合肥市科宇傳感器
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 什么是 LVDT ? 什么是LVDT ？ LVDT 是Linear Variable Differential Transformer （線性差動(dòng)變壓器）的縮寫(xiě)，為機(jī)電轉(zhuǎn)換器的一種。LVDT 可以將一個(gè)對(duì)象之直線運(yùn)動(dòng)的機(jī)械變化量轉(zhuǎn)換成相對(duì)應(yīng)的電子信號(hào)。LVDT 線性位置傳感器（LVDT位移傳感器），可測(cè)量之位移量小至幾百萬(wàn)分之一英吋至幾英吋，但也可以測(cè)量至±20 英吋的位移量。 圖-1 圖-1 所示是一個(gè)典型LVDT位移傳感器之構(gòu)成組件。變壓器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，包含了一個(gè)置于一對(duì)且相同之次級(jí)線圈中間的初級(jí)線圈，此初級(jí)線圈和次級(jí)線圈之間具有對(duì)稱的行間。這些線圈是纏繞在一個(gè)中空之熱塑性玻璃纖維的強(qiáng)化型聚合物上，為了能夠防潮，再包上一層高透磁性的隔離物，然后密封在一個(gè)圓柱形之不銹鋼管內(nèi)。此線圈組合通常是位置傳感器的必備組件。 LVDT 的可動(dòng)組件是一個(gè)具透磁性之管狀鐵心，此鐵心可以在中空成型之線圈內(nèi)自由移動(dòng)，并和欲測(cè)量位置之對(duì)象結(jié)合在一起。線圈之孔徑是大到將鐵心置于其內(nèi)時(shí)，仍能提供有效之間隙，使得鐵心與線圈之間沒(méi)有實(shí)質(zhì)上的接觸。 在使用上，我們是將一定頻率之交流電加在初級(jí)線圈上，也就是所謂的初級(jí)激磁。LVDT 的輸出信號(hào)就是兩組次級(jí)線圈之間的交流電壓差，此電壓差會(huì)隨著鐵心在線圈內(nèi)之位置而改變。通常為了方便使用，此交流輸出電壓會(huì)再經(jīng)由電子回路的處理，轉(zhuǎn)換為高準(zhǔn)位的直流電壓或電流。 LVDT位移傳感器如何動(dòng)作? 圖-2 圖-2 說(shuō)明什么當(dāng)LVDT位移傳感器的鐵心在不同位置時(shí)，會(huì)發(fā)生什么情形。LVDT 的初級(jí)線圈（P）被2.5KHz～ 5KHz 之交流電源激磁以后，所產(chǎn)生的磁通量會(huì)經(jīng)由鐵心耦合至鄰近的次級(jí)線圈S1和S2。假如鐵心是位于S1 和S2的中間，相同的磁通量會(huì)耦合至二次側(cè)。所以，在每一個(gè)線圈所感應(yīng)出的電壓E1 和E2 也會(huì)相等。所以，當(dāng)鐵心位于中心點(diǎn)時(shí)，也就是所謂的原點(diǎn)，輸出的電壓差（E1 -E2）應(yīng)該等于零。 圖-3 圖-3 顯示輸出電壓差Eout 之大小會(huì)隨著鐵心的位置而改變。鐵心從原點(diǎn)至最大位移量之Eout 的電壓值，視初級(jí)激磁電壓大小，以及LVDT 本身之靈敏度而定，通常是幾個(gè)Vrms 。和初級(jí)激磁電壓有關(guān)之AC 輸出電壓Eout 的相位角，在鐵心位于原點(diǎn)時(shí)，是一個(gè)常數(shù)。如圖-4所示，原點(diǎn)位置之相位角的變化呈現(xiàn)陡峭地180 度。 配合適當(dāng)?shù)幕芈�，可以利用�?80度的相位移來(lái)判斷鐵心離開(kāi)原點(diǎn)之位移方向。如圖-5 所示，輸出信號(hào)的極性代表鐵心位置和原點(diǎn)之間的相對(duì)關(guān)系。此圖亦顯示出，鐵心在LVDT 的額定量測(cè)范圍內(nèi)移動(dòng)時(shí)，其輸出信號(hào)是非常的線性。若要超出額定量測(cè)之范圍來(lái)使用也可以，但是輸出信號(hào)之線性度會(huì)降低。 配合LVDT 的電子回路 雖然LVDT 是變壓器的一種，但是需要一個(gè)固定振幅及頻率的AC 電源才能正常地操作。此電源和一般所知的AC 電源不同，通常是3Vrms @2.5kHz ～ 3．0kHz 。供給LVDT 所需之激磁電源，是一般我們所知之LVDT 信號(hào)放大器所具備的功能之一。其他的功能包括將LVD T 的低準(zhǔn)位AC 輸出電壓轉(zhuǎn)換為高準(zhǔn)位的DC 信號(hào)，在使用上會(huì)比較方便。另外，當(dāng)LVDT 的鐵心通過(guò)原點(diǎn)時(shí)，利用相位檢出器可從180 度的相位移來(lái)判斷鐵心移動(dòng)的方向，以及輸出信號(hào)的零點(diǎn)準(zhǔn)位調(diào)整。圖-6 所示為右側(cè)內(nèi)含放大器之DC LVDT 的剖面圖，放大電路之模塊應(yīng)有封膠保護(hù)，但為了說(shuō)明起見(jiàn)，未顯示出來(lái)。 為什么要采用LVDT位移傳感器？ 由于LVDT位移傳感器本身操作之基本物理原理或本身結(jié)構(gòu)所采用之材料及技術(shù)，因而具備某些特性和優(yōu)點(diǎn)。 無(wú)摩擦操作 LVDT 最重要的特性之一就是無(wú)摩擦操作。在一般的操作之下，LVDT 的鐵心和線圈組件結(jié)構(gòu)之間沒(méi)有機(jī)械式的接觸，如摩擦、拖曳或其他可造成摩擦之因素。此特性在材料測(cè)試，振動(dòng)位移測(cè)量以及高分辨率尺寸測(cè)量系統(tǒng)特別有用。 分辨率無(wú)限大 因?yàn)長(zhǎng)VDT 是利用無(wú)摩擦結(jié)構(gòu)之電磁耦合原理的方式操作，所以能夠測(cè)量極微小之鐵心位置的變化量。此無(wú)限解析之能力，只受限于LVDT 信號(hào)放大器的分辨率和輸出顯示器的位數(shù)。因而，LVDT 亦具有極佳之重復(fù)性。 機(jī)械壽命無(wú)限長(zhǎng) 通常LVDT 的鐵心和線圈組件結(jié)構(gòu)之間沒(méi)有接觸，所以，沒(méi)有任何組件彼此之間會(huì)相互摩擦或磨損，此意味著LVDT 具有無(wú)機(jī)械壽命限制之特性。此特性在高信賴度要求之應(yīng)用方面，如航空器、衛(wèi)星、太空飛行器以及核能設(shè)備安裝等，特別的重要。另外，在很多工業(yè)過(guò)程控制以及工廠自動(dòng)化控制系統(tǒng)方面，對(duì)此特性也有高度的需求。 不會(huì)因?yàn)槌隽繙y(cè)范圍而受損 大部分LVDT 的內(nèi)膛兩端是沒(méi)有封閉的。若因操作不慎，超出其額定之量測(cè)行程，鐵心會(huì)完全通過(guò)傳感器的線圈組件結(jié)構(gòu)，并不會(huì)造成任何的損壞。這種不因超出位移行程而破壞之特性，使得LVDT 在材料破壞測(cè)試設(shè)備方面，如附著于測(cè)試組件以便測(cè)試其張力之張力計(jì)，是一個(gè)很理想的傳感器,參考HSTA750系列。 單軸感應(yīng) LVDT 只對(duì)鐵心沿著線圈的軸線運(yùn)動(dòng)會(huì)有反應(yīng)，而通常對(duì)于鐵心橫向交叉軸的運(yùn)動(dòng)或鐵心的徑向位置是不感應(yīng)的。所以，對(duì)于非準(zhǔn)線安裝或漂浮移動(dòng)的應(yīng)用場(chǎng)合，以及當(dāng)LVDT 的移動(dòng)并不是很精確的呈一直線時(shí)，LVDT 仍能正常的工作，而不會(huì)有任何反效果。 可分離之線圈及鐵心 因?yàn)樵贚VDT 的鐵心和線圈組件之間，只有磁耦合的交互作用，所以在鐵心和內(nèi)膛的管壁之間可以插入非磁性的管子，而將鐵心和線圈組件隔離。利用這種作法，可以將加壓之流體封裝在隔離用之管子內(nèi)，那么當(dāng)線圈組件被釋壓時(shí)，鐵心便會(huì)自由移動(dòng)。在油壓系統(tǒng)之比例閥或伺服閥，做為線軸位置回授用之LVDT，常常利用此特性，參考HSIR750系列。 耐環(huán)境特性佳 LVDT 因?yàn)樗捎弥牧弦约敖M裝結(jié)構(gòu)的技術(shù)，是一種非常堅(jiān)固耐用的傳感器，可適用于各種不同的操作環(huán)境。線圈繞組以環(huán)氧樹(shù)脂封裝之后，放入不銹鋼管內(nèi)，可達(dá)到極佳之防潮防濕的效果，而且耐振性及耐沖擊性佳。此外，由于內(nèi)部的高透磁性屏蔽，使得受外部AC 磁場(chǎng)效應(yīng)的影響降到最低。 外殼及鐵心皆是采用防腐蝕之金屬材料，而且外殼也有增強(qiáng)隔絕磁場(chǎng)的效果。在某些應(yīng)用場(chǎng)合，當(dāng)傳感器必須暴露于易燃或腐蝕性之蒸汽及液體，或加壓之流體下來(lái)操作時(shí)，可以利用各種熔接加工處理方法，將外殼和線圈組件結(jié)構(gòu)整個(gè)完全密封起來(lái)。 通常LVDT 適用的操作溫度范圍非常的寬廣，但是，若有需要，也可特別訂制而專門(mén)應(yīng)用于低溫的環(huán)境�；蛘卟捎锰厥獾牟牧�，可適用于像核子反應(yīng)爐等需要耐高溫及輻射的應(yīng)用場(chǎng)合。 零點(diǎn)重復(fù)性 LVDT 本身的零點(diǎn)位置是非常的穩(wěn)定，而且重復(fù)性高，即使超出其適用之操作溫度范圍，亦是如此。此特性使得LVDT 在閉回路控制系統(tǒng)以及高性能伺服平衡儀器方面的應(yīng)用，是一個(gè)很好的零點(diǎn)位置傳感器。 快速動(dòng)態(tài)反應(yīng) 在一般的操作情況下，此無(wú)摩擦之特性，使得LVDT 能夠很快的反應(yīng)出鐵心位置的變化量。LVDT 本身的動(dòng)態(tài)反應(yīng)，僅受限于鐵心之微小質(zhì)量的慣性效應(yīng)。通常，LVDT 感應(yīng)系統(tǒng)的反應(yīng)速度，是取決于放大器的特性。 絕對(duì)值輸出 LVDT 是一個(gè)絕對(duì)值輸出組件，不同于增量型的輸出組件。此意味著，即使電源關(guān)閉時(shí)，LVDT 送出的位置數(shù)據(jù)并不會(huì)消失。當(dāng)測(cè)量系統(tǒng)重新啟動(dòng)時(shí)，LVDT 的輸出值會(huì)和電 | |
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