Transformator diferențial variabil liniar (LVDT) și funcționarea acestuia

Termenul LVDT sau Transformator diferențial variabil liniar este un traductor de aranjament liniar robust, complet și fără frecare natural. Au un ciclu de viață nesfârșit atunci când este utilizat corect. Deoarece LVDT controlat de curent alternativ nu include orice fel de electronică au intenționat să lucreze la temperaturi foarte scăzute, altfel până la 650 ° C (1200 ° F) în medii insensibile. Aplicațiile LVDT-urilor includ în principal automatizări, turbine electrice, aeronave, hidraulice, reactoare nucleare, sateliți și multe altele. Aceste tipuri de traductoare conțin fenomene fizice scăzute și repetări remarcabile.

LVDT modifică o dislocare liniară dintr-o poziție mecanică într-un semnal electric relativ, incluzând faza și amplitudinea informațiilor de direcție și distanță. Funcționarea LVDT nu necesită o legătură electrică între piesele care se ating și bobină, dar ca alternativă depinde de cuplajul electromagnetic.

Ce este un LVDT (Linear Variable Differential Transformer)?

Forma completă LVDT este „Transformator diferențial variabil liniar” este LVDT. În general, LVDT este un tip normal de traductor. Funcția principală a acestuia este de a converti mișcarea dreptunghiulară a unui obiect la semnalul electric echivalent. LVDT este folosit pentru a calcula deplasarea și funcționează transformatorul principiu.

Diagrama senzorului LVDT de mai sus cuprinde un miez, precum și un ansamblu bobină. Aici, miezul este protejat de obiectul a cărui locație este calculată, în timp ce ansamblul bobinei este mărit la o structură staționară. Ansamblul bobinei include trei bobine bobinate cu sârmă pe forma goală. Bobina interioară este cea mai mare, care este alimentată de o sursă de curent alternativ. Fluxul magnetic generat de principal este atașat la cele două bobine minore, producând o tensiune alternativă în fiecare bobină.

Transformator diferențial variabil liniar

Principalul beneficiu al acestui traductor, în comparație cu alte tipuri de LVDT, este rezistența. Deoarece nu există contact material între componenta senzorială.

Deoarece mașina depinde de combinația fluxului magnetic, acest traductor poate avea o rezoluție nelimitată. Deci, fracția minimă de progres poate fi observată de un instrument adecvat de condiționare a semnalului, iar rezoluția traductorului este determinată exclusiv de declarația DAS (sistemul de achiziție de date).

Construcția transformatorului diferențial variabil liniar

LVDT cuprinde un formator cilindric, care este delimitat de o înfășurare principală în butucul primului și cele două înfășurări minore LVDT sunt înfășurate pe suprafețe. Cantitatea de răsuciri în ambele înfășurări minore este echivalentă, dar ele sunt inversate una ca alta în sensul acelor de ceasornic și în sens invers acelor de ceasornic.

Construcția transformatorului diferențial variabil liniar

Din acest motiv, tensiunile o / p vor fi variația tensiunilor dintre cele două bobine minore. Aceste două bobine sunt notate cu S1 și S2. Miezul de fier estimat este situat în mijlocul formei cilindrice. Tensiunea de excitație a CA este de 5-12V și frecvența de funcționare este dată de 50 până la 400 HZ.

Principiul de lucru al LVDT

Principiul de lucru al transformatorului diferențial variabil liniar sau al teoriei de lucru LVDT este inducția reciprocă. Dislocarea este energie neelectrică care este transformată în energie electrica . Și modul în care energia este modificată este discutat în detaliu în funcționarea unui LVDT.

Principiul de lucru LVDT

Funcționarea unui LVDT

Funcționarea diagramei circuitului LVDT poate fi împărțită în trei cazuri pe baza poziției miezului de fier în forma izolată.

• În cazul 1: Când nucleul LVDT este în poziția nulă, atunci ambele fluxuri de înfășurări minore vor fi egale, deci e.m.f indus este similar în înfășurări. Deci, pentru nicio dislocare, valoarea de ieșire (e_afară) este zero deoarece ambele e1 și e2 sunt echivalente. Astfel, ilustrează că nu a avut loc nicio dislocare.
• În cazul 2: Când nucleul LVDT este deplasat până la punctul nul. În acest caz, fluxul care implică înfășurarea minoră S1 este suplimentar, comparativ cu fluxul care se conectează cu înfășurarea S 2. Din acest motiv, e1 va fi adăugat ca cel al e2. Datorită acestui e_afară(tensiunea de ieșire) este pozitivă.
• În cazul 3: Când nucleul LVDT este deplasat în jos la punctul nul, În acest caz, cantitatea de e2 va fi adăugată ca cea a e1. Datorită acestui e_afarătensiunea de ieșire va fi negativă, plus ilustrează o / p în jos pe punctul de locație.

Care este rezultatul LVDT?

Ieșirea dispozitivului de măsurare, cum ar fi LVDT sau transformatorul diferențial variabil liniar, este o undă sinusoidală prin amplitudine care este proporțională cu locația descentrată și 0⁰ altfel 180 phase de fază pe baza laturii situate a miezului. Aici, rectificarea cu undă completă este utilizată pentru a demodula semnalul. Cea mai mare valoare a motorului ieșit (EOUT) are loc la cea mai mare deplasare a miezului din poziția de mijloc. Este o funcție de amplitudine a tensiunii de excitație laterală principală, precum și a factorului de sensibilitate al tipului specific de LVDT. În general, este destul de considerabil la RMS.

De ce să folosiți un LVDT?

Un senzor de poziție precum LVDT este ideal pentru mai multe aplicații. Iată o listă a motivelor pentru care este utilizată.

Viața mecanică este infinită

Acest tip de senzor nu poate fi înlocuit nici după milioane de cicluri și decenii.

Miez și bobină separate

LVDT-urile sunt pompe, supape și sisteme de nivel utilizate. Miezul LVDT poate fi expus la medii la temperatură și presiune ridicată ori de câte ori bobinele și carcasa pot fi separate printr-un metal, tub de sticlă altfel mâneci etc.

Măsurarea este fără frecare

Măsurarea LVDT este fără frecare, deoarece nu există părți de frecare, nu există erori și nu există rezistență.

Rezoluția este infinită

Prin utilizarea LVDT-urilor, mișcările minuscule pot fi, de asemenea, calculate cu precizie.

Repetabilitatea este excelentă

LVDT-urile nu plutesc altfel devin zgomotoase în cele din urmă chiar și după decenii.

Insensibilitate la mișcarea nucleului transversal

Calitatea măsurătorii nu poate fi compromisă nici senzațiilor, nici zigzagurilor.

Repetabilitatea este nulă

Între 300oF - 1000oF, acești senzori vă oferă întotdeauna un punct de referință fiabil

• Inutilă pentru electronica de la bord
• Ieșire completă
• Personalizarea este posibilă pentru orice tip de aplicație

Diferite tipuri de LVDT

Diferitele tipuri de LVDT includ următoarele.

Armătură captivă LVDT

Aceste tipuri de LVDT sunt superioare pentru seriile lungi de lucru. Aceste LVDT-uri vor ajuta la prevenirea aranjamentelor incorecte, deoarece sunt dirijate și controlate de ansambluri cu rezistență redusă.

Armături neguidate

Aceste tipuri de LVDT au un comportament de rezoluție nelimitat, mecanismul acestui tip de LVDT este un plan de uzură care nu controlează mișcarea datelor calculate. Acest LVDT este conectat la eșantionul care urmează să fie calculat, încadrându-se ușor în cilindru, implicând corpul traductorului liniar să fie ținut independent.

Forțează armături extinse

Utilizați mecanisme interne de arc, motoare electrice pentru a avansa în mod constant armătura la cel mai înalt nivel realizabil. Aceste armături sunt utilizate în LVDT pentru aplicații de mișcare lentă. Aceste dispozitive nu au nevoie de nicio conexiune între armătură și specimen.

Traductoarele cu deplasare variabilă liniară sunt de obicei utilizate în instrumentele de prelucrare curente, robotică sau controlul mișcării, avionică și automatizate. Alegerea unui tip de LVDT aplicabil poate fi măsurată folosind unele specificații.

Caracteristici LVDT

Caracteristicile LVDT au fost discutate în principal în trei cazuri, cum ar fi poziția nulă, poziția cea mai înaltă din dreapta și poziția din stânga sus.

Poziție nulă

Procedura de lucru a LVDT poate fi ilustrată într-un loc axial nul altfel zero prin figura următoare. În această stare, arborele poate fi situat exact în centrul înfășurărilor S1 și S2. Aici, aceste înfășurări sunt înfășurări secundare, care cresc generația de flux echivalent, precum și tensiunea indusă în terminalul următor în mod corespunzător. Această locație este, de asemenea, numită poziție nulă.

LVDT în poziție nulă

Secvența fazei de ieșire, precum și diferențierea magnitudinii de ieșire în raport cu semnalele de intrare care derivă deplasarea și mișcarea miezului. Dispunerea arborelui în poziția neutră sau în nul indică în principal că tensiunile induse de la înfășurările secundare care sunt conectate în serie sunt echivalente și invers proporționale cu tensiunea netă o / p.

EV1 = EV2

Eo = EV1– EV2 = 0 V

Cea mai înaltă poziție dreaptă

În acest caz, cea mai înaltă poziție dreaptă este prezentată în figura de mai jos. Odată ce arborele este deplasat în direcția laterală dreaptă, atunci se poate genera o forță uriașă prin înfășurarea S2, pe de altă parte, forța minimă poate fi produsă prin înfășurarea S1.

LVDT în dreapta

Astfel, „E2” (tensiunea indusă) este considerabil superioară E1. Ecuațiile rezultate ale tensiunilor diferențiale sunt prezentate mai jos.

Pentru EV2 = - EV1

Poziția maximă la stânga

În figura următoare, arborele poate fi înclinat mai mult în direcția părții stângi, apoi fluxul ridicat poate fi generat pe înfășurarea S1 și tensiunea poate fi indusă pe „E1” atunci când „E2” este scăzută. Ecuația pentru aceasta este dată mai jos.

Pentru = EV1 - EV2

Ieșirea finală LVDT poate fi calculată în termeni de frecvență, curent sau tensiune. Proiectarea acestui circuit se poate face și cu circuite bazate pe microcontrolere precum PIC, Arduino etc.

LVDT la stânga

Specificații LVDT

Specificațiile LVDT includ următoarele.

Liniaritatea

Cea mai mare diferență de proporția dreaptă dintre distanța calculată și distanța o / p peste intervalul de calcul.

• > (0,025 +% sau 0,025 -%) Scală completă
• (0,025 până la 0,20 +% sau 0,025 până la 0,20 -%) Scală completă
• (0,20 - 0,50 +% sau 0,20 - 0,50 -%) Scală completă
• (0,50 - 0,90 +% sau 0,50 - 0,90 -%) Scală completă
• (0,90 până la +% sau 0,90 până la -%) Scală completă și în sus
• De la 0,90 la ±% la scară completă și în sus

Temperaturi de operare

Temperaturile de funcționare ale LVDT includ

> -32ºF, (-32-32ºF), (32 -175ºF), (175-257ºF), 257ºF și peste. Intervalul de temperatură în care dispozitivul trebuie să funcționeze cu precizie.

Gama de măsurare

Gama de măsurare IVDT include

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

Precizie

Explica procentul diferenței dintre valoarea reală a cantității de date.

Ieșire

Curent, tensiune sau frecvență

Interfață

Un protocol serial precum RS232 sau un protocol paralel precum IEEE488.

Tipuri LVDT

Bazat pe frecvență, echilibru de curent pe bază de AC / AC sau DC / DC.

Grafic LVDT

Diagramele grafice LVDT sunt prezentate mai jos, care prezintă variațiile arborelui, precum și rezultatul lor în ceea ce privește magnitudinea diferențială a ieșirii AC dintr-un punct nul și ieșirea curentului continuu din electronică.

Cea mai mare valoare a deplasării arborelui din locația nucleului depinde în principal de factorul de sensibilitate, precum și de amplitudinea tensiunii de excitație principale. Arborele rămâne în poziția nulă până când se specifică o tensiune de excitație principală referită la înfășurarea principală a bobinei.

Variații ale arborelui LVDT

Așa cum se arată în figură, polaritatea DC o / p sau defazarea definește în principal poziția arborelui pentru punctul nul pentru a reprezenta proprietatea ca liniaritatea o / p a modulului LVDT.

Exemplu de transformator diferențial variabil liniar

Lungimea cursei unui LVDT este de ± 120 mm și generează o rezoluție de 20 mV / mm. Deci, 1) găsiți tensiunea maximă o / p, 2) tensiunea o / p odată ce nucleul este deplasat cu 110 mm față de poziția nulă, c) poziția nucleului din mijloc odată ce tensiunea o / p este de 2,75 V, d) găsiți schimbarea în tensiunea o / p odată ce nucleul este deplasat de la deplasarea de + 60mm la -60mm.

A). Cea mai mare tensiune o / p este VOUT

Dacă un mm de mișcare generează 20mV, atunci 120mm de mișcare generează

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

b). VOUT cu 110 mm de deplasare a miezului

Dacă o deplasare a miezului de 120 mm generează o ieșire de 2,4 volți, atunci produce o mișcare de 110 mm

Vout = deplasarea nucleului X VMAX

Vout = 110 X 2,4 / 120 = 2,2 volți

Deplasarea tensiunii LVDT

c) .Poziția miezului atunci când VOUT = 2,75 volți

Vout = deplasarea nucleului X VMAX

Deplasare = lungime Vout X / VMax

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

d). Schimbarea tensiunii de la deplasarea de + 60mm la -60mm

Vchange = + 60mm - (-60mm) X 2.4V / 130 = 120 X 2.4 / 130 = 2.215

Astfel, schimbarea tensiunii de ieșire variază de la +1,2 volți la -1,2 volți atunci când nucleul trece de la + 60mm la -60mm respectiv.

Traductoarele de deplasare sunt disponibile în diferite dimensiuni, cu lungimi diferite. Aceste traductoare sunt utilizate pentru a măsura câțiva mm până la 1s, care pot determina cursele lungi. Cu toate acestea, atunci când LVDT-urile sunt capabile să calculeze mișcarea liniară într-o linie dreaptă, atunci există o schimbare în LVDT pentru a măsura mișcarea unghiulară cunoscută sub numele de RVDT (Rotary Variable Differential Transformer).

Avantajele și dezavantajele LVDT

Avantajele și dezavantajele LVDT includ următoarele.

• Măsurarea intervalului de deplasare al LVDT este foarte mare și variază de la 1,25 mm la -250 mm.
• Ieșirea LVDT este foarte mare și nu necesită nicio extensie. Are o compasiune ridicată, care este în mod normal de aproximativ 40V / mm.
• Prin urmare, atunci când nucleul se deplasează în interiorul unei forme goale, nu există nici o defecțiune a intrării de deplasare în timpul pierderii prin frecare, deci face din LVDT un dispozitiv precis.
• LVDT demonstrează o mică histerezis și astfel repetarea este excepțională în toate situațiile
• Consumul de energie al LVDT este foarte scăzut aproximativ 1W, evaluat de un alt tip de traductoare.
• LVDT schimbă luxația liniară într-o tensiune electrică care este ușor de progresat.
• LVDT este capabil să se îndepărteze de câmpurile magnetice, astfel că are nevoie în mod constant de un sistem care să le păstreze de câmpurile magnetice în derivă.
• Se realizează faptul că LVDT-urile sunt mai benefice ca contrastate decât orice alt tip de traductor inductiv.
• LVDT se deteriorează atât la temperatură, cât și la vibrații.
• Acest transformator are nevoie de deplasări mari pentru a obține o ieșire diferențială semnificativă
• Acestea răspund la câmpurile magnetice rătăcite
• Instrumentul de recepție ar trebui să fie ales pentru a funcționa pe semnalele de curent alternativ, altfel ar trebui utilizat un demodulator n / w dacă este necesar un dc o / p
• Răspunsul dinamic limitat este acolo mecanic prin masa miezului și electric prin tensiunea aplicată.

Aplicații de transformatoare diferențiale variabile liniare

Aplicațiile traductorului LVDT includ în principal unde se calculează luxații care variază de la o diviziune de mm la doar câțiva cm.

• Senzorul LVDT funcționează ca traductor principal și schimbă dislocarea într-un semnal electric drept.
• Acest traductor poate funcționa și ca traductor secundar.
• LVDT este utilizat pentru a măsura greutatea, forța și, de asemenea, presiunea
• În bancomate pentru grosimea facturii în dolari
• Folosit pentru testarea umidității solului
• În mașinile pentru fabricarea pastilelor
• Curățător robotizat
• Este utilizat în dispozitivele medicale pentru sondarea creierului
• Unele dintre aceste traductoare sunt utilizate pentru a calcula presiunea și sarcina
• LVDT-urile sunt utilizate mai ales în industrii, precum și servomecanisme .
• Alte aplicații precum turbine electrice, hidraulică, automatizare, aeronave și sateliți

Din informațiile de mai sus, putem concluziona că caracteristicile LVDT au anumite caracteristici și beneficii semnificative, dintre care majoritatea provin din principiile fizice fundamentale de funcționare sau din materiale și tehnici utilizate în construcția lor. Iată o întrebare pentru dvs., care este intervalul normal de sensibilitate LVDT?