Линейный переменный дифференциальный трансформатор (LVDT) — это абсолютное измерительное устройство (абсолютный энкодер), которое преобразует линейное перемещение в электрический сигнал по принципу взаимной индукции. Его конструкция и управление относительно просты, обеспечивая чрезвычайно высокое разрешение в устройстве, подходящем для широкого спектра применений и сред.

Конструкция LVDT

Основными компонентами LVDT являются трансформатор и сердечник. Трансформатор состоит из трех катушек — первичной и двух вторичных (S1 и S2) — намотанных на полую форму, которая обычно изготавливается из армированного стеклом полимера. Катушки расположены таким образом, что первичная катушка расположена между двумя вторичными катушками, которые симметричны и намотаны последовательно, но в противоположных направлениях (называемых последовательно-противоположными обмотками).

Сердечник изготовлен из магнитопроницаемого материала и свободно перемещается внутри отверстия трансформатора. Неферромагнитный стержень, или толкатель, соединен с сердечником и соединяется с измеряемым объектом.

Когда напряжение подается на первичную обмотку, результирующий поток соединяется сердечником со вторичными обмотками. Это индуцирует напряжения (часто обозначаемые E1 и E2) в каждой из вторичных обмоток. Дифференциальное напряжение во вторичных обмотках определяет пройденное расстояние, а фаза напряжения указывает направление перемещения.

Принцип действия LVDT

Последовательно противоположная обмотка вторичных катушек означает, что, когда сердечник находится в центре трансформатора (на равном расстоянии между двумя вторичными катушками), индуцированные напряжения имеют равную амплитуду, но отличаются по фазе на 180 градусов. Таким образом, индуцированные напряжения компенсируют друг друга, и выходное напряжение равно нулю. (Это часто называют нулевой точкой.)

Когда сердечник перемещается в одну сторону — например, в направлении S1 — вторичная катушка на этой стороне становится более прочно связанной с сердечником, в результате чего индуцированное напряжение (E1) этой вторичной обмотки становится выше, чем индуцированное напряжение (E2) противоположной вторичной обмотки (S2). Выходное дифференциальное напряжение (E1 – E2) определяет величину перемещения.

Индуцированное напряжение (E1) первой вторичной катушки находится в фазе с первичным напряжением, указывая направление движения. И наоборот, когда сердечник перемещается на другую сторону трансформатора, индуцированное напряжение (E2) этой вторичной катушки не совпадает по фазе с напряжением первичной обмотки, что указывает на движение в противоположном направлении.

Выходной сигнал LVDT

Выходной сигнал LVDT является прямой и линейной функцией входного сигнала во всем заданном диапазоне измерений, хотя линейность снижается по мере того, как сердечник достигает или превышает пределы своего диапазона. Однако в некоторых случаях можно использовать LVDT за пределами заданного диапазона с помощью заранее определенной таблицы или полиномиальной функции для компенсации нелинейности.

LVDT не содержит электроники, но внешняя электроника, называемая формирователем сигнала, включает в себя генератор для генерации управляющего сигнала, а также демодулятор, усилитель и фильтр нижних частот для преобразования выходного напряжения переменного тока в сигнал постоянного тока.Поскольку они основаны на взаимодействии магнитного потока, LVDT имеют практически бесконечное разрешение, ограниченное только шумом в формирователе сигнала. Аналогичным образом, повторяемость чрезвычайно высока — обычно менее 0,1 процента от диапазона измерений. Общепринятые диапазоны измерений составляют от ±0,25 мм до ±750 мм.

Электроника формирования сигнала может быть размещена внутри корпуса LVDT. Эта конфигурация обычно называется LVDT постоянного тока, поскольку на первичную катушку подается напряжение постоянного тока. Хотя встроенная электроника снижает сложность, LVDT постоянного тока обладают меньшей устойчивостью к ударам, вибрациям и перепадам температур, чем традиционные LVDT переменного тока.

Применение LVDT в промышленности

Устройства LVDT чрезвычайно надежны, поскольку между движущимся сердечником и отверстием трансформатора отсутствует физический контакт и, следовательно, трение или износ. Трансформатор обычно герметизируется эпоксидной смолой для защиты от загрязнения и влаги, а корпус может быть изготовлен из самых разнообразных материалов — от нержавеющей стали до никелевых сплавов или титана.

Типичные области применения включают устройства для испытания на растяжение и другие материалы, тензодатчики и устройства для взвешивания. LVDT также используются для измерения перемещения в гидравлических цилиндрах и приводах.

Вам так же может быть интересно:

Повторитель (сплиттер) сигнала энкодера РДПУ.465645.002 предназначен для обеспечения гальванической развязки 2500 В между входным и выходными сигналами, а так же дублирования сигнала инкрементального энкодера с напряжением питания 5 В с комплиментарным выходным сигналом типа «Line Driver» A, A\, B, B и частотой до 1 МГц.