使用 LVDT 傳感器測(cè)量位置和位移

文章出處：新聞動(dòng)態(tài) 責(zé)任編輯：百世精工科技發(fā)表時(shí)間：2024-09-12 10:03:36

什么是 LVDT 傳感器？

LVDT（線性可變差動(dòng)變壓器）是線性位置傳感器。它們用于測(cè)量相對(duì)較短距離內(nèi)的線性位移和位置。目前市場(chǎng)上的 LVDT 可以測(cè)量小至百萬(wàn)分之幾厘米（微英寸）的運(yùn)動(dòng)，甚至在另一個(gè)極端情況下可達(dá)約 0.7 米（約 27 英寸）。

LVDT 傳感器

LVDT 由一根包含自由移動(dòng)軸（又稱電樞）的管子組成。管的底座安裝在固定位置，桿的末端固定在物體上，該物體的位置將以線性（前后）方式移動(dòng)。

典型 LVDT 傳感器的橫截面

LVDT 傳感器如何工作？

LVDT 外殼內(nèi)部是初級(jí)線圈。線圈組件的兩側(cè)是一對(duì)次級(jí)線圈。除了物理位置之外，所有三個(gè)初級(jí)繞組都是相同的。然而，它們與對(duì)方串聯(lián)，因此，如果它們均等通電，它們的輸出加起來(lái)將為零。

請(qǐng)注意，這些內(nèi)部元件的構(gòu)造通常能夠防止潮濕和外部磁場(chǎng)的影響。

當(dāng)桿在 LVDT 磁芯內(nèi)來(lái)回移動(dòng)時(shí)，LVDT 的次級(jí)線圈如何指示桿的位置

在交流 LVDT中，初級(jí)線圈由恒定的交流電源電壓（通常為 3 kHz @ 3Vrms）供電。這會(huì)在次級(jí)線圈中產(chǎn)生磁場(chǎng)。如果桿位于管內(nèi)的死點(diǎn)，則來(lái)自 S1 和 S2 的磁通量相同并相互抵消。這稱為“空”位置。

然而，如果軸的位置靠近 S1 或 S2，則來(lái)自該線圈的能量相對(duì)于另一個(gè)線圈將增加。因此，只需減去線圈的輸出，傳感器就可以隨時(shí)告訴我們軸在管內(nèi)的位置。

當(dāng)軸被測(cè)試物品拉入或拉出管時(shí)，LVDT 輸出一個(gè)信號(hào)，表示軸從起始點(diǎn)到最大偏轉(zhuǎn)的位置。軸不接觸管內(nèi)部，幾乎無(wú)摩擦，而且 LVDT 本身不包含電子器件，因此在惡劣環(huán)境中很受歡迎。

該信號(hào)被輸出到測(cè)量系統(tǒng)內(nèi)的 LVDT 信號(hào)調(diào)節(jié)器，該信號(hào)調(diào)節(jié)器會(huì)顯示并記錄該信號(hào)以供審查和分析。

總而言之，交流 LVDT 是一種可變磁阻設(shè)備，其初級(jí)線圈產(chǎn)生磁通量，該磁通量通過(guò)移動(dòng)電樞耦合到與初級(jí)線圈串聯(lián)的次級(jí)線圈。

典型 LVDT 傳感器

LVDT 類型或機(jī)械品種

就軸/電樞結(jié)構(gòu)而言，目前有幾種基本類型可供選擇：

? 自由（非制導(dǎo)）電樞 LVDT

? 固定（引導(dǎo)）電樞 LVDT

? 強(qiáng)制或彈簧延伸電樞 LVDT

讓我們更詳細(xì)地看看其中的每一個(gè)。

自由（非引導(dǎo)）電樞 LVDT

在這種情況下，軸或電樞可以在 LVDT 體內(nèi)自由地前后滑動(dòng)。它沒(méi)有固定在其上，LVDT 本身內(nèi)部也沒(méi)有任何作用力。電樞連接到被測(cè)物體，該物體與 LVDT 主體平行移動(dòng)。

結(jié)果是幾乎無(wú)摩擦的布置，從而使傳感器具有很長(zhǎng)的使用壽命。當(dāng)然，需要適當(dāng)?shù)膶?duì)齊才能獲得最佳結(jié)果。

自由或“無(wú)導(dǎo)向”電樞非常適合短程、高速應(yīng)用（例如振動(dòng)）。當(dāng)觀察到大量循環(huán)時(shí)，它也是理想的選擇。當(dāng)被測(cè)物體與 LVDT 主體平行移動(dòng)時(shí)，效果最佳。

固定（引導(dǎo)）電樞 LVDT

在俘獲式或引導(dǎo)式 LVDT 中，電樞同時(shí)連接到主體和被測(cè)物體。電樞由限制它的低摩擦軸承組件引導(dǎo)。

這使得 LVDT 能夠處理更長(zhǎng)的測(cè)量范圍（例如，~25 毫米至 45 厘米 [~0.5 至 18 英寸]），以及被測(cè)物體橫向移動(dòng)到 LVDT 主體時(shí)的情況。在這些情況下，如果電樞不受引導(dǎo)，就會(huì)發(fā)生不對(duì)中。

固定（引導(dǎo)）電樞 LVDT 在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)測(cè)量應(yīng)用中都很有用。

短范圍（例如，最大 ±76 毫米 [±3 英寸]）的 LVDT 可以水平安裝并且不會(huì)彎曲，但是，較大的裝置在水平安裝時(shí)通常需要支撐，以確保它們不會(huì)因重力而彎曲。

強(qiáng)制或彈簧延伸電樞 LVDT

強(qiáng)制或“彈簧延伸”電樞 LVDT 具有與上述固定（引導(dǎo)）LVDT 相同的低摩擦軸承組件，但除此之外，它還使用彈簧、氣動(dòng)裝置或電機(jī)等機(jī)械返回機(jī)構(gòu)來(lái)輕輕地將電樞推出至完全偏轉(zhuǎn)。這適用于需要 LVDT 電樞與被測(cè)物體保持穩(wěn)定連接的應(yīng)用。

在這種情況下，只有 LVDT 主體是固定的，電樞端通常有一個(gè)球推壓被測(cè)物體，但不固定在其上。因此，被測(cè)物體甚至可能移至超出范圍或被不同物體替換，就像裝配線的情況一樣。彈簧延伸的電樞球會(huì)自動(dòng)伸出并等待物體返回或被替換，并在物體返回或替換時(shí)平穩(wěn)地移動(dòng)。

這些 LVDT 最適合靜態(tài)和慢速移動(dòng)的應(yīng)用。

大多數(shù) LVDT 制造商都提供部分或全部這些電樞品種的傳感器，以應(yīng)對(duì)廣泛的應(yīng)用。

目前市場(chǎng)上有各種各樣的 LVDT。有些是專為應(yīng)用和環(huán)境而設(shè)計(jì)的，例如食品和藥品的衛(wèi)生應(yīng)用、浸沒(méi)在鹽水中、極端溫度環(huán)境下、科學(xué)中的高精度應(yīng)用，甚至在加壓環(huán)境下數(shù)錢等等。它們通常由不銹鋼制成，非常適合這些應(yīng)用。

交流 LVDT 與直流 LVDT

經(jīng)典的交流 LVDT 板上沒(méi)有電子器件，需要外部載波放大器和相關(guān)信號(hào)調(diào)節(jié)才能工作。一些制造商已將這些電子器件集成到 LVDT 中。當(dāng)然，這些直流 LVDT更容易與測(cè)量系統(tǒng)連接，但也有一些限制。

由于交流 LVDT 沒(méi)有板載電子器件，因此它們可以在盡可能廣泛的溫度環(huán)境下運(yùn)行 - 從低溫一直到 650°C/1200°F。

由于缺少電子器件，交流 LVDT 也可能比直流 LVDT 小。

由于缺少電子元件，交流 LVDT 比直流 LVDT 具有更優(yōu)異的沖擊和振動(dòng)規(guī)格。

交流 LVDT 的使用壽命比直流 LVDT 更長(zhǎng)……復(fù)雜性更低意味著可靠性更高。

這并不意味著 DC LVDTS 沒(méi)有用途。在許多應(yīng)用中，更簡(jiǎn)單的接口是一個(gè)很大的優(yōu)勢(shì)，而交流 LVDT 的優(yōu)勢(shì)并不是一個(gè)因素。一方面，它們消除了對(duì)外部信號(hào)調(diào)節(jié)的需要，當(dāng)沒(méi)有合適的位置時(shí)，這有時(shí)可能是一項(xiàng)硬性要求。

它們還減少了安裝時(shí)間和復(fù)雜性。 DC LVDT 有環(huán)路供電型號(hào)，其 4-20 mA 電流輸出可以比低電平電壓輸出傳輸更遠(yuǎn)的距離。

交流 LVDT 優(yōu)點(diǎn)	直流 LVDT 優(yōu)點(diǎn)
最佳的沖擊和振動(dòng)性能	不需要外部信號(hào)調(diào)理
最寬的工作溫度范圍	輸出已預(yù)先校準(zhǔn)
提供盡可能小的外形尺寸	減少設(shè)置時(shí)間
盡可能最長(zhǎng)的使用壽命設(shè)計(jì)	4-20mA電流環(huán)輸出，可遠(yuǎn)距離傳輸