Войти
Вид LVDT в разрезе. Ток проходит через первичную обмотку в точке A, вызывая генерацию индукционного тока через вторичные катушки в точке B. 
Принцип поворотно-регулируемого дифференциального трансформатора линейный регулируемый дифференциальный трансформатор (LVDT ) (также называемый линейный преобразователь переменного смещения, линейный преобразователь переменного смещения или просто дифференциальный трансформатор ) представляет собой тип электрического трансформатор используется для измерения линейного смещения (положения). Аналог этого устройства, которое используется для измерения вращательного смещения, называется вращающимся переменным дифференциальным трансформатором (RVDT ).
LVDT - это надежные, абсолютные линейные положения / перемещения преобразователи; по своей сути не имеющие трения, они имеют практически бесконечный срок службы при правильном использовании. Поскольку LVDT с питанием от переменного тока не содержат никакой электроники, они могут быть спроектированы для работы при криогенных температурах или до 1200 ° F (650 ° C), в суровых условиях и при высоких уровнях вибрации и ударов. LVDT широко используются в таких приложениях, как силовые турбины, гидравлика, автоматизация, самолет, спутники, ядерные реакторы и многие другие. Эти преобразователи имеют низкий гистерезис и отличную повторяемость.
LVDT преобразует положение или линейное смещение из механического эталона (нулевое или нулевое положение) в пропорциональный электрический сигнал, содержащий информацию о фазе (для направления) и амплитуды (для расстояния). Работа LVDT не требует электрического контакта между подвижной частью (зонд или узел сердечника) и узлом катушки, но вместо этого полагается на электромагнитную связь.
Линейный переменный дифференциальный трансформатор имеет три соленоидные катушки, расположенные встык вокруг трубки. Центральная катушка является первичной, а две внешние катушки - верхней и нижней вторичными обмотками. Цилиндрический ферромагнитный сердечник, прикрепленный к объекту, положение которого необходимо измерить, скользит по оси трубки. Переменный ток управляет первичной обмоткой и вызывает возбуждение напряжения в каждой вторичной обмотке пропорционально длине сердечника, соединенного с вторичной обмоткой. Частота обычно находится в диапазоне от 1 до 10 кГц.
По мере движения сердечника связь первичной обмотки с двумя вторичными катушками изменяется и вызывает изменение наведенных напряжений. Катушки соединены таким образом, что выходное напряжение представляет собой разницу (следовательно, «дифференциал») между верхним вторичным напряжением и нижним вторичным напряжением. Когда сердечник находится в своем центральном положении, на равном расстоянии между двумя вторичными обмотками, в двух вторичных обмотках индуцируются равные напряжения, но два сигнала отменяются, поэтому выходное напряжение теоретически равно нулю. На практике небольшие изменения в способе подключения первичной обмотки к каждой вторичной обмотке означают, что небольшое напряжение выводится, когда сердечник находится в центре.
Это небольшое остаточное напряжение возникает из-за фазового сдвига и часто называется квадратурной ошибкой.. Это является помехой для систем управления с обратной связью, поскольку может привести к колебаниям около нулевой точки, а также может быть неприемлемым в простых измерительных приложениях. Это следствие использования синхронной демодуляции с прямым вычитанием вторичных напряжений переменного тока. Современные системы, особенно те, которые связаны с безопасностью, требуют обнаружения неисправности LVDT, и нормальный метод заключается в демодуляции каждой вторичной обмотки отдельно с использованием прецизионных полуволновых или двухполупериодных выпрямителей на основе операционных усилителей и вычислении разницы путем вычитания сигналов постоянного тока.. Поскольку при постоянном напряжении возбуждения сумма двух вторичных напряжений почти постоянна на протяжении рабочего хода LVDT, ее значение остается в небольшом окне и может контролироваться таким образом, что любые внутренние отказы LVDT вызовут суммарное напряжение отклоняться от своих пределов и быстро обнаруживаться, вызывая индикацию неисправности. В этой схеме отсутствует квадратурная ошибка, и зависящее от положения разностное напряжение плавно проходит через ноль в нулевой точке.
Если в системе доступна цифровая обработка в виде микропроцессора или FPGA, то обычно устройство обработки выполняет обнаружение неисправности и возможно, логометрическая обработка для повышения точности путем деления разницы вторичных напряжений на сумму вторичных напряжений, чтобы измерение не зависело от точной амплитуды сигнала возбуждения. Если имеется достаточная мощность цифровой обработки, становится обычным использование ее для генерации синусоидального возбуждения через DAC и, возможно, также для выполнения вторичной демодуляции через мультиплексированный ADC.
, когда ядро смещенный кверху, напряжение в верхней вторичной катушке увеличивается, когда напряжение в нижней части уменьшается. Результирующее выходное напряжение увеличивается с нуля. Это напряжение находится в фазе с первичным напряжением. Когда сердечник движется в другом направлении, выходное напряжение также увеличивается от нуля, но его фаза противоположна фазе первичной обмотки. Фаза выходного напряжения определяет направление смещения (вверх или вниз), а амплитуда указывает величину смещения. синхронный детектор может определять выходное напряжение со знаком, которое относится к смещению.
LVDT разработан с длинными тонкими катушками, чтобы сделать выходное напряжение практически линейным при смещении до нескольких дюймов (нескольких сотен миллиметров) в длину.
LVDT можно использовать как датчик абсолютного положения. Даже если питание отключено, при перезапуске LVDT показывает то же измерение, и никакая информация о местоположении не теряется. Его самые большие преимущества - повторяемость и воспроизводимость после правильной настройки. Кроме того, кроме одноосного линейного движения сердечника, любые другие движения, такие как вращение сердечника вокруг оси, не повлияют на его измерения.
Поскольку скользящий сердечник не касается внутренней части трубы, он может двигаться без трения, что делает LVDT очень надежным устройством. Отсутствие каких-либо скользящих или вращающихся контактов позволяет полностью изолировать LVDT от окружающей среды.
LVDT обычно используются для обратной связи по положению в сервомеханизмах, а также для автоматизированных измерений в станках и многих других промышленных и научных приложениях.
