Trasformatore differenziale variabile lineare (LVDT) e suo funzionamento

Il termine LVDT o trasformatore differenziale variabile lineare è un trasduttore a disposizione lineare completo e robusto e naturalmente privo di attrito. Hanno un ciclo di vita infinito se usati correttamente. Perché LVDT controllato da CA non include qualsiasi tipo di elettronica , intendevano lavorare a temperature molto basse altrimenti fino a 650 ° C (1200 ° F) in ambienti insensibili. Le applicazioni degli LVDT includono principalmente automazione, turbine elettriche, aeromobili, idraulica, reattori nucleari, satelliti e molti altri. Questi tipi di trasduttori contenere fenomeni fisici bassi e ripetizioni eccezionali.

L'LVDT altera una dislocazione lineare da una posizione meccanica a un segnale elettrico relativo che include fase e ampiezza delle informazioni di direzione e distanza. Il funzionamento dell'LVDT non necessita di un collegamento elettrico tra le parti a contatto e la bobina, ma in alternativa dipende dall'accoppiamento elettromagnetico.

Cos'è un LVDT (Linear Variable Differential Transformer)?

La forma completa LVDT è 'Trasformatore differenziale variabile lineare' è LVDT. Generalmente, LVDT è un normale tipo di trasduttore. La funzione principale di questo è convertire il movimento rettangolare di un oggetto nel segnale elettrico equivalente. LVDT viene utilizzato per calcolare lo spostamento e funziona il trasformatore principio.

Il diagramma del sensore LVDT sopra comprende un nucleo e un gruppo bobina. Qui, il nucleo è protetto dalla cosa di cui si sta calcolando la posizione, mentre il gruppo bobina è aumentato a una struttura fissa. Il gruppo bobina include tre bobine di filo avvolto sulla forma cava. La bobina interna è la principale, che è eccitata da una sorgente CA. Il flusso magnetico generato dal principale è attaccato alle due bobine minori, creando una tensione CA in ogni bobina.

Trasformatore differenziale variabile lineare

Il vantaggio principale di questo trasduttore, rispetto ad altri tipi di LVDT, è la robustezza. Poiché non vi è alcun contatto materiale attraverso il componente di rilevamento.

Poiché la macchina dipende dalla combinazione del flusso magnetico, questo trasduttore può avere una risoluzione illimitata. Quindi la frazione minima di avanzamento può essere rilevata da un apposito strumento di condizionamento del segnale e la risoluzione del trasduttore è determinata esclusivamente dalla dichiarazione del DAS (sistema di acquisizione dati).

Trasformatore differenziale lineare variabile costruzione

LVDT comprende un formatore cilindrico, che è delimitato da un avvolgimento principale nel mozzo del primo e i due avvolgimenti LVDT minori sono avvolti sulle superfici. La quantità di torsioni in entrambi gli avvolgimenti minori è equivalente, ma sono invertite tra loro come in senso orario e in senso antiorario.

Trasformatore differenziale lineare variabile costruzione

Per questo motivo, le tensioni o / p saranno la variazione di tensioni tra le due bobine minori. Queste due bobine sono indicate con S1 e S2. Stima anima in ferro si trova al centro della ex cilindrica. La tensione di eccitazione AC è 5-12 V e la frequenza operativa è data da 50 a 400 HZ.

Principio di funzionamento di LVDT

Il principio di funzionamento del trasformatore differenziale variabile lineare o teoria di funzionamento LVDT è l'induzione reciproca. La dislocazione è energia non elettrica che viene trasformata in energia elettrica . E il modo in cui l'energia viene alterata viene discusso in dettaglio nel funzionamento di un LVDT.

Principio di funzionamento LVDT

Lavoro di un LVDT

Il funzionamento dello schema elettrico LVDT può essere suddiviso in tre casi in base alla posizione del nucleo in ferro nella matrice isolata.

• Nel caso 1: Quando il nucleo dell'LVDT si trova nella posizione nulla, il flusso di entrambi gli avvolgimenti minori sarà uguale, quindi l'e.m.f indotta è simile negli avvolgimenti. Quindi, per nessuna dislocazione, il valore di output (e_su) è zero perché sia ​​e1 che e2 sono equivalenti. Pertanto, illustra che non si è verificata alcuna dislocazione.
• Nel caso 2: Quando il nucleo dell'LVDT viene spostato fino al punto zero. In questo caso, il flusso che coinvolge l'avvolgimento minore SI è aggiuntivo rispetto al flusso che si collega con l'avvolgimento S 2. Per questo motivo, e1 verrà aggiunto a quello di e2. A causa di questo e_su(tensione di uscita) è positiva.
• Nel caso 3: Quando il nucleo dell'LVDT viene spostato verso il basso al punto nullo, in questo caso, la quantità di e2 verrà aggiunta a quella di e1. A causa di questo e_sula tensione di uscita sarà negativa più mostra l'o / p verso il basso nel punto di posizione.

Qual è l'output di LVDT?

L'uscita del dispositivo di misurazione come LVDT o trasformatore differenziale variabile lineare è un'onda sinusoidale attraverso l'ampiezza che è proporzionale alla posizione decentrata e 0⁰ altrimenti 180⁰ di fase in base al lato situato del nucleo. Qui, la rettifica a onda intera viene utilizzata per demodulare il segnale. Il valore più alto del motore fuori (EOUT) si verifica alla massima cilindrata del nucleo dalla posizione centrale. È una funzione dell'ampiezza della tensione di eccitazione del lato principale e del fattore di sensibilità del tipo specifico di LVDT. In generale, è abbastanza considerevole a RMS.

Perché usare un LVDT?

Un sensore di posizione come LVDT è ideale per diverse applicazioni. Ecco un elenco dei motivi per cui viene utilizzato.

La vita meccanica è infinita

Questo tipo di sensore non può essere sostituito anche dopo milioni di cicli e decenni.

Nucleo e bobina separabili

Gli LVDT sono pompe, valvole e sistemi di livello utilizzati. Il nucleo dell'LVDT può essere esposto a fluidi a temperatura e alta pressione ogni volta che le bobine e l'alloggiamento possono essere separati attraverso un tubo di metallo, vetro, altrimenti manicotti, ecc.

La misurazione è priva di attrito

La misurazione di LVDT è priva di attrito perché non ci sono parti di attrito, nessun errore e nessuna resistenza.

La risoluzione è infinita

Utilizzando LVDT, i piccoli movimenti possono anche essere calcolati con precisione.

La ripetibilità è eccellente

Gli LVDT non galleggiano altrimenti diventano rumorosi alla fine anche dopo decenni.

Insensibilità al movimento del nucleo trasversale

La qualità della misurazione non può essere compromessa né sensazioni né zig zag.

La ripetibilità è nulla

Da 300oF a 1000oF, questi sensori forniscono sempre un punto di riferimento affidabile

• Non è necessaria l'elettronica di bordo
• Uscita completa
• La personalizzazione è possibile per qualsiasi tipo di applicazione

Diversi tipi di LVDT

I diversi tipi di LVDT includono quanto segue.

Armatura prigioniera LVDT

Questi tipi di LVDT sono superiori per lunghe serie di lavoro. Questi LVDT aiuteranno a prevenire disposizioni errate perché sono diretti e controllati da gruppi a bassa resistenza.

Armature non guidate

Questi tipi di LVDT hanno un comportamento a risoluzione illimitata, il meccanismo di questo tipo di LVDT è un piano antiusura che non controlla il movimento dei dati calcolati. Questo LVDT è collegato al campione da calcolare, inserendosi flosciamente nel cilindro, coinvolgendo il corpo del trasduttore lineare da tenere in modo indipendente.

Forza armature estese

Utilizza meccanismi interni a molla, motori elettrici per far avanzare l'armatura costantemente al massimo livello raggiungibile. Queste armature sono impiegate negli LVDT per applicazioni in movimento lento. Questi dispositivi non necessitano di alcun collegamento tra l'armatura e il provino.

I trasduttori a spostamento variabile lineare vengono solitamente utilizzati negli attuali strumenti di lavorazione, robotica o controllo del movimento, avionica e automazione. La scelta di un tipo applicabile di LVDT può essere misurata utilizzando alcune specifiche.

Caratteristiche LVDT

Le caratteristiche dell'LVDT vengono discusse principalmente in tre casi come posizione nulla, posizione più alta a destra e posizione più alta a sinistra.

Posizione nulla

La procedura di lavoro dell'LVDT può essere illustrata in una posizione assiale nulla altrimenti zero dalla figura seguente. In questa condizione l'albero può essere posizionato esattamente al centro degli avvolgimenti S1 e S2. Qui, questi avvolgimenti sono avvolgimenti secondari, che aumentano corrispondentemente la generazione di flusso equivalente e la tensione indotta attraverso il terminale successivo. Questa posizione è anche chiamata posizione nulla.

LVDT in posizione nulla

La sequenza di fase di uscita così come la differenziazione della grandezza di uscita rispetto ai segnali di ingresso che derivano lo spostamento e il movimento del nucleo. La disposizione dell'albero nella posizione neutra o allo zero indica principalmente che le tensioni indotte attraverso gli avvolgimenti secondari che sono collegati in serie sono equivalenti e inversamente proporzionali rispetto alla tensione o / p netta.

EV1 = EV2

Eo = EV1– EV2 = 0 V

Posizione più alta a destra

In questo caso, la posizione più in alto a destra è mostrata nella figura sottostante. Una volta che l'albero è stato spostato nella direzione del lato destro, è possibile generare una forza enorme attraverso l'avvolgimento S2, d'altra parte, la forza minima può essere prodotta attraverso l'avvolgimento S1.

LVDT a destra

Pertanto, 'E2' (tensione indotta) è notevolmente superiore a E1. Le equazioni delle tensioni differenziali risultanti sono mostrate di seguito.

Per EV2 = - EV1

Posizione massima sinistra

Nella figura seguente, l'albero può essere inclinato maggiormente nella direzione del lato sinistro, quindi è possibile generare un flusso elevato attraverso l'avvolgimento S1 e la tensione può essere indotta attraverso 'E1' quando 'E2' viene diminuito. L'equazione per questo è data di seguito.

Per = EV1 - EV2

L'uscita LVDT finale può essere calcolata in termini di frequenza, corrente o tensione. La progettazione di questo circuito può essere eseguita anche con circuiti basati su microcontrollori come PIC, Arduino, ecc.

LVDT a sinistra

Specifiche LVDT

Le specifiche di LVDT includono quanto segue.

Linearità

La differenza più alta dalla proporzione lineare tra la distanza calcolata e la distanza o / p sull'intervallo di calcolo.

• > (0,025 +% o 0,025 -%) Fondo scala
• (Da 0,025 a 0,20 +% o da 0,025 a 0,20%) Fondo scala
• (Da 0,20 a 0,50 +% o da 0,20 a 0,50 -%) Fondo scala
• (Da 0,50 a 0,90 +% o da 0,50 a 0,90 -%) Fondo scala
• (Da 0,90 a +% o da 0,90 a -%) Fondo scala e superiore
• Da 0,90 a ±% fondo scala e su

Temperature di esercizio

Le temperature di esercizio di LVDT includono

> -32ºF, (-32-32ºF), (32 -175ºF), (175-257ºF), 257ºF e oltre. L'intervallo di temperatura entro il quale il dispositivo deve funzionare con precisione.

Gamma di misurazione

La gamma di misurazioni IVDT include

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

Precisione

Spiega la percentuale della differenza tra il valore reale della quantità di dati.

Produzione

Corrente, tensione o frequenza

Interfaccia

Un protocollo seriale come RS232 o un protocollo parallelo come IEEE488.

Tipi LVDT

Basato sulla frequenza, Bilanciamento corrente basato su CA / CA o basato su CC / CC.

Grafico LVDT

Di seguito sono mostrati i diagrammi grafici LVDT che mostrano le variazioni dell'albero e il loro risultato in termini di ampiezza dell'uscita CA differenziale da un punto zero e uscita di corrente continua dall'elettronica.

Il valore massimo dello spostamento dell'albero dalla posizione del nucleo dipende principalmente dal fattore di sensibilità e dall'ampiezza della tensione di eccitazione principale. L'albero rimane nella posizione nulla finché non viene specificata una tensione di eccitazione principale di riferimento per l'avvolgimento principale della bobina.

Varianti dell'albero LVDT

Come mostrato in figura, la polarità DC o / p o lo sfasamento definisce principalmente la posizione dell'albero per il punto nullo per rappresentare la proprietà come la linearità o / p del modulo di LVDT.

Esempio di trasformatore differenziale variabile lineare

La lunghezza della corsa di un LVDT è ± 120 mm e genera 20 mV / mm di risoluzione. Quindi, 1) .Trova la massima tensione o / p, 2) la tensione o / p una volta che il nucleo è spostato di 110 mm dalla sua posizione nulla, c) la posizione del nucleo dal centro una volta che la tensione o / p è 2,75 V, d) trovare la variazione all'interno della tensione o / p una volta che il nucleo è stato spostato dallo spostamento di + 60 mm a -60 mm.

un). La tensione o / p più alta è VOUT

Se un mm di movimento genera 20 mV, vengono generati 120 mm di movimento

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

b). VOUT con 110 mm di spostamento del nucleo

Se uno spostamento del nucleo di 120 mm genera un'uscita di 2,4 volt, viene prodotto un movimento di 110 mm

Vout = spostamento del nucleo X VMAX

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

Lo spostamento di tensione di LVDT

c). La posizione del nucleo quando VOUT = 2,75 volt

Vout = spostamento del nucleo X VMAX

Spostamento = Vout X lunghezza / VMax

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

d). Il cambio di tensione dallo spostamento di + 60mm a -60mm

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

Pertanto, la variazione della tensione di uscita varia da +1,2 volt a -1,2 volt quando il nucleo si sposta da + 60 mm a -60 mm rispettivamente.

I trasduttori di spostamento sono disponibili in diverse dimensioni con diverse lunghezze. Questi trasduttori vengono utilizzati per misurare da pochi mm a 1 s che possono determinare corse lunghe. Tuttavia, quando gli LVDT sono in grado di calcolare il movimento lineare all'interno di una linea retta, si verifica un cambiamento nell'LVDT per misurare il movimento angolare noto come RVDT (Rotary Variable Differential Transformer).

Vantaggi e svantaggi di LVDT

I vantaggi e gli svantaggi di LVDT includono quanto segue.

• La misura del campo di spostamento dell'LVDT è molto alta e va da 1,25 mm a -250 mm.
• L'output LVDT è molto alto e non richiede alcuna estensione. Possiede un'elevata compassione che normalmente è di circa 40 V / mm.
• Quando il nucleo viaggia all'interno di un formatore cavo, di conseguenza, non vi è alcun guasto dell'input di spostamento durante la perdita di attrito, quindi rende un LVDT un dispositivo preciso.
• LVDT mostra una piccola isteresi e quindi la ripetizione è eccezionale in tutte le situazioni
• Il consumo di energia dell'LVDT è molto basso, circa 1W, come valutato da un altro tipo di trasduttori.
• LVDT cambia la dislocazione lineare in una tensione elettrica che è semplice da progredire.
• LVDT è reattivo per allontanarsi dai campi magnetici, quindi ha costantemente bisogno di un sistema per tenerli lontani dai campi magnetici di deriva.
• Si è ottenuto che gli LVDT siano più vantaggiosi rispetto a qualsiasi tipo di trasduttore induttivo.
• LVDT viene danneggiato dalla temperatura e dalle vibrazioni.
• Questo trasformatore necessita di grandi spostamenti per ottenere una significativa uscita differenziale
• Questi rispondono ai campi magnetici vaganti
• Lo strumento ricevente dovrebbe essere scelto per funzionare su segnali AC altrimenti dovrebbe essere usato un demodulatore n / w se è necessario un dc o / p
• La risposta dinamica limitata è presente meccanicamente attraverso la massa del nucleo ed elettricamente attraverso la tensione applicata.

Applicazioni di trasformatori differenziali variabili lineari

Le applicazioni del trasduttore LVDT includono principalmente dove si devono calcolare dislocazioni che vanno da una divisione di mm a solo alcuni cm.

• Il sensore LVDT funziona come il trasduttore principale e questo cambia la dislocazione in un segnale elettrico direttamente.
• Questo trasduttore può funzionare anche come trasduttore secondario.
• LVDT viene utilizzato per misurare il peso, la forza e anche la pressione
• Negli sportelli automatici per lo spessore delle banconote in dollari
• Usato per testare l'umidità del suolo
• Nelle macchine per fare PILLOLE
• Pulitore robotico
• È utilizzato nei dispositivi medici per il sondaggio cerebrale
• Alcuni di questi trasduttori vengono utilizzati per calcolare la pressione e il carico
• Gli LVDT sono utilizzati principalmente nelle industrie e anche servomeccanismi .
• Altre applicazioni come turbine elettriche, idraulica, automazione, aeromobili e satelliti

Dalle informazioni di cui sopra, infine, possiamo concludere che le caratteristiche LVDT hanno alcune caratteristiche e vantaggi significativi, la maggior parte dei quali derivano da principi fisici fondamentali di funzionamento o da materiali e tecniche utilizzati nella loro costruzione. Ecco una domanda per te, qual è il normale intervallo di sensibilità LVDT?