Lineær variabel differenstransformator (LVDT) og dens arbejde

Udtrykket LVDT eller Linear Variable Differential Transformer er en robust, komplet lineær arrangementstransducer og naturligt friktionsfri. De har en endeløs livscyklus, når den bruges korrekt. Fordi AC-kontrolleret LVDT ikke inkluderer enhver form for elektronik , de havde til hensigt at arbejde ved meget lave temperaturer, ellers op til 650 ° C (1200 ° F) i ufølsomme omgivelser. Anvendelserne af LVDT'er omfatter hovedsagelig automatisering, el-turbiner, fly, hydraulik, atomreaktorer, satellitter og mange flere. Disse typer transducere indeholder lave fysiske fænomener og fremragende gentagelse.

LVDT ændrer en lineær forskydning fra en mekanisk position til et relativt elektrisk signal inklusive fase og amplitude af informationen om retning og afstand. Driften af ​​LVDT behøver ikke en elektrisk binding mellem de berørende dele og spolen, men afhænger som et alternativ af den elektromagnetiske kobling.

Hvad er en LVDT (Linear Variable Differential Transformer)?

Den fulde LVDT-form er 'Linear Variable Differential Transformer' er LVDT. Generelt er LVDT en normal transducertype. Hovedfunktionen ved dette er at konvertere en genstands rektangulære bevægelse til det ækvivalente elektriske signal. LVDT bruges til at beregne forskydning og arbejder videre transformeren princip.

Ovenstående LVDT-sensordiagram omfatter en kerne såvel som en spoleenhed. Her er kernen beskyttet af den ting, hvis placering beregnes, mens spiralsamlingen øges til en stationær struktur. Spoleenheden inkluderer tre trådviklede spoler på den hule form. Den indvendige spole er majoren, som får strøm fra en vekselstrømskilde. Den magnetiske flux, der genereres af hovedstrømmen, er fastgjort til de to mindre spoler, hvilket skaber en vekselstrømsspænding i hver spole.

Lineær variabel differentialtransformator

Den største fordel ved denne transducer, sammenlignet med andre LVDT-typer, er sejhed. Da der ikke er nogen materiel kontakt på tværs af sensing-komponenten.

Da maskinen er afhængig af kombinationen af ​​magnetisk flux, kan denne transducer have en ubegrænset opløsning. Så den mindste brøkdel af fremskridt kan bemærkes af et passende signalbehandlingsværktøj, og transducerens opløsning bestemmes udelukkende af erklæringen fra DAS (dataopsamlingssystem).

Lineær Variabel Differential Transformer Konstruktion

LVDT omfatter en cylindrisk form, der er afgrænset af en hovedvikling i navet på den førstnævnte, og de to mindre LVDT-viklinger er viklet på overfladerne. Mængden af ​​vendinger i begge mindre viklinger er ækvivalent, men de vendes til hinanden som med uret og mod uret.

Lineær Variabel Differential Transformer Konstruktion

Af denne grund vil o / p-spændingerne være variationen i spændinger blandt de to mindre spoler. Disse to spoler er betegnet med S1 & S2. Esteem-jernkerne er placeret midt i den cylindriske form. Excitationsspændingen på AC er 5-12V, og driftsfrekvensen er angivet med 50 til 400 HZ.

Arbejdsprincip for LVDT

Arbejdsprincippet for den lineære variable differenstransformator eller LVDT-arbejdsteori er gensidig induktion. Dislokationen er ikke-elektrisk energi, der ændres til elektrisk energi . Og hvordan energien ændres diskuteres detaljeret i arbejdet med en LVDT.

LVDT-arbejdsprincip

Arbejde med en LVDT

Arbejdet med LVDT-kredsløbsdiagrammet kan opdeles i tre tilfælde baseret på jernkernens position i den isolerede førstnævnte.

• I sag 1: Når kernen i LVDT er på nul-placeringen, vil begge mindre viklingsstrømmen være lig, så den inducerede e.m.f er ens i viklingerne. Så uden forskydning, outputværdien (e_ud) er nul, fordi både e1 og e2 er ækvivalente. Det illustrerer således, at der ikke fandt nogen forskydning sted.
• I sag 2: Når kernen i LVDT flyttes op til null-punktet. I dette tilfælde er fluxen, der involverer mindre vikling S1, yderligere i modsætning til fluxforbindelse med S2-viklingen. På grund af denne grund tilføjes e1 som e2. På grund af dette e_ud(udgangsspænding) er positiv.
• I sag 3: Når kernen i LVDT forskydes ned til null-punktet, tilføjes mængden af ​​e2 i dette tilfælde som for e1. På grund af dette e_ududgangsspændingen vil være negativ plus det illustrerer o / p ned til placeringspunktet.

Hvad er output af LVDT?

Outputtet fra måleapparatet som LVDT eller lineær variabel differenstransformator er en sinusbølge gennem amplitude, der er proportional med off-center placering og ellers 180⁰ fase baseret på den placeret side af kernen. Her bruges fuldbølge-udbedring til at demodulere signalet. Den højeste værdi af motoren ud (EOUT) sker ved den højeste kerneforskydning fra midterpositionen. Det er en amplitudefunktion af hovedsides excitationsspænding såvel som følsomhedsfaktoren for den specifikke type LVDT. Generelt er det ret betydeligt ved RMS.

Hvorfor bruge en LVDT?

En positionssensor som LVDT er ideel til flere applikationer. Her er en liste over grunde til, at den bruges.

Mekanisk liv er uendeligt

Denne type sensor kan ikke udskiftes, selv efter millioner af cyklusser og årtier.

Adskillelig kerne og spole

LVDT'er er brugte pumper, ventiler og niveausystemer. Kernen i LVDT kan udsættes for medier ved temperatur og højt tryk, når spoler og hus kan adskilles gennem et metal, glasrør ellers muffer osv.

Måling er friktionsfri

Målingen af ​​LVDT er friktionsfri, fordi der ikke er nogen friktionsdele, ingen fejl og ingen modstand.

Opløsning er uendelig

Ved at bruge LVDT'er kan de små bevægelser også beregnes nøjagtigt.

Gentagelighed er fremragende

LVDT'er flyder ikke ellers bliver de endelig støjende selv efter årtier.

Ufølsomhed over for tværaksial kernebevægelse

Målekvaliteten kan hverken kompromitteres med sensationer eller zigzags.

Gentagelighed er nul

Fra 300oF - 1000oF giver disse sensorer dig altid et pålideligt referencepunkt

• Unødvendigt med indbygget elektronik
• Komplet output
• Tilpasning er mulig for enhver form for applikation

Forskellige typer LVDT

De forskellige typer LVDT'er inkluderer følgende.

Captive Armature LVDT

Disse typer LVDT'er er overlegne til serier med lang arbejdstid. Disse LVDT'er hjælper med at forhindre forkerte arrangementer, fordi de styres og kontrolleres af enheder med lav modstand.

Ustyrede armaturer

Disse typer LVDT'er har ubegrænset opløsningsadfærd. Mekanismen for denne type LVDT er en ikke-slidplan, der ikke styrer bevægelsen af ​​beregnede data. Denne LVDT er forbundet til prøven, der skal beregnes, og passer let i cylinderen og involverer den lineære transducers krop, der skal holdes uafhængigt.

Tving udvidede armaturer

Brug interne fjedermekanismer, elektriske motorer at bevæge sig ankeret konstant frem til det fulde niveau, der er opnåeligt. Disse armaturer bruges i LVDT'er til træg bevægelsesapplikationer. Disse enheder har ikke brug for nogen forbindelse mellem armaturet og prøven.

Lineære variable forskydningstransducere bruges normalt i aktuelle bearbejdningsværktøjer, robotik eller bevægelseskontrol, flyelektronik og automatiseret. Valget af en anvendelig type LVDT kan måles ved hjælp af nogle specifikationer.

LVDT-egenskaber

Karakteristika ved LVDT diskuteres hovedsageligt i tre tilfælde som null position, højeste højre position og højeste venstre position.

Null position

Arbejdsproceduren for LVDT kan illustreres på et nul aksialt sted, ellers nul ved følgende figur. I denne tilstand kan skaftet placeres nøjagtigt i midten af ​​S1- og S2-viklinger. Her er disse viklinger sekundære viklinger, som øger genereringen af ​​ækvivalent flux såvel som induceret spænding over den næste terminal tilsvarende. Denne placering kaldes også en null position.

LVDT i Null Position

Udgangsfasesekvensen såvel som udgangsstørrelsesdifferentiering med hensyn til indgangssignaler, der får forskydning og bevægelse af kernen. Arrangementet af akslen på det neutrale sted eller ved nul indikerer hovedsageligt, at de inducerede spændinger over sekundære viklinger, der er forbundet i serie, er ækvivalente og omvendt proportionale med hensyn til netto o / p-spænding.

EV1 = EV2

Eo = EV1– EV2 = 0 V

Højeste højre position

I dette tilfælde vises den højeste højre position i nedenstående figur. Når akslen er forskudt i højre retningsretning, kan der genereres en enorm kraft over S2-vikling, på den anden side kan den minimale kraft produceres over S1-vikling.

LVDT til højre

Således er 'E2' (induceret spænding) betydeligt bedre end E1. De resulterende differentielle spændingsligninger er vist nedenfor.

For EV2 = - EV1

Maksimal venstre position

I den følgende figur kan akslen hældes mere i retning af venstre side, så kan der genereres høj flux over S1-vikling, og spænding kan induceres over 'E1', når 'E2' mindskes. Ligningen for dette er angivet nedenfor.

For = EV1 - EV2

Den endelige LVDT-output kan beregnes i form af frekvens, strøm eller spænding. Designet af dette kredsløb kan også udføres med mikrokontroller baserede kredsløb som PIC, Arduino osv.

LVDT til venstre

LVDT Specifikationer

Specifikationerne for LVDT inkluderer følgende.

Lineæritet

Den højeste forskel fra lige forhold mellem beregnet afstand og o / p afstand over beregningsområde.

• > (0,025 +% eller 0,025 -%) Fuld skala
• (0,025 til 0,20 +% eller 0,025 til 0,20 -%) Fuld skala
• (0,20 til 0,50 +% eller 0,20 til 0,50 -%) Fuld skala
• (0,50 til 0,90 +% eller 0,50 til 0,90 -%) Fuld skala
• (0,90 til +% eller 0,90 til -%) Fuld skala og op
• 0,90 til ±% fuld skala og op

Driftstemperaturer

Driftstemperaturerne for LVDT inkluderer

> -32ºF, (-32-32ºF), (32 -175ºF), (175-257ºF), 257ºF & op. Temperaturområdet inden for hvilket enheden skal fungere nøjagtigt.

Måleområde

Omfanget af IVDT-måling inkluderer

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

Nøjagtighed

Forklarer procentdelen af ​​forskellen mellem den ægte værdi af datamængden.

Produktion

Strøm, spænding eller frekvens

Interface

En seriel protokol som RS232 eller en parallel protokol som IEEE488.

LVDT-typer

Frekvensbaseret, nuværende balance AC / AC-baseret eller DC / DC-baseret.

LVDT-graf

LVDT-diagrammerne er vist nedenfor, som viser variationerne i akslen såvel som deres resultat i form af den differentielle AC-udgangs størrelse fra et nulpunkt og output af jævnstrøm fra elektronik.

Den største værdi af skaftforskydning fra kerneplaceringen afhænger hovedsageligt af følsomhedsfaktoren såvel som amplituden af ​​hoved excitationsspændingen. Akslen forbliver på nulstilling, indtil en refereret hoved excitationsspænding er specificeret til spolens hovedvikling.

LVDT akselvariationer

Som vist i figuren definerer DC o / p-polariteten eller faseforskydningen hovedsageligt akselens position for nulpunktet til at repræsentere egenskaben som o / p-lineariteten af ​​modulet til LVDT.

Eksempel på lineær variabel differenstransformator

Slaglængden på en LVDT er ± 120 mm og genererer 20 mV / mm opløsning. Så, 1). Find den maksimale o / p-spænding, 2) o / p-spændingen, når kernen er forskudt med 110 mm fra dens nulplacering, c) kernens position fra midten, når o / p-spændingen er 2,75 V, d) finde ændringen inden for o / p-spænding, når kernen er forskudt fra forskydningen på + 60 mm til -60 mm.

en). Den højeste o / p-spænding er VOUT

Hvis en mm bevægelse genererer 20mV, genererer 120mm bevægelse

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

b). VOUT med 110 mm kerneforskydning

Hvis en kerneforskydning på 120 mm genererer 2,4 volt output, producerer en bevægelse på 110 mm

Vout = forskydning af kerne X VMAX

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

Spændingsforskydningen af ​​LVDT

c). Kernens position, når VOUT = 2,75 volt

Vout = forskydning af kerne X VMAX

Forskydning = Vout X længde / VMax

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

d). Ændringen af ​​spænding fra forskydningen på + 60mm til -60mm

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

Ændringen af ​​udgangsspændingen varierer således fra +1,2 volt til -1,2 volt, når kernen skifter fra henholdsvis +60 mm til -60 mm.

Forskydningstransducere fås i forskellige størrelser med forskellige længder. Disse transducere bruges til at måle et par mms til 1s, der kan bestemme lange slag. Men når LVDT'er er i stand til at beregne lineær bevægelse inden for en lige linje, så er der en ændring i LVDT for at måle vinkelbevægelse kendt som RVDT (Rotary Variable Differential Transformer).

Fordele og ulemper ved LVDT

LVDT fordele og ulemper inkluderer følgende.

• Målingen af ​​forskydningsområdet for LVDT er meget høj og varierer fra 1,25 mm til -250 mm.
• LVDT-output er meget højt, og det kræver ingen udvidelse. Det ejer høj medfølelse, som normalt er omkring 40V / mm.
• Når kernen bevæger sig inden i en hul form, er der følgelig ingen fejl i forskydningsindgang under friktionstab, så det gør en LVDT til en præcis enhed.
• LVDT demonstrerer en lille hysterese, og gentagelse er således usædvanlig i alle situationer
• Strømforbruget til LVDT er meget lavt omkring 1W som vurderet af en anden type transducere.
• LVDT ændrer den lineære forskydning til en elektrisk spænding, som er enkel at udvikle.
• LVDT er lydhør over for at bevæge sig væk fra magnetfelter, og derfor har det konstant brug for et system for at forhindre dem i at drive magnetfelter.
• Det opnås, at LVDT'er er mere fordelagtige i modsætning til nogen form for induktiv transducer.
• LVDT bliver beskadiget af temperatur såvel som vibrationer.
• Denne transformer har brug for store forskydninger for at få signifikant differentieret output
• Disse er lydhøre over for omstrejfende magnetfelter
• Det modtagende instrument skal vælges til at arbejde på vekselstrømssignaler, ellers skal der anvendes en demodulator n / w, hvis en jævnstrøm er nødvendig
• Den begrænsede dynamiske reaktion er der mekanisk gennem kernens masse og elektrisk gennem den påførte spænding.

Lineære Variable Differential Transformer-applikationer

Anvendelserne af LVDT-transduceren inkluderer hovedsageligt hvor forskydninger, der skal beregnes, og som spænder fra en division på mm til kun nogle cms.

• LVDT-sensoren fungerer som hovedtransducer, og det ændrer forskydning til et elektrisk signal lige.
• Denne transducer kan også fungere som en sekundær transducer.
• LVDT bruges til at måle vægten, kraften og også trykket
• I pengeautomater til tykkelse på dollarsedler
• Anvendes til test af jordfugtighed
• I maskiner til fremstilling af piller
• Robotrengøringsmiddel
• Det bruges i medicinsk udstyr til hjernetestning
• Nogle af disse transducere bruges til at beregne tryk og belastning
• LVDT'er bruges mest i industrier såvel som servomekanismer .
• Andre applikationer som kraftværker, hydraulik, automatisering, fly og satellitter

Af ovenstående oplysninger kan vi endelig konkludere, at LVDT-karakteristika har visse væsentlige træk og fordele, hvoraf de fleste stammer fra grundlæggende fysiske driftsprincipper eller fra materialer og teknikker, der anvendes i deres konstruktion. Her er et spørgsmål til dig, hvad er det normale LVDT følsomhedsområde?