, erzeugt eine Bewegung von 110 mm

Vout = Verschiebung des Kerns X VMAX

Vout = 110 x 2,4 / 120 = 2,2 Volt

Die Spannungsverschiebung von LVDT

c) Die Position des Kerns bei VOUT = 2,75 Volt

Vout = Verschiebung des Kerns X VMAX

Verschiebung = Vout X Länge / VMax

D = 2,75 · 120 / 2,4 = 137,5 mm

d). Die Spannungsänderung von der Verschiebung von + 60mm auf -60mm

Wechsel = + 60 mm - (-60 mm) x 2,4 V / 130 = 120 x 2,4 / 130 = 2,215

Somit reicht die Änderung der Ausgangsspannung von +1,2 Volt bis -1,2 Volt, wenn sich der Kern von + 60 mm auf -60 mm verschiebt.

Wegaufnehmer sind in verschiedenen Größen und Längen erhältlich. Diese Wandler werden verwendet, um einige mm bis 1 s zu messen, die lange Hübe bestimmen können. Wenn LVDTs jedoch in der Lage sind, lineare Bewegungen innerhalb einer geraden Linie zu berechnen, ändert sich die LVDT, um die als RVDT (Rotary Variable Differential Transformer) bekannte Winkelbewegung zu messen.

Vor- und Nachteile von LVDT

Die Vor- und Nachteile von LVDT umfassen Folgendes.

• Die Messung des Verschiebungsbereichs von LVDT ist sehr hoch und reicht von 1,25 mm bis -250 mm.
• Der LVDT-Ausgang ist sehr hoch und erfordert keine Erweiterung. Es besitzt ein hohes Mitgefühl, das normalerweise bei etwa 40 V / mm liegt.
• Wenn sich der Kern in einem Hohlformer bewegt, tritt folglich kein Fehler bei der Verschiebungseingabe während des Reibungsverlusts auf, so dass ein LVDT zu einem präzisen Gerät wird.
• LVDT zeigt eine kleine Hysterese und daher ist die Wiederholung in allen Situationen außergewöhnlich
• Der Stromverbrauch des LVDT ist sehr niedrig, etwa 1 W, wie von einem anderen Wandlertyp bewertet.
• LVDT wandelt die lineare Versetzung in eine elektrische Spannung um, die einfach zu erreichen ist.
• LVDT reagiert darauf, sich von Magnetfeldern zu entfernen, und benötigt daher ständig ein System, um sie von Driftmagnetfeldern abzuhalten.
• Es wird erreicht, dass LVDTs im Gegensatz zu jeder Art von induktivem Wandler vorteilhafter sind.
• LVDT wird durch Temperatur und Vibrationen beschädigt.
• Dieser Transformator benötigt große Verschiebungen, um eine signifikante Differenzleistung zu erzielen
• Diese reagieren auf streunende Magnetfelder
• Das Empfangsinstrument sollte so gewählt werden, dass es mit Wechselstromsignalen arbeitet. Andernfalls sollte ein Demodulator n / w verwendet werden, wenn ein Gleichstrom erforderlich ist
• Die begrenzte dynamische Antwort erfolgt dort mechanisch durch die Masse des Kerns und elektrisch durch die angelegte Spannung.

Anwendungen für lineare variable Differentialtransformatoren

Zu den Anwendungen des LVDT-Wandlers gehören hauptsächlich zu berechnende Versetzungen, die von einer Teilung von mm bis zu nur einigen cm reichen.

• Der LVDT-Sensor fungiert als Hauptwandler, der die Versetzung in ein elektrisches Signal ändert.
• Dieser Wandler kann auch als Sekundärwandler arbeiten.
• LVDT wird verwendet, um das Gewicht, die Kraft und auch den Druck zu messen
• In Geldautomaten für Dollarnotenstärke
• Wird zur Prüfung der Bodenfeuchtigkeit verwendet
• In Maschinen zur Herstellung von Pillen
• Roboterreiniger
• Es wird in medizinischen Geräten zur Gehirnuntersuchung verwendet
• Einige dieser Wandler werden zur Berechnung von Druck und Last verwendet
• LVDTs werden hauptsächlich in der Industrie sowie in der Industrie eingesetzt Servomechanismen .
• Andere Anwendungen wie Leistungsturbinen, Hydraulik, Automatisierung, Flugzeuge und Satelliten

Aus den obigen Informationen können wir schließlich schließen, dass LVDT-Eigenschaften bestimmte wesentliche Merkmale und Vorteile aufweisen, von denen die meisten auf grundlegenden physikalischen Funktionsprinzipien oder auf Materialien und Techniken beruhen, die bei ihrer Konstruktion verwendet werden. Hier ist eine Frage für Sie, was ist der normale LVDT-Empfindlichkeitsbereich?