Máy biến áp vi sai biến đổi tuyến tính (LVDT) và hoạt động của nó

Thuật ngữ LVDT hoặc Máy biến áp vi sai tuyến tính là một bộ chuyển đổi sắp xếp tuyến tính mạnh mẽ, hoàn chỉnh và không ma sát tự nhiên. Chúng có một vòng đời vô tận khi nó được sử dụng đúng cách. Vì LVDT được kiểm soát AC không bao gồm bất kỳ loại điện tử nào , chúng dự định làm việc ở nhiệt độ rất thấp, nếu không, lên đến 650 ° C (1200 ° F) trong môi trường không nhạy cảm. Các ứng dụng của LVDT chủ yếu bao gồm tự động hóa, tua-bin điện, máy bay, thủy lực, lò phản ứng hạt nhân, vệ tinh và nhiều ứng dụng khác. Những các loại đầu dò chứa các hiện tượng vật lý thấp và sự lặp lại vượt trội.

LVDT làm thay đổi sự lệch tuyến tính từ một vị trí cơ học thành một tín hiệu điện tương đối bao gồm pha và biên độ của thông tin về hướng và khoảng cách. Hoạt động của LVDT không cần liên kết điện giữa các bộ phận cảm ứng và cuộn dây, nhưng thay thế phụ thuộc vào khớp nối điện từ.

LVDT (Biến áp vi sai tuyến tính) là gì?

Dạng đầy đủ của LVDT là “Máy biến áp vi sai tuyến tính” là LVDT. Nói chung, LVDT là một loại đầu dò bình thường. Chức năng chính của điều này là chuyển đổi chuyển động hình chữ nhật của một vật thể thành tín hiệu điện tương đương. LVDT được sử dụng để tính toán dịch chuyển và hoạt động trên máy biến áp nguyên tắc.

Sơ đồ cảm biến LVDT ở trên bao gồm lõi cũng như cụm cuộn dây. Ở đây, lõi được bảo vệ bởi vật có vị trí đang được tính toán, trong khi cụm cuộn dây được tăng lên thành cấu trúc tĩnh. Cụm cuộn dây bao gồm ba cuộn dây quấn trên hình dạng rỗng. Cuộn dây bên trong là cuộn dây chính, được cung cấp năng lượng bởi nguồn xoay chiều. Từ thông sinh ra từ chính mắc vào hai đầu cuộn phụ tạo nên hiệu điện thế xoay chiều ở mỗi cuộn dây.

Biến áp vi sai tuyến tính

Lợi ích chính của đầu dò này, khi so sánh với các loại LVDT khác, là độ bền. Vì không có vật liệu tiếp xúc qua thành phần cảm biến.

Bởi vì máy phụ thuộc vào sự kết hợp của từ thông, bộ chuyển đổi này có thể có độ phân giải không giới hạn. Vì vậy, phần nhỏ nhất của tiến trình có thể được nhận thấy bởi một công cụ điều hòa tín hiệu thích hợp và độ phân giải của bộ chuyển đổi được xác định độc quyền bởi tuyên bố của DAS (hệ thống thu thập dữ liệu).

Cấu tạo máy biến áp vi sai biến tuyến tính

LVDT bao gồm một đầu là hình trụ, được bao quanh bởi một cuộn dây chính trong trung tâm của cái trước và hai cuộn dây LVDT phụ được quấn trên bề mặt. Số lượng vòng xoắn ở cả hai cuộn dây nhỏ là tương đương nhau, nhưng chúng được đảo ngược với nhau như chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ.

Cấu tạo máy biến áp vi sai biến tuyến tính

Vì lý do này, điện áp o / p sẽ là sự thay đổi điện áp giữa hai cuộn dây nhỏ. Hai cuộn dây này được ký hiệu là S1 & S2. Esteem lõi sắt nằm ở giữa hình trụ trước đây. Điện áp kích thích của AC là 5-12V và tần số hoạt động là 50 đến 400 HZ.

Nguyên lý làm việc của LVDT

Nguyên lý làm việc của máy biến áp vi sai tuyến tính hay lý thuyết làm việc LVDT là cảm ứng lẫn nhau. Sự lệch hướng là năng lượng không điện được biến đổi thành năng lượng điện . Và, năng lượng được thay đổi như thế nào sẽ được thảo luận chi tiết trong quá trình hoạt động của LVDT.

Nguyên tắc làm việc của LVDT

Hoạt động của một LVDT

Sự làm việc của sơ đồ mạch LVDT có thể được chia thành ba trường hợp dựa trên vị trí của lõi sắt trong cách điện trước đây.

• Trong trường hợp-1: Khi lõi của LVDT ở vị trí rỗng, thì từ thông của cả hai cuộn dây nhỏ sẽ bằng nhau, do đó e.m.f cảm ứng trong các cuộn dây tương tự nhau. Vì vậy, để không bị lệch, giá trị đầu ra (e_ngoài) bằng 0 vì cả e1 & e2 đều tương đương. Vì vậy, nó cho thấy rằng không có sự trật khớp diễn ra.
• Trong trường hợp 2: Khi lõi của LVDT được dịch chuyển lên đến điểm rỗng. Trong trường hợp này, từ thông liên quan đến cuộn dây nhỏ S1 được bổ sung tương phản với từ thông nối với cuộn dây S 2. Do đó, e1 sẽ được thêm vào như e2. Do e này_ngoài(điện áp đầu ra) là dương.
• Trong trường hợp-3: Khi lõi của LVDT được dịch chuyển xuống điểm rỗng, Trong trường hợp này, lượng e2 sẽ được thêm vào như của e1. Do e này_ngoàiđiện áp đầu ra sẽ là âm cộng với nó minh họa o / p xuống điểm vị trí.

Đầu ra của LVDT là gì?

Đầu ra của thiết bị đo như LVDT hoặc máy biến áp vi sai biến đổi tuyến tính là một sóng hình sin thông qua biên độ tỷ lệ với vị trí ngoài tâm & 0⁰ nếu không thì là 180⁰ của pha dựa trên mặt nằm của lõi. Ở đây, chỉnh lưu toàn sóng được sử dụng để giải điều chế tín hiệu. Giá trị cao nhất của động cơ ra ngoài (EOUT) xảy ra ở độ dịch chuyển lõi cao nhất từ ​​vị trí giữa. Nó là một hàm biên độ của điện áp kích thích phía chính cũng như hệ số độ nhạy của loại LVDT cụ thể. Nói chung, nó là khá đáng kể ở RMS.

Tại sao sử dụng LVDT?

Cảm biến vị trí như LVDT là lý tưởng cho một số ứng dụng. Dưới đây là danh sách các lý do tại sao nó được sử dụng.

Tuổi thọ cơ học là vô hạn

Loại cảm biến này không thể được thay thế ngay cả sau hàng triệu chu kỳ và hàng chục năm.

Lõi & cuộn riêng biệt

LVDT là máy bơm, van và hệ thống cấp đã qua sử dụng. Lõi của LVDT có thể được tiếp xúc với môi trường ở nhiệt độ và áp suất cao bất cứ khi nào cuộn dây và vỏ có thể được tách ra thông qua một ống kim loại, thủy tinh, nếu không, các ống bọc, v.v.

Phép đo không có ma sát

Phép đo LVDT là không ma sát vì không có bộ phận ma sát, không sai số và không có lực cản.

Độ phân giải là vô hạn

Bằng cách sử dụng LVDT, các chuyển động nhỏ cũng có thể được tính toán chính xác.

Khả năng lặp lại là tuyệt vời

Các LVDT không trôi nổi nếu không thì cuối cùng sẽ bị nhiễu ngay cả sau nhiều thập kỷ.

Không nhạy cảm với chuyển động lõi xuyên trục

Chất lượng đo lường không thể bị ảnh hưởng bởi cảm giác cũng như zig zag.

Độ lặp lại là Null

Từ 300oF - 1000oF, các cảm biến này luôn cung cấp cho bạn điểm tham chiếu đáng tin cậy

• Không cần thiết của điện tử trên máy bay
• Hoàn thành đầu ra
• Có thể tùy chỉnh cho bất kỳ loại ứng dụng nào

Các loại LVDT khác nhau

Các loại LVDT khác nhau bao gồm những điều sau đây.

Captive Armature LVDT

Các loại LVDT này ưu việt hơn cho các chuỗi làm việc kéo dài. Các LVDT này sẽ giúp ngăn ngừa sự sắp xếp không chính xác vì chúng được định hướng và điều khiển bởi các cụm điện trở thấp.

Trang bị không điều khiển

Các loại LVDT này có hành vi phân giải không giới hạn, cơ chế của loại LVDT này là một kế hoạch không mài mòn không kiểm soát chuyển động của dữ liệu được tính toán. LVDT này được kết nối với mẫu cần tính toán, lắp một cách mềm mại trong ống trụ, liên quan đến thân của bộ chuyển đổi tuyến tính được giữ độc lập.

Lực lượng vũ trang mở rộng

Sử dụng cơ chế lò xo bên trong, xe máy điện để di chuyển liên tục phần ứng đến mức tối đa có thể đạt được. Những lớp bọc này được sử dụng trong LVDT cho các ứng dụng chuyển động chậm chạp. Các thiết bị này không cần bất kỳ kết nối nào giữa phần ứng và mẫu thử.

Bộ chuyển đổi độ dịch chuyển biến đổi tuyến tính thường được sử dụng trong các công cụ gia công hiện tại, robot hoặc điều khiển chuyển động, điện tử hàng không và tự động. Việc lựa chọn loại LVDT áp dụng có thể được đo bằng một số thông số kỹ thuật.

Đặc điểm LVDT

Các đặc điểm của LVDT chủ yếu được thảo luận trong ba trường hợp như vị trí rỗng, vị trí cao nhất bên phải và vị trí cao nhất bên trái.

Vị trí rỗng

Quy trình làm việc của LVDT có thể được minh họa tại một vị trí trục rỗng, nếu không thì bằng không bằng hình sau. Trong điều kiện này, trục có thể được định vị chính xác tại tâm của các cuộn dây S1 và S2. Ở đây, các cuộn dây này là cuộn thứ cấp, làm tăng tương ứng tạo ra từ thông tương đương cũng như điện áp cảm ứng trên đầu nối tiếp theo. Vị trí này còn được gọi là vị trí rỗng.

LVDT ở vị trí rỗng

Trình tự pha đầu ra cũng như sự khác biệt về cường độ đầu ra đối với các tín hiệu đầu vào tạo ra sự dịch chuyển và chuyển động của lõi. Việc bố trí trục tại vị trí trung tính hoặc tại rỗng chủ yếu chỉ ra rằng các điện áp cảm ứng trên các cuộn thứ cấp được mắc nối tiếp là tương đương & tỷ lệ nghịch với điện áp o / p thuần.

EV1 = EV2

Eo = EV1– EV2 = 0 V

Vị trí bên phải cao nhất

Trong trường hợp này, vị trí cao nhất bên phải được hiển thị trong hình dưới đây. Khi trục được dịch chuyển theo hướng bên phải, thì một lực rất lớn có thể được tạo ra trên cuộn S2, mặt khác, lực tối thiểu có thể được tạo ra trên cuộn S1.

LVDT ở bên phải

Do đó, ‘E2’ (Điện áp cảm ứng) cao hơn đáng kể so với E1. Các phương trình điện áp vi phân kết quả được hiển thị bên dưới.

Đối với EV2 = - EV1

Vị trí bên trái tối đa

Trong hình sau, trục có thể nghiêng nhiều hơn theo hướng của bên trái, khi đó từ thông cao có thể được tạo ra trên cuộn S1 & điện áp có thể được tạo ra trên ‘E1’ khi giảm ‘E2’. Phương trình cho điều này được đưa ra dưới đây.

Đối với = EV1 - EV2

Đầu ra LVDT cuối cùng có thể được tính toán theo tần số, dòng điện hoặc điện áp. Việc thiết kế mạch này cũng có thể được thực hiện với các mạch dựa trên vi điều khiển như PIC, Arduino, v.v.

LVDT ở bên trái

Thông số kỹ thuật LVDT

Các thông số kỹ thuật của LVDT bao gồm những điều sau đây.

Tuyến tính

Sự khác biệt cao nhất so với tỷ lệ thẳng giữa khoảng cách tính toán và khoảng cách o / p trên phạm vi tính toán.

• > (0,025 +% hoặc 0,025 -%) Toàn quy mô
• (0,025 đến 0,20 +% hoặc 0,025 đến 0,20 -%)
• (0,20 đến 0,50 +% hoặc 0,20 đến 0,50 -%)
• (0,50 đến 0,90 +% hoặc 0,50 đến 0,90 -%)
• (0,90 đến +% hoặc 0,90 đến -%) Toàn quy mô trở lên
• 0,90 đến ±% Toàn thang đo & Lên

Nhiệt độ hoạt động

Nhiệt độ hoạt động của LVDT bao gồm

> -32ºF, (-32-32ºF), (32 -175ºF), (175-257ºF), 257ºF trở lên. Phạm vi nhiệt độ mà thiết bị phải hoạt động chính xác.

Phạm vi đo lường

Phạm vi đo lường IVDT bao gồm

0.02 ', (0.02-0.32'), (0.32 - 4.0 '), (4.0-20.0'), (± 20.0 ')

Sự chính xác

Giải thích phần trăm chênh lệch giữa giá trị thực của lượng dữ liệu.

Đầu ra

Dòng điện, điện áp hoặc tần số

Giao diện

Giao thức nối tiếp như RS232 hoặc giao thức song song như IEEE488.

Các loại LVDT

Dựa trên tần số, dựa trên cân bằng hiện tại AC / AC hoặc dựa trên DC / DC.

Đồ thị LVDT

Các sơ đồ đồ thị LVDT được hiển thị bên dưới cho thấy các biến thể trong trục cũng như kết quả của chúng về độ lớn của đầu ra AC vi sai từ điểm rỗng & đầu ra của dòng điện một chiều từ thiết bị điện tử.

Giá trị lớn nhất của độ dịch chuyển trục khỏi vị trí lõi chủ yếu phụ thuộc vào hệ số độ nhạy cũng như biên độ của điện áp kích thích chính. Trục vẫn ở vị trí rỗng cho đến khi điện áp kích thích chính tham chiếu được chỉ định cho cuộn dây chính của cuộn dây.

Các biến thể trục LVDT

Như thể hiện trong hình, phân cực o / p DC hoặc chuyển pha chủ yếu xác định vị trí của trục cho điểm null để biểu thị thuộc tính giống như tuyến tính o / p của mô-đun LVDT.

Ví dụ về máy biến áp vi sai biến tuyến tính

Chiều dài hành trình của LVDT là ± 120mm và tạo ra độ phân giải 20mV / mm. Vì vậy, 1). Tìm điện áp o / p lớn nhất, 2) điện áp o / p khi lõi được dịch chuyển 110mm từ vị trí rỗng của nó, c) vị trí của lõi từ giữa khi điện áp o / p là 2,75 V, d) tìm sự thay đổi trong điện áp o / p khi lõi được dịch chuyển từ độ dịch chuyển + 60mm đến -60mm.

a). Điện áp o / p cao nhất là VOUT

Nếu một mm chuyển động tạo ra 20mV thì 120 mm chuyển động tạo ra

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

b). VOUT với 110mm dịch chuyển lõi

Nếu dịch chuyển lõi 120mm tạo ra đầu ra 2,4 vôn, thì chuyển động 110mm tạo ra

Vout = sự dịch chuyển của lõi X VMAX

Vout = 110 X 2,4 / 120 = 2,2 vôn

Sự dịch chuyển điện áp của LVDT

c) Vị trí của lõi khi VOUT = 2,75 vôn

Vout = sự dịch chuyển của lõi X VMAX

Độ dịch chuyển = Vout X chiều dài / VMax

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

d). Sự thay đổi điện áp từ độ dịch chuyển + 60mm đến -60mm

Vchange = + 60mm - (-60mm) X 2.4V / 130 = 120 X 2.4 / 130 = 2.215

Do đó, sự thay đổi của điện áp đầu ra dao động từ +1,2 volt đến -1,2 volt khi lõi dịch chuyển tương ứng từ + 60mm đến -60mm.

Đầu dò dịch chuyển có nhiều kích cỡ với độ dài khác nhau. Các đầu dò này được sử dụng để đo một vài milimét đến 1s có thể xác định các hành trình dài. Tuy nhiên, khi LVDT có khả năng tính toán chuyển động tuyến tính trong một đường thẳng, thì sẽ có một sự thay đổi trong LVDT để đo chuyển động góc được gọi là RVDT (Máy biến áp vi sai quay).

Ưu điểm và nhược điểm của LVDT

Những ưu điểm và nhược điểm của LVDT bao gồm những điều sau đây.

• Phép đo phạm vi dịch chuyển của LVDT rất cao, và nó nằm trong khoảng từ 1,25 mm đến -250 mm.
• Đầu ra LVDT rất cao và nó không yêu cầu bất kỳ phần mở rộng nào. Nó sở hữu độ từ bi cao, thông thường khoảng 40V / mm.
• Khi lõi di chuyển bên trong phần rỗng trước đây, do đó không có sự cố của đầu vào dịch chuyển trong khi mất ma sát, vì vậy nó làm cho LVDT trở thành một thiết bị chính xác.
• LVDT cho thấy một độ trễ nhỏ và do đó lặp lại là đặc biệt trong mọi tình huống
• Mức tiêu thụ điện năng của LVDT rất thấp khoảng 1W theo đánh giá của một loại đầu dò khác.
• LVDT thay đổi độ lệch tuyến tính thành một điện áp đơn giản để tiến triển.
• LVDT đáp ứng để di chuyển khỏi từ trường, do đó nó liên tục cần một hệ thống để giữ chúng không bị trôi từ trường.
• Người ta thấy rằng LVDTs có lợi hơn so với bất kỳ loại đầu dò cảm ứng nào.
• LVDT bị hỏng do nhiệt độ cũng như rung động.
• Máy biến áp này cần dịch chuyển lớn để có đầu ra khác biệt đáng kể
• Chúng phản ứng với từ trường lạc
• Thiết bị nhận phải được chọn để hoạt động trên tín hiệu AC, nếu không cần sử dụng bộ giải điều chế n / w nếu cần thiết phải có o / p dc
• Đáp ứng động giới hạn ở đó về mặt cơ học thông qua khối lượng của lõi và điện thông qua điện áp đặt vào.

Các ứng dụng biến áp vi sai tuyến tính

Các ứng dụng của đầu dò LVDT chủ yếu bao gồm nơi tính toán sai lệch nằm trong khoảng từ độ chia mm đến chỉ vài cm.

• Cảm biến LVDT hoạt động như một bộ chuyển đổi chính và thay đổi vị trí thành tín hiệu điện thẳng.
• Bộ chuyển đổi này cũng có thể hoạt động như một bộ chuyển đổi thứ cấp.
• LVDT được sử dụng để đo trọng lượng, lực và cả áp suất
• Trong máy ATM cho độ dày hóa đơn đô la
• Được sử dụng để kiểm tra độ ẩm của đất
• Trong máy sản xuất PILLS
• Robot dọn dẹp
• Nó được sử dụng trong các thiết bị y tế để thăm dò não
• Một số đầu dò này được sử dụng để tính toán áp suất và tải
• LVDT hầu hết được sử dụng trong các ngành công nghiệp cũng như Servomechanisms .
• Các ứng dụng khác như tua-bin điện, thủy lực, tự động hóa, máy bay và vệ tinh

Từ những thông tin trên, cuối cùng chúng ta có thể kết luận rằng các đặc tính của LVDT có những tính năng và lợi ích đáng kể nhất định, hầu hết đều xuất phát từ các nguyên tắc hoạt động vật lý cơ bản hoặc từ các vật liệu và kỹ thuật được sử dụng trong xây dựng chúng. Đây là một câu hỏi dành cho bạn, phạm vi độ nhạy LVDT bình thường là bao nhiêu?