LVDT：一種簡單而又準(zhǔn)確的位置傳感器(05-100)
線性可變差分變壓器(LVDT)已問世多年,一直是絕對位置測量普遍使用的傳感技術(shù)。該器件相對簡單、能在寬溫度范圍內(nèi)工作、具有極精細(xì)的分辨率、可靠性高、不易損壞、非常適合從微米級至幾個(gè)英寸的線性測量,缺點(diǎn)是當(dāng)行程超過±3in時(shí)就不那么經(jīng)濟(jì)實(shí)用
基本結(jié)構(gòu)
基本LVDT(見圖1)由3個(gè)中孔的軸向?qū)R的固定線圈組成,一個(gè)鐵芯可在孔膛內(nèi)自由移動。在鐵芯和孔膛之間有足夠的間隙,防止相互接觸。中心線圈是變壓器初級,由50Hz~10K Hz恒定頻率交流波形驅(qū)動。兩側(cè)次級線圈是反向串聯(lián)繞制的,因而它們的電壓是互相抵消的。
圖1 LVDT的基本結(jié)構(gòu)
圖2 (A)典型的LVDT具有園柱型外殼和獨(dú)立的鐵芯 (B)標(biāo)準(zhǔn)頭結(jié)構(gòu)LVDT具有內(nèi)置鐵芯組合件
工作原理
當(dāng)鐵芯位于中心時(shí),由于變壓作用,每個(gè)次級繞組感應(yīng)一個(gè)幅度相等的電壓,然而次級繞組是按反向串聯(lián)繞制的,兩個(gè)電壓相位相反,因此產(chǎn)生的輸出電壓在理論上為0V,零值的正確位置應(yīng)是兩個(gè)次級繞組輸出最低值時(shí)的位置。當(dāng)然,零電壓在解調(diào)后是沒有意義的。當(dāng)鐵芯移動至零位的一側(cè)時(shí),線圈上的電壓,一個(gè)增加,另一個(gè)減少,在輸出導(dǎo)線上形成一個(gè)穩(wěn)定的增長電壓,這個(gè)交流電壓經(jīng)整流或解調(diào)后產(chǎn)生一個(gè)直流輸出電壓,其幅度隨鐵芯離零位的距離而增加,而極性(正或負(fù))表示行進(jìn)的方向。例如,LVDT的量程為±1.000in,解調(diào)后能提供±1.000V直流輸出信號。那未,輸出將從正滿量程1.000in的+1V 線性地變化,降至零位的0V,然后當(dāng)?shù)竭_(dá)負(fù)滿量程時(shí)繼續(xù)下降至-1.000V。
由于鐵芯是電感性耦合至線圈的,運(yùn)動的鐵心和靜止的部件(線圈、外殼)之間不存在任何機(jī)械接觸,因而LVDT是一種非接觸式位置傳感器,這表明,它可用于不斷地運(yùn)動著的應(yīng)用,不必?fù)?dān)心它是否會磨損。當(dāng)然,要是用機(jī)械裝配來對齊線圈組件,那末總會有一些磨損,使用壽 應(yīng)根據(jù)具體裝配方法來評估(圖2)。
LVDT還是一種絕對位置傳感器,它提供相對于一個(gè)固定基準(zhǔn)的距離讀數(shù),而不是相對于前一個(gè)位置的讀數(shù)。這在高噪聲工業(yè)環(huán)境中是十分重要的,當(dāng)外部原因破壞測量數(shù)據(jù)時(shí)仍能保證正確的信號。
