Lineární proměnný diferenciální transformátor (LVDT) a jeho fungování

Termín LVDT nebo lineární proměnný diferenciální transformátor je robustní, kompletní lineární převodník a přirozeně bez tření. Při správném používání mají nekonečný životní cyklus. Protože LVDT řízené střídavým proudem nezahrnuje jakýkoli druh elektroniky zamýšleli pracovat při velmi nízkých teplotách, jinak až do 650 ° C (1200 ° F) v necitlivém prostředí. Aplikace LVDT zahrnují zejména automatizaci, energetické turbíny, letadla, hydrauliku, jaderné reaktory, satelity a mnoho dalších. Tyto typy měničů obsahují nízké fyzické jevy a vynikající opakování.

LVDT mění lineární dislokaci z mechanické polohy na relativní elektrický signál včetně fáze a amplitudy informace o směru a vzdálenosti. Provoz LVDT nevyžaduje elektrické spojení mezi dotykovými částmi a cívkou, ale alternativně závisí na elektromagnetické vazbě.

Co je to LVDT (lineární proměnný diferenciální transformátor)?

Úplný formulář LVDT je ​​„Lineární proměnný diferenciální transformátor“ je LVDT. Obecně je LVDT normální typ snímače. Hlavní funkcí tohoto je převést obdélníkový pohyb objektu na ekvivalentní elektrický signál. LVDT se používá k výpočtu posunutí a pracuje dále transformátor zásada.

Výše uvedený diagram senzoru LVDT obsahuje jádro i sestavu cívky. Zde je jádro chráněno věcí, jejíž umístění se počítá, zatímco sestava cívky je zvětšena na stacionární strukturu. Sestava cívky obsahuje tři cívky navinuté drátem na dutém tvaru. Vnitřní cívka je hlavní, která je napájena zdrojem střídavého proudu. Magnetický tok generovaný hlavní sítí je připojen ke dvěma vedlejším cívkám, čímž v každé cívce vytváří střídavé napětí.

Lineární proměnný diferenciální transformátor

Hlavní výhodou tohoto snímače ve srovnání s jinými typy LVDT je ​​houževnatost. Protože nedochází ke kontaktu materiálu se snímací komponentou.

Protože stroj závisí na kombinaci magnetického toku, může mít tento snímač neomezené rozlišení. Minimální zlomek pokroku lze tedy zaznamenat pomocí vhodného nástroje pro úpravu signálu a rozlišení snímače je určeno výhradně deklarací DAS (systém sběru dat).

Konstrukce lineárního variabilního diferenciálního transformátoru

LVDT zahrnuje válcovou formovači, která je ohraničena jedním hlavním vinutím v náboji formovače a dvě menší vinutí LVDT jsou navinuta na povrchy. Množství zákrutů v obou menších vinutích je ekvivalentní, ale jsou vzájemně obráceny jako ve směru hodinových ručiček a proti směru hodinových ručiček.

Konstrukce lineárního variabilního diferenciálního transformátoru

Z tohoto důvodu budou napětí o / p kolísáním napětí mezi dvěma menšími cívkami. Tyto dvě cívky jsou označeny S1 a S2. Esteem železné jádro je umístěno ve středu válcového formovače. Budicí napětí AC je 5-12 V a pracovní frekvence je dána 50 až 400 HZ.

Pracovní princip LVDT

Principem činnosti lineárního variabilního diferenciálního transformátoru nebo pracovní teorie LVDT je ​​vzájemná indukce. Dislokace je neelektrická energie, která se mění na elektrická energie . A jak je energie změněna, je podrobně diskutováno v práci LVDT.

Princip fungování LVDT

Fungování LVDT

Práce schématu zapojení LVDT lze rozdělit do tří případů na základě polohy železného jádra v izolovaném těle.

• V případě 1: Když je jádro LVDT v nulovém umístění, pak se obě vedlejší tok vinutí budou rovnat, takže indukovaný e.m.f je ve vinutí podobný. Takže bez dislokace je výstupní hodnota (např_ven) je nula, protože obě e1 a e2 jsou ekvivalentní. Ilustruje tedy, že nedošlo k žádné dislokaci.
• V případě 2: Když je jádro LVDT posunuto až k nulovému bodu. V tomto případě je tok zahrnující malé vinutí SI dodatečný, na rozdíl od toku spojeného s vinutím S2. Z tohoto důvodu bude e1 přidáno jako e2. Z tohoto důvodu_ven(výstupní napětí) je kladné.
• V případě 3: Když je jádro LVDT posunuto dolů k nulovému bodu, v tomto případě bude přidáno množství e2 jako množství e1. Z tohoto důvodu_venvýstupní napětí bude záporné plus ilustruje o / p dolů v místě umístění.

Jaký je výstup LVDT?

Výstupem měřicího zařízení, jako je LVDT nebo lineární variabilní diferenciální transformátor, je sinusová vlna procházející amplitudou, která je úměrná umístění mimo střed a 0⁰ jinak 180⁰ fáze na základě umístěné strany jádra. Zde se k demodulaci signálu používá celovlnová náprava. K nejvyšší hodnotě výstupu motoru (EOUT) dochází při nejvyšším posunutí jádra ze střední polohy. Jedná se o amplitudovou funkci budicího napětí na hlavní straně a také o faktor citlivosti konkrétního typu LVDT. Obecně je to u RMS poměrně značné.

Proč používat LVDT?

Snímač polohy jako LVDT je ​​ideální pro několik aplikací. Zde je seznam důvodů, proč se používá.

Mechanický život je nekonečný

Tento druh senzoru nelze vyměnit ani po milionech cyklů a desetiletí.

Oddělitelné jádro a cívka

LVDT se používají čerpadla, ventily a hladinové systémy. Jádro LVDT může být vystaveno médiu při teplotě a vysokém tlaku, kdykoli lze cívky a pouzdro oddělit pomocí kovu, skleněné trubice, jinak rukávů atd.

Měření je bez tření

Měření LVDT je ​​bez tření, protože zde nejsou žádné třecí části, žádná chyba a žádný odpor.

Rozlišení je nekonečné

Pomocí LVDT lze také přesně vypočítat drobné pohyby.

Opakovatelnost je vynikající

LVDT neplují, jinak budou nakonec i po desetiletích hlučné.

Necitlivost na pohyb mezi osami jádra

Kvalitu měření nelze ohrozit ani vjemy, ani cik caky.

Opakovatelnost je Null

Od 300oF do 1000oF vám tyto senzory vždy poskytnou spolehlivý referenční bod

• Nepotřebná palubní elektronika
• Kompletní výstup
• Přizpůsobení je možné pro jakýkoli druh aplikace

Různé typy LVDT

Mezi různé typy LVDT patří následující.

Zajištěná armatura LVDT

Tyto typy LVDT jsou lepší pro dlouhé pracovní série. Tyto LVDT pomohou zabránit nesprávnému uspořádání, protože jsou řízeny a řízeny sestavami s nízkým odporem.

Neřízené Armatury

Tyto typy LVDT mají chování v neomezeném rozlišení, mechanismus tohoto typu LVDT je ​​plán nošení, který nekontroluje pohyb vypočítaných dat. Tato LVDT je ​​připojena k vzorku, který se má vypočítat, bezchybně zapadá do válce a zahrnuje tělo lineárního převodníku, které má být drženo nezávisle.

Vynutit prodloužené armatury

Využijte vnitřní pružinové mechanismy, elektromotory posouvat kotvu neustále dopředu na nejvyšší dosažitelnou úroveň. Tyto armatury se používají v LVDT pro pomalé pohyblivé aplikace. Tato zařízení nepotřebují žádné spojení mezi kotvou a vzorkem.

Převodníky lineárního proměnného posuvu se obvykle používají v současných obráběcích nástrojích, robotice nebo řízení pohybu, avionice a automatizaci. Výběr použitelného druhu LVDT lze měřit pomocí určitých specifikací.

Vlastnosti LVDT

Vlastnosti LVDT byly diskutovány hlavně ve třech případech, jako je nulová poloha, nejvyšší pravá poloha a nejvyšší levá poloha.

Nulová poloha

Pracovní postup LVDT lze ilustrovat na nulovém axiálním místě, jinak na nule, následujícím obrázkem. V tomto stavu může být hřídel umístěn přesně ve středu vinutí S1 a S2. Zde jsou tato vinutí sekundárními vinutími, která odpovídajícím způsobem zvyšují generování ekvivalentního toku i indukovaného napětí na další svorce. Toto umístění se také nazývá nulová poloha.

LVDT v nulové poloze

Sekvence výstupní fáze i diferenciace výstupní velikosti vzhledem ke vstupním signálům, které odvozují posunutí a pohyb jádra. Uspořádání hřídele na neutrálním místě nebo na nule hlavně naznačuje, že indukovaná napětí přes sekundární vinutí, která jsou zapojena do série, jsou ekvivalentní a nepřímo úměrná vzhledem k síťovému napětí o / p.

EV1 = EV2

Eo = EV1– EV2 = 0 V

Nejvyšší pravá pozice

V tomto případě je nejvyšší pravá pozice zobrazena na následujícím obrázku. Jakmile je hřídel posunut ve směru pravé strany, pak může být na vinutí S2 generována obrovská síla, na druhou stranu může být na vinutí S1 vytvořena minimální síla.

LVDT vpravo

To znamená, že „E2“ (indukované napětí) je podstatně lepší než E1. Výsledné rovnice diferenciálního napětí jsou uvedeny níže.

Pro EV2 = - EV1

Maximální levá pozice

Na následujícím obrázku může být hřídel nakloněna více ve směru levé strany, poté může být generován vysoký tok napříč vinutím S1 a napětí může být indukováno napříč „E1“, když je „E2“ sníženo. Rovnice je uvedena níže.

Pro = EV1 - EV2

Konečný výstup LVDT lze vypočítat z hlediska frekvence, proudu nebo napětí. Návrh tohoto obvodu lze také provést pomocí obvodů založených na mikrokontrolérech, jako jsou PIC, Arduino atd.

LVDT vlevo

Specifikace LVDT

Specifikace LVDT zahrnují následující.

Linearita

Nejvyšší rozdíl mezi přímým poměrem mezi vypočítanou vzdáleností a vzdáleností o / p nad výpočtovým rozsahem.

• > (0,025 +% nebo 0,025 -%) v plném rozsahu
• (0,025 až 0,20 +% nebo 0,025 až 0,20 -%) v plném rozsahu
• (0,20 až 0,50 +% nebo 0,20 až 0,50 -%) v plném rozsahu
• (0,50 až 0,90 +% nebo 0,50 až 0,90 -%) v plném rozsahu
• (0,90 až +% nebo 0,90 až -%) v plném rozsahu a výše
• 0,90 až ±% v plném rozsahu a nahoru

Provozní teploty

Provozní teploty LVDT zahrnují

> -32 ° F, (-32-32 ° F), (32 -175 ° F), (175-257 ° F), 257 ° F a více. Rozsah teploty, ve kterém musí zařízení přesně fungovat.

Rozsah měření

Rozsah měření IVDT zahrnuje

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

Přesnost

Vysvětluje procento rozdílu mezi skutečnou hodnotou množství dat.

Výstup

Proud, napětí nebo frekvence

Rozhraní

Sériový protokol jako RS232 nebo paralelní protokol jako IEEE488.

Typy LVDT

Frekvenční, proudová rovnováha na bázi AC / AC nebo na bázi DC / DC.

Graf LVDT

Níže jsou uvedena grafická schémata LVDT, která ukazují odchylky v hřídeli a jejich výsledek, pokud jde o velikost rozdílového střídavého výstupu z nulového bodu a výstup stejnosměrného proudu z elektroniky.

Maximální hodnota posunutí hřídele z umístění jádra závisí hlavně na faktoru citlivosti a na amplitudě hlavního budicího napětí. Hřídel zůstává v nulové poloze, dokud není specifikováno referenční hlavní budicí napětí k hlavnímu vinutí cívky.

Varianty hřídele LVDT

Jak je znázorněno na obrázku, polarita DC o / p nebo fázový posun hlavně definují polohu hřídele pro nulový bod, aby představovaly vlastnost jako o / p linearita modulu LVDT.

Příklad lineárního proměnného diferenciálního transformátoru

Délka zdvihu LVDT je ​​± 120 mm a generuje rozlišení 20 mV / mm. Takže 1) najděte maximální napětí o / p, 2) napětí o / p, jakmile je jádro posunuto o 110 mm od jeho nulového umístění, c) poloha jádra ze středu, jakmile je napětí o / p 2,75 V, d) najděte změnu napětí o / p, jakmile se jádro posune z posunutí + 60 mm na -60 mm.

A). Nejvyšší napětí o / p je VOUT

Pokud jeden mm pohybu generuje 20 mV, pak 120 mm pohybu

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

b). VOUT s posunem jádra 110 mm

Pokud posunutí jádra 120 mm generuje výstup 2,4 voltu, pak se vytvoří pohyb 110 mm

Vout = posunutí jádra X VMAX

Vout = 110 X 2,4 / 120 = 2,2 voltů

Posunutí napětí LVDT

c). Poloha jádra, když VOUT = 2,75 voltů

Vout = posunutí jádra X VMAX

Zdvihový objem = Vout X délka / VMax

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

d). Změna napětí z posunutí + 60 mm na -60 mm

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

Změna výstupního napětí se tedy pohybuje od +1,2 voltu do -1,2 voltu, když se jádro posune z + 60 mm na -60 mm.

Měniče posuvu jsou k dispozici v různých velikostech a různých délkách. Tyto snímače se používají k měření několika mm až 1 s, které mohou určit dlouhé tahy. Pokud jsou však LVDT schopny vypočítat lineární pohyb v přímce, pak dojde ke změně LVDT k měření úhlového pohybu známého jako RVDT (Rotary Variable Differential Transformer).

Výhody a nevýhody LVDT

Mezi výhody a nevýhody LVDT patří následující.

• Měření rozsahu posunutí LVDT je ​​velmi vysoké a pohybuje se od 1,25 mm do 250 mm.
• Výstup LVDT je ​​velmi vysoký a nevyžaduje žádné rozšíření. Má vysoký soucit, který je obvykle asi 40 V / mm.
• Když se jádro pohybuje uvnitř dutého formovače, nedochází tedy k výpadku vstupního posuvu při ztrátě třením, takže se z LVDT stává přesné zařízení.
• LVDT vykazuje malou hysterezi, a proto je opakování ve všech situacích výjimečné
• Spotřeba energie LVDT je ​​velmi nízká, přibližně 1 W, jak je hodnoceno jiným typem snímačů.
• LVDT mění lineární dislokaci na elektrické napětí, které lze snadno rozvíjet.
• LVDT reaguje na odklon od magnetických polí, a proto neustále potřebuje systém, který jim brání v unášení magnetických polí.
• Je dokázáno, že LVDT jsou výhodnější v kontrastu než jakýkoli druh indukčního měniče.
• LVDT se poškodí teplotou i vibracemi.
• Tento transformátor potřebuje velké posuny, aby získal významný diferenciální výstup
• Reagují na rozptýlené magnetické pole
• Přijímací přístroj by měl být vybrán pro práci na střídavých signálech, jinak by měl být použit demodulátor n / w, pokud je nutný stejnosměrný proud
• Omezená dynamická odezva je tam mechanicky hmotou jádra a elektricky působením napětí.

Aplikace lineárních proměnných diferenciálních transformátorů

Aplikace převodníku LVDT zahrnují zejména tam, kde se mají vypočítat dislokace, které se pohybují od dělení mm až po pouze několik cm.

• Senzor LVDT funguje jako hlavní měnič, který mění dislokaci na elektrický signál přímo.
• Tento měnič může fungovat také jako sekundární měnič.
• LVDT se používá k měření hmotnosti, síly a také tlaku
• V bankomatech pro tloušťku dolarových bankovek
• Používá se pro testování vlhkosti půdy
• Ve strojích na výrobu pilulek
• Robotický čistič
• Používá se ve zdravotnických zařízeních pro snímání mozku
• Některé z těchto snímačů se používají k výpočtu tlaku a zatížení
• LVDT se většinou používají také v průmyslových odvětvích servomechanismy .
• Další aplikace, jako jsou energetické turbíny, hydraulika, automatizace, letadla a satelity

Z výše uvedených informací konečně můžeme usoudit, že vlastnosti LVDT mají určité významné rysy a výhody, z nichž většina pochází ze základních fyzikálních principů provozu nebo z materiálů a technik použitých při jejich konstrukci. Zde je otázka, jaký je normální rozsah citlivosti LVDT?