LVDT

　　工作原理

　　簡單地說是鐵芯可動變壓器。它由一個初級線圈，兩個次級線圈，鐵芯，線圈骨架，外殼等部件組成。初級線圈、次級線圈分布在線圈骨架上，線圈內(nèi)部有一個可自由移動的桿狀鐵芯。當鐵芯處于中間位置時，兩個次級線圈產(chǎn)生的感應電動勢相等，這樣輸出電壓為零；當鐵芯在線圈內(nèi)部移動并偏離中心位置時，兩個線圈產(chǎn)生的感應電動勢不等，有電壓輸出，其電壓大小取決于位移量的大小。為了提高傳感器的靈敏度，改善傳感器的線性度、增大傳感器的線性范圍，設計時將兩個線圈反串相接、兩個次級線圈的電壓極性相反，LVDT輸出的電壓是兩個次級線圈的電壓之差，這個輸出的電壓值與鐵芯的位移量成線性關系。

　　初級線圈、次級線圈分布在線圈骨架上，線圈內(nèi)部有一個可自由移動的桿狀鐵芯。當鐵芯處于中間位置時，兩個次級線圈產(chǎn)生的感應電動勢相等，這樣輸出電壓為零；當鐵芯在線圈內(nèi)部移動并偏離中心位置時，兩個線圈產(chǎn)生的感應電動勢不等，有電壓輸出，其電壓

　　大小取決于位移量的大小。為了提高傳感器的靈敏度，改善傳感器的線性度、增大傳感器的線性范圍，設計時將兩個線圈反串相接、兩個次級線圈的電壓極性相反，LVDT輸出的電壓是兩個次級線圈的電壓之差，這個輸出的電壓值與鐵芯的位移量成線性關系。

　　LVDT的工作電路稱為調(diào)節(jié)電路或信號調(diào)節(jié)器。一個典型的調(diào)節(jié)電路應包括穩(wěn)壓電路、正弦波發(fā)生器、解調(diào)器和一個放大器。

　　正弦波發(fā)生器應具有恒定的幅度和頻率，且不受時間和溫度的影響。正弦可用文氏電橋產(chǎn)生，或用方波、階梯波經(jīng)濾波產(chǎn)生，或用其它合適的方法產(chǎn)生。

　　解調(diào)器可以是一個簡單的二極管結構，當LVDT次級線圈的交流輸出大于1VF.S時，使用簡單二極管解調(diào)器；如果信號幅度低于此值，由于兩個二極管正向電壓的差異，會存在溫度敏感問題，但對較大的信號電壓，二極管誤差的影響并不明顯。也可以用同步解調(diào)器，在同步解調(diào)器中，兩個場效應管交替地開關，其定時與為初級供電的正弦波同步。在初級與解調(diào)器開關間所需相移量取決于LVDT指標和LVDT與信號調(diào)節(jié)器間的導線長度。

　　正弦波發(fā)生器、解調(diào)器和放大電路已組合成商品化IC，使用這些器件將極大地簡化LVDT信號調(diào)節(jié)器的設計。最常用的有Philips出品的NE5521和ADI公司的AD598/698。此外，細間距封裝的標準模擬和數(shù)字器件的出現(xiàn)，使電路設計更加簡化，并可固定在LVDT外殼的內(nèi)部。

　　LVDT的作用

　　LVDT可以用來測量物體的伸長度、震動頻率、振幅、物體厚薄程度和膨脹度等精確數(shù)據(jù)。具體還可以用在機床工具和液壓缸的定位，以及輥縫和閥門的控制等。

　　LVDT的優(yōu)勢和特點

　　LVDT 具有眾多值得稱道的優(yōu)勢和特點，應用范圍廣泛：

　?。?）無摩擦測量

　　LVDT 的可動鐵芯和線圈之間通常沒有實體接觸，也就是說LVDT是沒有摩擦的部件。它被用于可以承受輕質(zhì)鐵芯負荷，但無法承受摩擦負荷的重要測量。兩個例子，精密材料的沖擊撓度或振動測試，或纖維或其它高彈材料的拉伸或蠕變測試。

　　（2）無限的機械壽命

　　由于LVDT的線圈及其鐵芯之間沒有摩擦和接觸，因此不會產(chǎn)生任何磨損。這樣，LVDT的機械壽命，理論上是無限長的。在對材料和結構進行疲勞測試等應用中，這是極為重要的技術要求。此外，無限的機械壽命對于飛機、導彈、宇宙飛船以及重要工業(yè)設備中的高可靠性機械裝置也同樣重要的。因此LVDT在航空發(fā)動機數(shù)字控制系統(tǒng)中，廣泛用于對油門桿位置、油針位置、導葉位置、噴口位置等位移進行精確測量與控制。

　?。?）無限的分辨率

　　LVDT的無摩擦運作及其感應原理使它具備兩個顯著的特性。第一個特性是具有真正的無限分辨率。這意味著LVDT可以對鐵芯最微小的運動作出響應并生成輸出。外部電子設備的可讀性是對分辨率的唯一限制。

　?。?）零位可重復性

　　LVDT構造對稱，零位可回復。LVDT的電氣零位可重復性高，且極其穩(wěn)定。用在高損益閉環(huán)控制系統(tǒng)中，LVDT是非常出色的電氣零位指示器。它還用于復合輸出與零位的兩個自變量成比例的比率系統(tǒng)。

　　（5）軸向抑制

　　LVDT對于鐵芯的軸向運動非常敏感，徑向運動相對遲鈍。這樣，LVDT可以用于測量不是按照精準直線運動的鐵芯，例如，可把LVDT耦合至波登管的末端測量壓力。

　?。?）堅固耐用

　　制造LVDT所用的材料以及接合這些材料所用的工藝使它成為堅固耐用的傳感器。即使受到工業(yè)環(huán)境中常有的強大沖擊、巨幅振動，LVDT也能繼續(xù)發(fā)揮作用。鐵芯與線圈彼此分離，在鐵芯和線圈內(nèi)壁間插入非磁性隔離物，可以把加壓的、腐蝕性或堿性液體與線圈組隔離開。這樣，線圈組實現(xiàn)氣密封，不再需要對運動構件進行動態(tài)密封。對于加壓系統(tǒng)內(nèi)的線圈組，只需使用靜態(tài)密封即可。

　?。?）環(huán)境適應性

　　LVDT是少數(shù)幾個可以在多種惡劣環(huán)境中工作的傳感器之一。例如，密封型LVDT采用不銹鋼外殼，可以置于腐蝕性液體或氣體中。有時，LVDT被要求在極端惡劣的環(huán)境下工作。例如，在類似液氮的低溫環(huán)境中。又如，在核反應堆主安全殼內(nèi)工作的LVDT，工作溫度高至550℃，外加10Rads的輻射和/或3X10 NVT的中子通量。再如，在210bar承壓流體中工作的LVDT。LVDT設計巧妙，可以同時適應多種惡劣環(huán)境。但是，需要特別注意的是，雖然在大多數(shù)情況下，LVDT具有無限的工作壽命（理論上），置于惡劣環(huán)境下的LVDT ，工作壽命卻因環(huán)境不同的各不相同。

　?。?）輸入/輸出隔離

　　LVDT被認為是變壓器的一種，因為它的勵磁輸入（初級）和輸出（次級）是完全隔離的。LVDT無需緩沖放大器，可以認為它是一種有效的模擬信號計算元件。在高效的測量和控制回路中，它的信號線與電源地線是分離開的。

　　如上所述，LVDT具有諸多卓越的品質(zhì)。它的主要限制是，為得到線性性能，傳感器的外殼要比行程長，還有輸出信號對輸入被測量存在一定的非線性。采用專門的調(diào)節(jié)技術，可以改進行程對外殼的長度比和非線性問題，其中一個技術就是增加微控制器進行校正。LVDT具有良好的重復性，這一技術是可行的。

　　雖然LVDT已問世多年，但它仍不失為很多位置傳感問題行之有效的解決方案。堅固的結構提供高可靠性，而其性能十分適合行程小于±100mm的多數(shù)應用。

　　LVDT也可制作成旋轉器件，工作方式與線性模型相似，只是加工后的鐵芯沿曲線路徑移動，這就是接下來要介紹的RVDT。

　　RVDT（Rotary Variable Differential Transformer）是旋轉可變差動變壓器縮寫，屬于角位移傳感器。它采用與LVDT相同的差動變壓器式原理，即把機械部件的的旋轉傳遞到角位移傳感器的軸上，帶動與之相連的擾流片/鐵心，改變線圈中的感應電壓/電感量，輸出與旋轉角度成比例的電壓/電流信號。

　　RVDT非接觸設計，具有無限分辨率、使用壽命長，精度高的特點，可實現(xiàn)360°轉動測量，廣泛應用于球閥閥位、液壓泵、叉車、機器人、風機等設備的傳動和反饋控制。

　　應用領域

　　應用最普遍的2種原理LVDT以及應用：

　　直流回彈式LVDT具有優(yōu)良的性能，采用方便的單電源9-28V DC供電，產(chǎn)品的測量接觸探頭采用耐磨鍍絡硬質(zhì)工具鋼，最大測量量程為50mm，最大彈力200克，電子電路密封在304不銹鋼金屬管內(nèi)，可以在潮濕和灰塵等惡劣環(huán)境中工作，輸出信號為標準的可被計算機或PLC使用的0-5V或4-20mA輸出。

　　差動變壓器式位移傳感器（LVDT）可廣泛應用于航天航空，機械，建筑，紡織，鐵路，煤炭，冶金，塑料，化工以及科研院校等國民經(jīng)濟各行各業(yè)，用來測量伸長，振動，物體厚度，膨脹等的高技術產(chǎn)品。

　　軸徑跳動檢測
　　閥位檢測與控制
　　輥縫間隙控制
　　金屬加工檢測

　　直流拖動式LVDT具有優(yōu)良的性能，采用方便的單電源9-28V DC供電，電子電路密封在304不銹鋼金屬管內(nèi)，可以在潮濕和灰塵等惡劣環(huán)境中工作，輸出信號為標準的可被計算機或PLC使用的0-5V或4-20mA輸出。

　　機床及工具定位
　　液壓缸定位
　　輥縫間隙控制
　　閥門位置檢測與控制