Lineárny variabilný diferenciálny transformátor (LVDT) a jeho práca

Pojem LVDT alebo lineárny variabilný diferenciálny transformátor je robustný, kompletný prevodník s lineárnym usporiadaním a prirodzene bez trenia. Ak sa používajú správne, majú nekonečný životný cyklus. Pretože LVDT riadený striedavým prúdom nezahŕňa akýkoľvek druh elektroniky , mali v úmysle pracovať pri veľmi nízkych teplotách, inak do 650 ° C (1200 ° F) v necitlivom prostredí. Medzi aplikácie LVDT patrí hlavne automatizácia, energetické turbíny, lietadlá, hydraulika, jadrové reaktory, satelity a mnoho ďalších. Títo typy meničov obsahujú nízke fyzikálne javy a vynikajúce opakovanie.

LVDT mení lineárnu dislokáciu z mechanickej polohy na relatívny elektrický signál vrátane fázy a amplitúdy informácie o smere a vzdialenosti. Prevádzka LVDT nevyžaduje elektrické spojenie medzi dotykovými časťami a cievkou, alternatíva však závisí od elektromagnetického spojenia.

Čo je to LVDT (lineárny variabilný diferenciálny transformátor)?

Úplný formulár LVDT je ​​„Lineárny variabilný diferenciálny transformátor“ je LVDT. Všeobecne je LVDT normálnym typom prevodníka. Hlavnou funkciou je prevádzať obdĺžnikový pohyb objektu na ekvivalentný elektrický signál. LVDT sa používa na výpočet posunu a pracuje ďalej transformátor princíp.

Vyššie uvedená schéma snímača LVDT obsahuje jadro aj zostavu cievky. Tu je jadro chránené vecou, ​​ktorej umiestnenie sa počíta, zatiaľ čo zostava cievky je zväčšená na stacionárnu štruktúru. Zostava cievky obsahuje tri drôty navinuté v dutom tvare. Vnútorná cievka je hlavná, ktorá je napájaná zdrojom striedavého prúdu. Magnetický tok generovaný hlavným prúdom je pripojený k dvom menším cievkam, pričom v každej cievke vytvára striedavé napätie.

Lineárny variabilný diferenciálny transformátor

Hlavnou výhodou tohto snímača v porovnaní s inými typmi LVDT je ​​húževnatosť. Pretože nie je žiadny kontakt materiálu cez snímací komponent.

Pretože stroj závisí od kombinácie magnetického toku, môže mať tento prevodník neobmedzené rozlíšenie. Minimálny zlomok pokroku teda možno zaznamenať pomocou vhodného nástroja na úpravu signálu a rozlíšenie snímača je určené výlučne deklaráciou DAS (systém na zber údajov).

Konštrukcia lineárneho variabilného diferenciálneho transformátora

LVDT obsahuje valcovú formovačku, ktorá je ohraničená jedným hlavným vinutím v náboji formovača a dve menšie vinutia LVDT sú navinuté na povrchoch. Množstvo zákrutov v obidvoch menších vinutiach je ekvivalentné, sú však navzájom obrátené ako v smere hodinových ručičiek a proti smeru hodinových ručičiek.

Konštrukcia lineárneho variabilného diferenciálneho transformátora

Z tohto dôvodu budú o / p napätia kolísaním napätí medzi dvoma menšími cievkami. Tieto dve cievky sú označené S1 a S2. Esteemové železné jadro je umiestnené v strede cylindrickej tvarovky. Budiace napätie AC je 5 až 12 V a pracovná frekvencia je daná 50 až 400 Hz.

Pracovný princíp LVDT

Princípom práce lineárneho variabilného diferenciálneho transformátora alebo pracovnej teórie LVDT je ​​vzájomná indukcia. Dislokácia je neelektrická energia, ktorá sa mení na elektrická energia . A to, ako sa energia mení, sa podrobne rozoberá pri práci na LVDT.

Princíp práce LVDT

Fungovanie LVDT

Fungovanie schémy zapojenia LVDT možno rozdeliť do troch prípadov na základe polohy železného jadra v izolovanej formovači.

• V prípade 1: Keď je jadro LVDT v nulovej polohe, potom sa obidva tok menších vinutí bude rovnať, takže indukovaný e.m.f je vo vinutí podobný. Takže bez dislokácie, výstupná hodnota (napr_von) je nula, pretože obidve e1 a e2 sú ekvivalentné. Ilustruje teda, že nedošlo k žiadnej dislokácii.
• V prípade 2: Keď sa jadro LVDT posunie až k nulovému bodu. V tomto prípade je tok zahŕňajúci malé vinutie SI dodatočný na rozdiel od toku spojeného s vinutím S2. Z tohto dôvodu bude e1 pridaná ako e2. Z tohto dôvodu napr_von(výstupné napätie) je kladné.
• V prípade 3: Keď sa jadro LVDT posunie nadol na nulový bod, v tomto prípade sa množstvo e2 pridá ako množstvo e1. Z tohto dôvodu napr_vonvýstupné napätie bude záporné plus ilustruje o / p dolu v mieste umiestnenia.

Aký je výstup LVDT?

Výstupom meracieho zariadenia, ako je LVDT alebo lineárny variabilný diferenciálny transformátor, je sínusová vlna prechádzajúca amplitúdou, ktorá je úmerná umiestneniu mimo stred & 0⁰, inak 180⁰ fázy, na základe umiestnenej strany jadra. Tu sa na demoduláciu signálu používa usmernenie v plnom rozsahu. Najvyššia hodnota výstupu motora (EOUT) sa stane pri najväčšom posunutí jadra zo strednej polohy. Je to funkcia amplitúdy budiaceho napätia na hlavnej strane, ako aj faktor citlivosti špecifického typu LVDT. Vo všeobecnosti je to v prípade RMS dosť značné.

Prečo používať LVDT?

Pozičný snímač ako LVDT je ​​ideálny pre niekoľko aplikácií. Tu je zoznam dôvodov, prečo sa používa.

Mechanický život je nekonečný

Tento druh snímača sa nedá vymeniť ani po miliónoch cyklov a desaťročiach.

Oddeliteľné jadro a cievka

LVDT sa používajú čerpadlá, ventily a hladinové systémy. Jadro LVDT môže byť vystavené médiám pri teplote a vysokom tlaku, kedykoľvek je možné cievky a kryt oddeliť pomocou kovovej, sklenenej trubice, inak objímok atď.

Meranie je bez trenia

Meranie LVDT je ​​bez trenia, pretože neobsahuje žiadne trecie časti, chyby a odpor.

Rozlíšenie je nekonečné

Pomocou LVDT sa dajú presne vypočítať aj drobné pohyby.

Opakovateľnosť je vynikajúca

LVDT neplávajú, inak budú konečne hlučné aj po desaťročiach.

Necitlivosť na krížový pohyb jadra

Kvalitu merania nemôžu narušiť ani vnemy, ani cik-cak.

Opakovateľnosť je nulová

Od 300 ° F do 1000 ° F vám tieto snímače vždy poskytnú spoľahlivý referenčný bod

• Palubná elektronika nepotrebná
• Kompletný výstup
• Prispôsobenie je možné pre akýkoľvek druh aplikácie

Rôzne typy LVDT

Medzi rôzne typy LVDT patria nasledujúce.

Zajatá armatúra LVDT

Tieto typy LVDT sú vynikajúce pre dlhé pracovné série. Tieto LVDT pomôžu zabrániť nesprávnym usporiadaniam, pretože sú riadené a riadené zostavami s nízkym odporom.

Neriadené armatúry

Tieto typy LVDT majú správanie pri neobmedzenom rozlíšení. Mechanizmus tohto typu LVDT je ​​plán bez opotrebenia, ktorý neriadi pohyb vypočítaných údajov. Táto LVDT je ​​pripojená k vzorke, ktorá sa má vypočítať, a bezchybne zapadá do valca, pričom zahŕňa telo lineárneho prevodníka, ktoré sa má držať nezávisle.

Vynútiť predĺžené armatúry

Využite vnútorné pružinové mechanizmy, elektromotory posúvať kotvu stále dopredu na jej maximálnu dosiahnuteľnú úroveň. Tieto armatúry sa používajú v LVDT na pomalé pohyblivé aplikácie. Tieto zariadenia nepotrebujú žiadne spojenie medzi kotvou a vzorkou.

Prevodníky s lineárnym variabilným posunom sa zvyčajne používajú v súčasných obrábacích nástrojoch, robotike alebo riadení pohybu, avionike a automatizácii. Výber vhodného druhu LVDT je ​​možné merať pomocou niektorých špecifikácií.

Charakteristiky LVDT

Charakteristiky LVDT sa diskutovali hlavne v troch prípadoch, ako nulová poloha, najvyššia pravá poloha a najvyššia ľavá poloha.

Nulová pozícia

Pracovný postup LVDT je ​​možné ilustrovať na nulovom axiálnom mieste, inak na nule, na nasledujúcom obrázku. V tomto stave môže byť hriadeľ umiestnený presne v strede vinutí S1 a S2. Tu sú tieto vinutia sekundárne vinutia, ktoré zodpovedajúcim spôsobom zvyšujú generovanie ekvivalentného toku, ako aj indukované napätie na nasledujúcej svorke. Toto umiestnenie sa tiež nazýva nulová pozícia.

LVDT v nulovej polohe

Postupnosť výstupnej fázy, ako aj diferenciácia výstupnej veľkosti vzhľadom na vstupné signály, ktoré odvodzujú posun a pohyb jadra. Usporiadanie hriadeľa na neutrálnom mieste alebo na nule hlavne naznačuje, že indukované napätia na sekundárnych vinutiach, ktoré sú zapojené do série, sú ekvivalentné a nepriamo úmerné vzhľadom na sieťové napätie o / p.

EV1 = EV2

Eo = EV1– EV2 = 0 V

Najvyššia správna poloha

V takom prípade je najvyššia pravá pozícia zobrazená na obrázku nižšie. Akonáhle sa hriadeľ posunie v pravom smere, potom môže byť na vinutie S2 vyvinutá obrovská sila, na druhej strane môže byť na vinutie S1 vytvorená minimálna sila.

LVDT vpravo

Preto je „E2“ (indukované napätie) podstatne lepšie ako E1. Výsledné rovnice diferenciálneho napätia sú uvedené nižšie.

Pre EV2 = - EV1

Maximálna ľavá poloha

Na nasledujúcom obrázku môže byť hriadeľ sklonený viac v smere na ľavú stranu, potom môže byť generovaný vysoký tok naprieč vinutím S1 a napätie môže byť indukované cez „E1“, keď je „E2“ znížený. Rovnica je uvedená nižšie.

Pre = EV1 - EV2

Konečný výstup LVDT možno vypočítať z hľadiska frekvencie, prúdu alebo napätia. Návrh tohto obvodu je možné vykonať aj s obvodmi založenými na mikrokontroléroch, ako sú PIC, Arduino atď.

LVDT vľavo

Špecifikácie LVDT

Špecifikácie LVDT zahŕňajú nasledujúce.

Lineárnosť

Najvyšší rozdiel od priamej proporcie medzi vypočítanou vzdialenosťou a vzdialenosťou o / p nad vypočítaným rozsahom.

• > (0,025 +% alebo 0,025 -%) v plnom rozsahu
• (0,025 až 0,20 +% alebo 0,025 až 0,20 -%) v plnom rozsahu
• (0,20 až 0,50 +% alebo 0,20 až 0,50 -%) v plnom rozsahu
• (0,50 až 0,90 +% alebo 0,50 až 0,90 -%) v plnom rozsahu
• (0,90 až +% alebo 0,90 až -%) v plnom rozsahu a vyššie
• 0,90 až ±% v plnom rozsahu a vyššie

Prevádzkové teploty

Prevádzkové teploty LVDT zahŕňajú

> -32 ° F, (32 - 175 ° F), (175 - 257 ° F), 257 ° F a viac. Rozsah teploty, v ktorom musí zariadenie presne fungovať.

Rozsah merania

Rozsah merania IVDT zahŕňa

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

Presnosť

Vysvetľuje percento rozdielu medzi skutočnou hodnotou množstva údajov.

Výkon

Prúd, napätie alebo frekvencia

Rozhranie

Sériový protokol ako RS232 alebo paralelný protokol ako IEEE488.

Typy LVDT

Na základe frekvencie, prúdovej rovnováhy na báze AC / AC alebo DC / DC.

Graf LVDT

Ďalej sú zobrazené grafy LVDT, ktoré zobrazujú odchýlky v hriadeli a ich výsledok z hľadiska veľkosti rozdielového výstupného striedavého prúdu z nulového bodu a výstupu jednosmerného prúdu z elektroniky.

Maximálna hodnota posunu hriadeľa z polohy jadra závisí hlavne od faktora citlivosti, ako aj od amplitúdy hlavného budiaceho napätia. Hriadeľ zostáva v nulovej polohe, kým nie je špecifikované referenčné hlavné budiace napätie pre hlavné vinutie cievky.

Variácie hriadeľa LVDT

Ako je znázornené na obrázku, polarita alebo fázový posun DC o / p hlavne definuje polohu hriadeľa pre nulový bod, ktorý predstavuje vlastnosť ako o / p linearita modulu LVDT.

Príklad lineárneho variabilného diferenciálneho transformátora

Dĺžka zdvihu LVDT je ​​± 120 mm a generuje rozlíšenie 20 mV / mm. Takže 1) nájdite maximálne o / p napätie, 2) o / p napätie, ak je jadro posunuté o 110 mm od jeho nulového umiestnenia, c) poloha jadra od stredu, keď je o / p napätie 2,75 V, d) nájdite zmenu v rámci napätia o / p, akonáhle sa jadro posunie z posunu o + 60 mm na -60 mm.

a). Najvyššie o / p napätie je VOUT

Ak jeden mm pohybu generuje 20 mV, potom 120 mm pohybu

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

b). VOUT s posunom jadra 110 mm

Ak posunutie jadra 120 mm generuje výstup 2,4 voltu, vznikne pohyb 110 mm

Vout = posunutie jadra X VMAX

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

Posun napätia LVDT

c). Poloha jadra, keď VOUT = 2,75 voltov

Vout = posunutie jadra X VMAX

Zdvihový objem = Vout X dĺžka / VMax

H = 2,75 x 120 / 2,4 = 137,5 mm

d). Zmena napätia zo zdvihu + 60 mm na -60 mm

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

Zmena výstupného napätia sa teda pohybuje od +1,2 voltu do -1,2 voltu, keď sa jadro posúva z + 60 mm na -60 mm.

Prevodníky posuvu sú k dispozícii v rôznych veľkostiach s rôznymi dĺžkami. Tieto meniče sa používajú na meranie niekoľkých mm až 1 s, ktoré dokážu určiť dlhé zdvihy. Ak sú však LVDT schopné vypočítať lineárny pohyb po priamke, dôjde k zmene LVDT na meranie uhlového pohybu známeho ako RVDT (rotačný premenný diferenciálny transformátor).

Výhody a nevýhody LVDT

Medzi výhody a nevýhody LVDT patria nasledujúce.

• Meranie rozsahu posunu LVDT je ​​veľmi vysoké a pohybuje sa od 1,25 mm do 250 mm.
• Výstup LVDT je ​​veľmi vysoký a nevyžaduje žiadne rozšírenie. Má vysoký súcit, ktorý je zvyčajne okolo 40 V / mm.
• Keď sa jadro pohybuje v dutej formovači, následne nedochádza k poruche posuvu pri strate trenia, takže sa z LVDT stáva presné zariadenie.
• LVDT demonštruje malú hysteréziu, a preto je opakovanie vo všetkých situáciách výnimočné
• Spotreba energie LVDT je ​​veľmi nízka, okolo 1 W, čo sa hodnotí iným typom prevodníkov.
• LVDT mení lineárnu dislokáciu na elektrické napätie, ktoré sa dá ľahko rozvíjať.
• LVDT reaguje na odklon od magnetických polí, a preto neustále potrebuje systém, ktorý im zabráni v unášaní magnetických polí.
• Je dokázané, že LVDT sú kontrastnejšie ako akýkoľvek iný indukčný menič.
• LVDT sa poškodzuje teplotou a vibráciami.
• Tento transformátor potrebuje veľké posuny, aby získal významný rozdielový výkon
• Reagujú na bludné magnetické polia
• Prijímací prístroj by mal byť zvolený pre prácu na AC signáloch, inak by sa mal použiť demodulátor n / w, ak je potrebný dc o / p
• Obmedzená dynamická odozva je tam mechanicky hmotou jadra a elektricky pôsobiacim napätím.

Aplikácie lineárnych premenných diferenciálnych transformátorov

Aplikácie prevodníka LVDT zahŕňajú hlavne prípady, kde sa majú vypočítať dislokácie, ktoré sa pohybujú od rozdelenia mm do len niekoľkých centimetrov.

• Snímač LVDT pracuje ako hlavný menič, ktorý mení dislokáciu na elektrický signál priamo.
• Tento menič môže fungovať aj ako sekundárny menič.
• LVDT sa používa na meranie hmotnosti, sily a tiež tlaku
• V bankomatoch pre hrúbku dolárového bankovky
• Používa sa na testovanie pôdnej vlhkosti
• V strojoch na výrobu piluliek
• Robotický čistič
• Používa sa v lekárskych prístrojoch na snímanie mozgu
• Niektoré z týchto prevodníkov sa používajú na výpočet tlaku a zaťaženia
• LVDT sa väčšinou používajú v priemysle aj servomechanizmy .
• Ďalšie aplikácie ako energetické turbíny, hydraulika, automatizácia, lietadlá a satelity

Z vyššie uvedených informácií nakoniec môžeme konštatovať, že charakteristiky LVDT majú určité významné vlastnosti a výhody, z ktorých väčšina pochádza zo základných fyzikálnych princípov činnosti alebo z materiálov a techník použitých pri ich konštrukcii. Tu je otázka, aký je normálny rozsah citlivosti LVDT?