Linear Variable Differential Transformer (LVDT) en zijn werking

Linear Variable Differential Transformer (LVDT) en zijn werking

De term LVDT of Linear Variable Differential Transformer is een robuuste, complete transducer met lineaire opstelling en van nature wrijvingsloos. Ze hebben een eindeloze levenscyclus als ze op de juiste manier worden gebruikt. Omdat AC-gestuurde LVDT niet omvat elke vorm van elektronica , waren ze bedoeld om te werken bij zeer lage temperaturen, anders tot 650 ° C (1200 ° F) in ongevoelige omgevingen. De toepassingen van LVDT's omvatten voornamelijk automatisering, krachtturbines, vliegtuigen, hydraulica, kernreactoren, satellieten en nog veel meer. Deze soorten transducers bevatten lage fysieke verschijnselen en uitstekende herhaling.



De LVDT verandert een lineaire dislocatie van een mechanische positie in een relatief elektrisch signaal inclusief fase en amplitude van de informatie over richting en afstand. De werking van LVDT vereist geen elektrische verbinding tussen de aanrakende delen en de spoel, maar hangt als alternatief af van de elektromagnetische koppeling.


Wat is een LVDT (Linear Variable Differential Transformer)?

Het volledige LVDT-formulier is 'Lineaire variabele differentiaaltransformator' is LVDT. Over het algemeen is LVDT een normaal type transducer. De belangrijkste functie hiervan is om de rechthoekige beweging van een object om te zetten in het equivalente elektrische signaal. LVDT wordt gebruikt om verplaatsing te berekenen en werkt aan de transformator beginsel.





Het bovenstaande LVDT-sensordiagram omvat zowel een kern als een spoelsamenstel. Hier wordt de kern beschermd door het ding waarvan de locatie wordt berekend, terwijl het spoelsamenstel wordt vergroot tot een stationaire structuur. Het spoelsamenstel omvat drie draadgewonden spoelen op de holle vorm. De binnenste spoel is de hoofdspoel, die wordt bekrachtigd door een wisselstroombron. De magnetische flux die door de hoofdstroom wordt gegenereerd, is verbonden met de twee secundaire spoelen, waardoor er in elke spoel een wisselspanning ontstaat.

Lineaire variabele differentiële transformator

Lineaire variabele differentiële transformator



Het belangrijkste voordeel van deze transducer, vergeleken met andere LVDT-typen, is taaiheid. Omdat er geen materiaalcontact is tussen de sensorcomponent.

Omdat de machine afhankelijk is van de combinatie van magnetische flux, kan deze transducer een onbeperkte resolutie hebben. Dus het minimale deel van de voortgang kan worden opgemerkt door een geschikt signaalconditioneringsinstrument, en de resolutie van de transducer wordt uitsluitend bepaald door de verklaring van het DAS (data-acquisitiesysteem).


Lineaire variabele differentiële transformatorconstructie

LVDT bestaat uit een cilindrische mal, die wordt begrensd door één hoofdwikkeling in de naaf van de eerste, en de twee kleine LVDT-windingen zijn op de oppervlakken gewikkeld. Het aantal draaiingen in beide kleine windingen is equivalent, maar ze worden ten opzichte van elkaar omgekeerd zoals met de klok mee en tegen de klok in.

Lineaire variabele differentiële transformatorconstructie

Lineaire variabele differentiële transformatorconstructie

Om deze reden zijn de o / p-spanningen de variatie in spanningen tussen de twee kleine spoelen. Deze twee spoelen worden aangeduid met S1 en S2. Esteem ijzeren kern bevindt zich in het midden van de cilindrische vormer. De excitatiespanning van AC is 5-12V en de werkfrequentie wordt gegeven door 50 tot 400 HZ.

Werkingsprincipe van LVDT

Het werkingsprincipe van de lineaire variabele differentiële transformator of LVDT-werktheorie is wederzijdse inductie. De ontwrichting is niet-elektrische energie die wordt omgezet in elektrische energie ​En hoe de energie wordt veranderd, wordt in detail besproken in de werking van een LVDT.

LVDT-werkingsprincipe

LVDT-werkingsprincipe

Werken van een LVDT

De werking van het LVDT-schakelschema kan worden onderverdeeld in drie gevallen op basis van de positie van de ijzeren kern in de geïsoleerde mal.

  • In geval-1: Wanneer de kern van de LVDT zich op de nullocatie bevindt, zijn beide kleine wikkelingsfluxen gelijk, dus de geïnduceerde e.m.f is vergelijkbaar in de wikkelingen. Dus voor geen dislocatie, de outputwaarde (bijvuit) is nul omdat zowel de e1 als de e2 equivalent zijn. Het illustreert dus dat er geen ontwrichting heeft plaatsgevonden.
  • In geval 2: Wanneer de kern van de LVDT wordt verschoven naar het nulpunt. In dit geval is de flux met kleine wikkeling S1 extra in tegenstelling tot flux die verbinding maakt met de S 2-wikkeling. Om deze reden wordt e1 toegevoegd als die van e2. Hierdoor euit(uitgangsspanning) is positief.
  • In geval-3: Wanneer de kern van de LVDT naar het nulpunt wordt verschoven, wordt in dit geval de hoeveelheid e2 opgeteld als die van e1. Hierdoor euituitgangsspanning zal negatief zijn plus het illustreert de o / p naar beneden op het locatiepunt.

Wat is de output van LVDT?

De output van het meetapparaat zoals LVDT of lineaire variabele differentiële transformator is een sinusgolf door amplitude die evenredig is met een excentrische locatie & 0⁰ anders 180⁰ van fase op basis van de gelokaliseerde kant van de kern. Hier wordt dubbelfasige gelijkrichting gebruikt om het signaal te demoduleren. De hoogste waarde van de motor uit (EOUT) vindt plaats bij de hoogste kernverplaatsing vanaf de middelste positie. Het is een amplitudefunctie van de excitatiespanning aan de hoofdzijde en de gevoeligheidsfactor van het specifieke type LVDT. Over het algemeen is het behoorlijk aanzienlijk bij RMS.

Waarom een ​​LVDT gebruiken?

Een positiesensor zoals LVDT is ideaal voor verschillende toepassingen. Hier is een lijst met redenen waarom het wordt gebruikt.

Mechanische levensduur is oneindig

Dit soort sensor kan zelfs na miljoenen cycli en decennia niet worden vervangen.

Scheidbare kern en spoel

LVDT's zijn gebruikte pompen, kleppen en niveausystemen. De kern van LVDT kan worden blootgesteld aan media bij de temperatuur en hoge druk wanneer de spoelen en behuizing kunnen worden gescheiden door een metalen, glazen buis, anders hulzen, enz.

Meting is wrijvingsloos

De meting van LVDT is wrijvingsloos omdat er geen wrijvingsdelen, geen fouten en geen weerstand zijn.

Resolutie is oneindig

Door LVDT's te gebruiken, kunnen de kleine bewegingen ook precies worden berekend.

Herhaalbaarheid is uitstekend

LVDT's zweven niet, anders worden ze uiteindelijk zelfs na decennia luidruchtig.

Ongevoeligheid voor cross-axiale kernbeweging

De meetkwaliteit kan noch sensaties noch zigzaggen worden aangetast.

Herhaalbaarheid is nul

Van 300oF - 1000oF bieden deze sensoren u altijd een betrouwbaar referentiepunt

  • Onnodige elektronica aan boord
  • Volledige uitvoer
  • Aanpassing is mogelijk voor elk soort toepassing

Verschillende soorten LVDT

De verschillende soorten LVDT's omvatten de volgende.

Captive Armature LVDT

Deze typen LVDT's zijn superieur voor langdurige werkseries. Deze LVDT's helpen onjuiste opstellingen te voorkomen, omdat ze worden geleid en gecontroleerd door samenstellingen met lage weerstand.

Ongeleide armaturen

Deze typen LVDT's hebben een onbeperkt oplossingsgedrag. Het mechanisme van dit type LVDT is een slijtvast plan dat de beweging van berekende gegevens niet controleert. Deze LVDT is verbonden met het te berekenen monster en past slap in de cilinder, waarbij het lichaam van de lineaire transducer onafhankelijk wordt vastgehouden.

Forceer verlengde armaturen

Gebruik interne veermechanismen, elektrische motoren om het anker constant naar het hoogst haalbare niveau te bewegen. Deze armaturen worden gebruikt in LVDT's voor trage bewegende toepassingen. Deze apparaten hebben geen enkele verbinding nodig tussen het anker en het preparaat.

Lineaire transducers met variabele verplaatsing worden meestal gebruikt in huidige bewerkingsgereedschappen, robotica of motion control, avionica en geautomatiseerd. De keuze van een toepasbare soort LVDT kan worden gemeten aan de hand van enkele specificaties.

LVDT-kenmerken

De kenmerken van LVDT werden voornamelijk besproken in drie gevallen, zoals nulpositie, hoogste positie rechts en hoogste positie links.

Null-positie

De werkprocedure van LVDT kan worden geïllustreerd op een axiale nulplaats, anders nul door de volgende afbeelding. In deze toestand kan de as precies in het midden van S1- en S2-wikkelingen worden geplaatst. Hier zijn deze wikkelingen secundaire wikkelingen, die de opwekking van equivalente flux evenals geïnduceerde spanning over de volgende aansluiting dienovereenkomstig verhogen. Deze locatie wordt ook wel een nulpositie genoemd.

LVDT bij Null Possition

LVDT op nulpositie

De uitgangsfasevolgorde en differentiatie van de uitgangsgrootte met betrekking tot ingangssignalen die de verplaatsing en beweging van de kern afleiden. De opstelling van de as op de neutrale locatie of op de nul geeft voornamelijk aan dat de geïnduceerde spanningen over secundaire wikkelingen die in serie zijn geschakeld, equivalent en omgekeerd evenredig zijn met betrekking tot de netto o / p-spanning.

EV1 = EV2

Eo = EV1 - EV2 = 0 V

Hoogste juiste positie

In dit geval wordt de hoogste positie rechts weergegeven in de onderstaande afbeelding. Zodra de as in de richting van de rechterkant is verschoven, kan een enorme kracht worden gegenereerd over S2-wikkeling, aan de andere kant kan de minimale kracht worden geproduceerd over S1-wikkeling.

LVDT aan de rechterkant

LVDT aan de rechterkant

De ‘E2’ (geïnduceerde spanning) is dus aanzienlijk beter dan E1. De resulterende differentiële spanningsvergelijkingen worden hieronder weergegeven.

Voor EV2 = - EV1

Maximale linkerpositie

In de volgende afbeelding kan de as meer in de richting van de linkerkant worden gekanteld, waarna hoge flux kan worden gegenereerd over S1-wikkeling en spanning kan worden geïnduceerd over ‘E1’ wanneer ‘E2’ wordt verlaagd. De vergelijking hiervoor wordt hieronder gegeven.

Voor = EV1 - EV2

De uiteindelijke LVDT-output kan worden berekend in termen van frequentie, stroom of spanning. Het ontwerpen van dit circuit kan ook worden gedaan met op microcontrollers gebaseerde circuits zoals PIC, Arduino, enz.

LVDT aan de linkerkant

LVDT aan de linkerkant

LVDT-specificaties

De specificaties van LVDT omvatten het volgende.

Lineariteit

Het grootste verschil met de rechte verhouding tussen de berekende afstand en de o / p-afstand over het berekeningsbereik.

  • > (0,025 +% of 0,025 -%) Volledige schaal
  • (0,025 tot 0,20 +% of 0,025 tot 0,20 -%) Volledige schaal
  • (0,20 tot 0,50 +% of 0,20 tot 0,50 -%) Volledige schaal
  • (0,50 tot 0,90 +% of 0,50 tot 0,90 -%) Volledige schaal
  • (0,90 tot +% of 0,90 tot -%) Volledige schaal en hoger
  • 0,90 tot ±% volledige schaal en hoger

Bedrijfstemperaturen

De bedrijfstemperaturen van LVDT omvatten

> -32ºF, (-32-32ºF), (32 -175ºF), (175-257ºF), 257ºF en hoger. Het temperatuurbereik waarbinnen het apparaat nauwkeurig moet werken.

Meetbereik

Het bereik van IVDT-metingen omvat

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

Nauwkeurigheid

Verklaart het percentage van het verschil tussen de werkelijke waarde van de hoeveelheid gegevens.

Uitvoer

Stroom, spanning of frequentie

Koppel

Een serieel protocol zoals RS232, of een parallel protocol zoals IEEE488.

LVDT-typen

Frequentie gebaseerd, huidige balans AC / AC gebaseerd of DC / DC gebaseerd.

LVDT-grafiek

De LVDT-grafiekdiagrammen worden hieronder getoond die de variaties in de as laten zien, evenals hun resultaat in termen van de differentiële AC-output van een nulpunt en output van gelijkstroom van elektronica.

De maximale waarde van de asverplaatsing vanaf de kernlocatie hangt voornamelijk af van de gevoeligheidsfactor en de amplitude van de belangrijkste excitatiespanning. De as blijft in de nulpositie totdat een gerefereerde hoofdbekrachtigingsspanning wordt gespecificeerd voor de hoofdwikkeling van de spoel.

LVDT-schachtvariaties

LVDT-schachtvariaties

Zoals weergegeven in de afbeelding, bepaalt de DC o / p-polariteit of faseverschuiving voornamelijk de positie van de as voor het nulpunt om de eigenschap weer te geven, zoals de o / p-lineariteit van de module van LVDT.

Voorbeeld lineaire variabele differentiaaltransformator

De slaglengte van een LVDT is ± 120 mm en genereert een resolutie van 20 mV / mm. Dus, 1). Vind de maximale o / p-spanning, 2) de o / p-spanning zodra de kern 110 mm van de nullocatie is verschoven, c) de positie van de kern vanuit het midden zodra de o / p-spanning 2,75 V is, d) vind de verandering binnen de o / p-spanning zodra de kern is verschoven van de verplaatsing van + 60 mm naar -60 mm.

een). De hoogste o / p-spanning is VOUT

Als een mm beweging 20 mV genereert, wordt 120 mm beweging gegenereerd

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

b). VOUT met 110 mm kernverplaatsing

Als een kernverplaatsing van 120 mm een ​​output van 2,4 volt genereert, wordt een beweging van 110 mm geproduceerd

Vout = verplaatsing van kern X VMAX

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

De spanningsverplaatsing van LVDT

c). de positie van de kern wanneer VOUT = 2,75 volt

Vout = verplaatsing van kern X VMAX

Verplaatsing = Vout X lengte / VMax

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

d). De verandering van de spanning van de verplaatsing van + 60 mm naar -60 mm

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

De verandering van de uitgangsspanning varieert dus van +1,2 volt tot -1,2 volt wanneer de kern verschuift van respectievelijk + 60 mm naar -60 mm.

Verplaatsingstransducers zijn verkrijgbaar in verschillende maten met verschillende lengtes. Deze transducers worden gebruikt om enkele mms tot 1s te meten die lange slagen kunnen bepalen. Wanneer LVDT's echter in staat zijn om lineaire beweging binnen een rechte lijn te berekenen, dan is er een verandering in de LVDT om hoekbewegingen te meten, bekend als de RVDT (Rotary Variable Differential Transformer).

Voordelen en nadelen van LVDT

De voordelen en nadelen van LVDT zijn onder meer de volgende.

  • De meting van het verplaatsingsbereik van LVDT is erg hoog en varieert van 1,25 mm tot -250 mm.
  • De LVDT-output is erg hoog en vereist geen extensie. Het bezit een hoog mededogen dat normaal gesproken ongeveer 40V / mm is.
  • Wanneer de kern binnen een holle mal beweegt, is er bijgevolg geen storing van de invoer van verplaatsing tijdens wrijvingsverlies, dus het maakt een LVDT een nauwkeurig apparaat.
  • LVDT vertoont een kleine hysterese en herhaling is dus uitzonderlijk in alle situaties
  • Het stroomverbruik van de LVDT is erg laag, ongeveer 1W, zoals geëvalueerd door een ander type transducers.
  • LVDT verandert de lineaire dislocatie in een elektrische spanning die eenvoudig te vorderen is.
  • LVDT reageert op het weggaan van magnetische velden, dus het heeft constant een systeem nodig om ze te beschermen tegen magnetische velden.
  • Het is bereikt dat LVDT's gunstiger zijn in vergelijking met elke soort inductieve transducer.
  • LVDT wordt beschadigd door zowel temperatuur als trillingen.
  • Deze transformator heeft grote verplaatsingen nodig om een ​​aanzienlijke differentiële output te krijgen
  • Deze reageren op magnetische strooivelden
  • Het ontvangende instrument moet worden gekozen om op AC-signalen te werken, anders moet een demodulator n / w worden gebruikt als een dc o / p nodig is
  • De beperkte dynamische respons is er mechanisch door de massa van de kern en elektrisch door de aangelegde spanning.

Lineaire variabele differentiële transformatortoepassingen

De toepassingen van de LVDT-transducer omvatten voornamelijk waar te berekenen dislocaties die variëren van een mm-deling tot slechts enkele cms.

  • De LVDT-sensor werkt als de hoofdtransducer en dat verandert de dislocatie in een recht elektrisch signaal.
  • Deze transducer kan ook als secundaire transducer werken.
  • LVDT wordt gebruikt om het gewicht, de kracht en ook de druk te meten
  • In geldautomaten voor de dikte van de dollarbiljetten
  • Gebruikt voor bodemvochtigheidstesten
  • In machines voor het maken van PILLEN
  • Robotachtige reiniger
  • Het wordt gebruikt in medische apparaten voor het onderzoeken van de hersenen
  • Sommige van deze transducers worden gebruikt om de druk en belasting te berekenen
  • LVDT's worden meestal ook in industrieën gebruikt servomechanismen
  • Andere toepassingen zoals krachtturbines, hydraulica, automatisering, vliegtuigen en satellieten

Uit de bovenstaande informatie kunnen we tot slot concluderen dat LVDT-kenmerken bepaalde significante kenmerken en voordelen hebben, waarvan de meeste voortkomen uit fundamentele fysische werkingsprincipes of uit materialen en technieken die bij de constructie ervan worden gebruikt. Hier is een vraag voor u, wat is het normale LVDT-gevoeligheidsbereik?