Linearni varijabilni diferencijalni transformator (LVDT) i njegov rad

Izraz LVDT ili linearni varijabilni diferencijalni transformator robustan je, cjelovit pretvarač linearnog rasporeda i prirodno bez trenja. Imaju beskrajan životni ciklus kada se pravilno koristi. Budući da LVDT kontroliran izmjeničnom strujom ne uključuje bilo koja vrsta elektronike , namjeravali su raditi na vrlo niskim temperaturama, inače do 650 ° C (1200 ° F) u neosjetljivim okruženjima. Primjene LVDT-a uglavnom uključuju automatizaciju, energetske turbine, zrakoplove, hidrauliku, nuklearne reaktore, satelite i još mnogo toga. Ovi vrste pretvarača sadrže niske fizičke pojave i izvanredno ponavljanje.

LVDT mijenja linearnu dislokaciju iz mehaničkog položaja u relativni električni signal uključujući fazu i amplitudu informacija o smjeru i udaljenosti. Za rad LVDT-a nije potrebna električna veza između dijelova koji se dodiruju i zavojnice, ali kao alternativa ovisi o elektromagnetskoj spojnici.

Što je LVDT (linearni varijabilni diferencijalni transformator)?

Puni oblik LVDT je ​​'Linearni varijabilni diferencijalni transformator' je LVDT. Općenito, LVDT je ​​normalna vrsta pretvarača. Glavna je funkcija toga pretvoriti pravokutno kretanje predmeta u ekvivalentni električni signal. LVDT se koristi za izračunavanje pomaka i radi na transformator načelo.

Gornji dijagram LVDT senzora sadrži jezgru i sklop zavojnice. Ovdje jezgru štiti stvar čije se mjesto izračunava, dok je sklop zavojnice povećan na stacionarnu strukturu. Sklop zavojnice uključuje tri zavojnice namotane u žicu na šupljem obliku. Unutarnja zavojnica je glavna, koju napaja izvor izmjenične struje. Magnetski tok koji generira glavni dio pričvršćen je na dvije manje zavojnice, čineći izmjenični napon u svakoj zavojnici.

Linearni varijabilni diferencijalni transformator

Glavna prednost ovog pretvarača u usporedbi s drugim tipovima LVDT je ​​žilavost. Kako preko osjetne komponente nema materijalnog kontakta.

Budući da stroj ovisi o kombinaciji magnetskog toka, ovaj pretvarač može imati neograničenu razlučivost. Dakle, najmanji udio napretka može se primijetiti odgovarajućim alatom za kondicioniranje signala, a razlučivost pretvarača isključivo se određuje izjavom DAS-a (sustav prikupljanja podataka).

Linearna varijabilna diferencijalna konstrukcija transformatora

LVDT se sastoji od cilindričnog tvornika, koji je omeđen jednim glavnim namotom u glavčini bivšeg, a dva manja LVDT namota namotana su na površine. Količina uvijanja u oba manja namota jednaka je, ali su međusobno okrenuta poput smjera kazaljke na satu i smjera suprotno od kazaljke na satu.

Linearna varijabilna diferencijalna konstrukcija transformatora

Iz tog će razloga naponi o / p biti varijacija napona između dvije manje zavojnice. Te dvije zavojnice označene su s S1 i S2. Željezna jezgra Esteem nalazi se u sredini cilindričnog uređaja za formiranje. Napon pobude izmjeničnog napona je 5-12V, a radna frekvencija iznosi 50 do 400 HZ.

Princip rada LVDT

Princip rada linearnog varijabilnog diferencijalnog transformatora ili LVDT teorije rada je međusobna indukcija. Dislokacija je neelektrična energija u koju se mijenja električna energija . I, kako se energija mijenja, detaljno se raspravlja u radu LVDT-a.

LVDT princip rada

Rad LVDT-a

Rad sheme LVDT može se podijeliti u tri slučaja na temelju položaja željezne jezgre u izoliranom tvorniku.

• U slučaju 1: Kad se jezgra LVDT nalazi na nuli, tada će i manji tok namotaja biti jednak, pa je inducirani e.m.f sličan u namotima. Dakle, bez dislokacije, izlazna vrijednost (npr_van) je nula jer su i e1 i e2 ekvivalentni. Dakle, to ilustrira da se nije dogodila nikakva dislokacija.
• U slučaju 2: Kada se jezgra LVDT pomakne prema nuli. U ovom slučaju, tok koji uključuje manji namot S1 dodatni je za razliku od fluksa koji se povezuje sa S 2 namotom. Iz tog razloga e1 će se dodati kao onaj e2. Zbog ovog e_van(izlazni napon) je pozitivan.
• U slučaju 3: Kada se jezgra LVDT pomakne prema dolje na nulu, u ovom će se slučaju dodati količina e2 kao ona e1. Zbog ovog e_vanizlazni napon bit će negativan plus što ilustrira o / p prema dolje na lokaciji.

Koliki je izlaz LVDT?

Izlaz mjernog uređaja poput LVDT ili linearnog varijabilnog diferencijalnog transformatora je sinusni val kroz amplitudu koja je proporcionalna položaju izvan centra i 0⁰, inače 180⁰ faze na temelju smještene strane jezgre. Ovdje se ispravljanje punog vala koristi za demodulaciju signala. Najveća vrijednost isključenog motora (EOUT) događa se pri najvećem pomicanju jezgre iz srednjeg položaja. To je funkcija amplitude glavnog napona uzbude kao i faktor osjetljivosti određene vrste LVDT. Općenito, prilično je značajan na RMS-u.

Zašto koristiti LVDT?

Senzor položaja poput LVDT idealan je za nekoliko primjena. Evo popisa razloga zašto se koristi.

Mehanički život je beskonačan

Ovakvu vrstu senzora nije moguće zamijeniti ni nakon milijuna ciklusa i desetljeća.

Odvojiva jezgra i zavojnica

LVDT se koriste pumpe, ventili i sustavi razine. Jezgra LVDT može biti izložena medijima na temperaturi i visokom tlaku kad god se zavojnice i kućište mogu odvojiti kroz metal, staklenu cijev, inače rukave, itd.

Mjerenje je bez trenja

Mjerenje LVDT bez trenja je jer nema dijelova trenja, nema pogrešaka i nema otpora.

Razlučivost je beskonačna

Korištenjem LVDT-a mogu se precizno izračunati i sitni pokreti.

Ponovljivost je izvrsna

LVDT-ovi inače ne plutaju, napokon postaju bučni čak i nakon desetljeća.

Neosjetljivost na kretanje osovine u osnovi

Kvaliteta mjerenja ne može biti ugrožena ni osjetima ni cik-cak.

Ponovljivost je Nula

Od 300 ° F - 1000 ° F, ovi vam senzori uvijek pružaju pouzdanu referentnu točku

• Nepotrebno ugrađene elektronike
• Kompletni izlaz
• Prilagođavanje je moguće za bilo koju vrstu aplikacije

Različite vrste LVDT

Različite vrste LVDT uključuju sljedeće.

Zatvorena armatura LVDT

Ove vrste LVDT-a superiorne su za dugotrajne radne serije. Ovi LVDT-ovi pomoći će u sprečavanju pogrešnih rasporeda jer su usmjereni i kontrolirani sklopovima s malim otporom.

Neupravljane armature

Ove vrste LVDT-a imaju ponašanje neograničene razlučivosti, mehanizam ove vrste LVDT-a je plan nošenja koji ne kontrolira kretanje izračunatih podataka. Ovaj LVDT povezan je s uzorkom za izračunavanje, lagano se uklapajući u cilindar, uključujući tijelo linearnog pretvarača koje treba držati neovisno.

Prisilno proširene armature

Koristite unutarnje opružne mehanizme, elektromotori da se armatura neprestano kreće prema naprijed do svoje pune moguće dostignute razine. Te se armature koriste u LVDT-u za sporo pokretanje. Ovi uređaji ne trebaju nikakvu vezu između armature i uzorka.

Pretvarači linearnog promjenjivog pomicanja obično se koriste u trenutnim alatima za obradu, robotiku ili kontrolu kretanja, avioniku i automatizirane. Izbor primjenjive vrste LVDT može se izmjeriti pomoću nekih specifikacija.

Karakteristike LVDT

Karakteristike LVDT-a uglavnom se raspravljaju u tri slučaja, kao što su nulti položaj, najviši desni položaj i najviši lijevi položaj.

Nulti položaj

Postupak rada LVDT-a može se prikazati na nulom aksijalnom mjestu, inače nuli, sljedećom slikom. U tom se stanju osovina može smjestiti točno u središte namota S1 i S2. Ovdje su ti namoti sekundarni namoti, koji odgovarajuće povećavaju stvaranje ekvivalentnog toka, kao i inducirani napon na sljedećem priključku. Ovo se mjesto naziva i nulti položaj.

LVDT na null položaju

Slijed izlazne faze, kao i diferencijacija izlazne magnitude s obzirom na ulazne signale koja izvodi pomicanje i kretanje jezgre. Raspored osovine na neutralnom mjestu ili na nuli uglavnom pokazuje da su inducirani naponi na sekundarnim namotima koji su serijski povezani jednaki i obrnuto proporcionalni u odnosu na neto o / p napon.

EV1 = EV2

Eo = EV1– EV2 = 0 V

Najviši desni položaj

U ovom je slučaju najviši desni položaj prikazan na donjoj slici. Jednom kada je osovina pomaknuta u desnom bočnom smjeru, tada se preko S2 namotaja može generirati ogromna sila, s druge strane, najmanja sila može se proizvesti preko S1 namota.

LVDT zdesna

Dakle, 'E2' (inducirani napon) je znatno superiorniji od E1. Jednadžbe rezultantnih diferencijalnih napona prikazane su u nastavku.

Za EV2 = - EV1

Maksimalni lijevi položaj

Na slijedećoj slici osovina se može nagnuti više u smjeru lijeve strane, zatim se može stvoriti visoki tok preko namota S1 i napon se može inducirati preko 'E1' kada se smanji 'E2'. Jednadžba za to dana je u nastavku.

Za = EV1 - EV2

Konačni LVDT izlaz može se izračunati u smislu frekvencije, struje ili napona. Dizajn ovog kruga također se može izvesti s krugovima na bazi mikrokontrolera kao što su PIC, Arduino itd.

LVDT slijeva

LVDT specifikacije

Specifikacije LVDT uključuju sljedeće.

Linearnost

Najveća razlika od ravnog udjela između izračunate udaljenosti i o / p udaljenosti u rasponu izračuna.

• > (0,025 +% ili 0,025 -%) Puna skala
• (0,025 do 0,20 +% ili 0,025 do 0,20 -%) Puna skala
• (0,20 do 0,50 +% ili 0,20 do 0,50 -%) Puna skala
• (0,50 do 0,90 +% ili 0,50 do 0,90 -%) Puna skala
• (0,90 do +% ili 0,90 do -%) Puno mjerilo i više
• 0,90 do ±% pune skale i više

Radne temperature

Radne temperature LVDT uključuju

> -32ºF, (-32-32ºF), (32 -175ºF), (175-257ºF), 257ºF i više. Raspon temperature unutar kojeg uređaj mora točno raditi.

Područje mjerenja

Raspon mjerenja IVDT uključuje

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

Točnost

Objašnjava postotak razlike između stvarne vrijednosti količine podataka.

Izlaz

Struja, napon ili frekvencija

Sučelje

Serijski protokol poput RS232 ili paralelni protokol poput IEEE488.

Vrste LVDT

Na temelju frekvencije, trenutne ravnoteže na temelju izmjeničnog i naizmjeničnog ili istosmjernog i istosmjernog stanja

LVDT grafikon

Dijagrami LVDT grafa prikazani su u nastavku koji prikazuje varijacije u osovini kao i njihov rezultat u smislu veličine diferencijalnog izmjeničnog izlaza iz nulte točke i izlaza istosmjerne struje iz elektronike.

Najveća vrijednost pomaka osovine s mjesta jezgre uglavnom ovisi o faktoru osjetljivosti, kao i o amplitudi glavnog napona pobude. Osovina ostaje u nuli položaju sve dok referentni napon glavne pobude nije specificiran za glavni namot svitka.

Varijacije osovine LVDT

Kao što je prikazano na slici, DC o / p polaritet ili fazni pomak uglavnom definira položaj osovine za nultu točku koja predstavlja svojstvo poput o / p linearnosti modula LVDT.

Primjer linearnog varijabilnog diferencijalnog transformatora

Duljina hoda LVDT iznosi ± 120 mm i stvara razlučivost 20 mV / mm. Dakle, 1) .nađite maksimalan o / p napon, 2) o / p napon nakon što se jezgra pomakne za 110 mm sa svog nultog mjesta, c) položaj jezgre od sredine kada je o / p napon 2,75 V, d) pronađite promjenu unutar napona o / p kada se jezgra pomakne s pomaka od + 60 mm do -60 mm.

a). Najveći napon o / p je VOUT

Ako jedan mm pokreta generira 20mV, tada generira 120mm pokreta

IZLAZ = 20mV x 120mm = 0,02 x 120 = ± 2,4Volta

b). VOUT s pomakom jezgre od 110 mm

Ako pomak jezgre od 120 mm generira izlaz od 2,4 V, tada nastaje pomicanje od 110 mm

Vout = pomak jezgre X VMAX

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

Pomak napona LVDT

c). Položaj jezgre kada je VOUT = 2,75 volti

Vout = pomak jezgre X VMAX

Deplasman = Vout X duljina / VMax

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

d). Promjena napona od pomaka od + 60 mm do -60 mm

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

Tako se promjena izlaznog napona kreće od +1,2 volta do -1,2 volta kada se jezgra pomakne s + 60 mm na -60 mm.

Pretvarači za istiskivanje dostupni su u različitim veličinama s različitim duljinama. Ti se pretvarači koriste za mjerenje nekoliko milimetara do 1s koji mogu odrediti duge poteze. Međutim, kada su LVDT sposobni izračunati linearno kretanje unutar ravne crte, tada dolazi do promjene u LVDT za mjerenje kutnog kretanja poznatog kao RVDT (rotacijski promjenjivi diferencijalni transformator).

Prednosti i nedostaci LVDT-a

Prednosti i nedostaci LVDT uključuju sljedeće.

• Mjerenje područja pomaka LVDT vrlo je visoko i kreće se od 1,25 mm do -250 mm.
• Izlaz LVDT je ​​vrlo visok i ne zahtijeva nikakvo produženje. Posjeduje veliko suosjećanje koje je obično oko 40V / mm.
• Kada jezgra putuje unutar šupljeg uređaja, posljedično, ne dolazi do neuspjeha u pomicanju tijekom gubitka trenja, pa LVDT čini preciznim uređajem.
• LVDT pokazuje malu histerezu i stoga je ponavljanje iznimno u svim situacijama
• Potrošnja energije LVDT vrlo je niska, oko 1 W, kako je procijenila druga vrsta pretvarača.
• LVDT mijenja linearnu dislokaciju u električni napon koji je jednostavan za napredovanje.
• LVDT reagira na udaljavanje od magnetskih polja, stoga mu je neprestano potreban sustav koji ih čuva od zanošenja magnetskih polja.
• Postignuto je da su LVDT korisniji u usporedbi s bilo kojom vrstom induktivnog pretvarača.
• LVDT se oštećuje zbog temperature i vibracija.
• Ovaj transformator treba velike pomake da bi dobio značajan diferencijalni izlaz
• Oni reagiraju na zalutala magnetska polja
• Instrument za prijam treba odabrati za rad na izmjeničnim signalima, inače se koristi demodulator n / w ako je potreban istosmjerni signal
• Ograničeni dinamički odziv postoji mehanički kroz masu jezgre i električno kroz primijenjeni napon.

Primjene linearnih varijabilnih diferencijalnih transformatora

Primjena pretvarača LVDT uglavnom uključuje gdje se izračunavaju dislokacije koje se kreću od podjele mm do samo nekih cm.

• LVDT senzor radi kao glavni pretvarač i to mijenja dislokaciju u ravno električni signal.
• Ovaj pretvarač može raditi i kao sekundarni pretvarač.
• LVDT se koristi za mjerenje težine, sile i tlaka
• U bankomatima za debljinu novčanica u dolarima
• Koristi se za ispitivanje vlažnosti tla
• U strojevima za izradu PILUJA
• Robotska čistačica
• Koristi se u medicinskim uređajima za sondiranje mozga
• Neki od ovih pretvarača koriste se za izračunavanje tlaka i opterećenja
• LVDT-ovi se uglavnom koriste i u industriji servomehanizmi .
• Ostale primjene poput energetskih turbina, hidraulike, automatizacije, zrakoplova i satelita

Iz gornjih podataka konačno možemo zaključiti da karakteristike LVDT imaju određene značajne značajke i koristi, od kojih većina proizlazi iz temeljnih fizikalnih principa rada ili iz materijala i tehnika korištenih u njihovoj konstrukciji. Evo pitanja za vas, koji je normalni raspon osjetljivosti na LVDT?