LVDT چیست؟
ترانسفورماتور تعیین موقعیتت یا همان VLDT (Linear Variable Differential Transformer) یکی از معروف ترین سنسور های صنعتی میباشد این سنسور حرکت مستقیم جسمی را که به صورت مکانیکی را به وسیله مبدل به سینگنال های الکترونیکی (عموما 0 تا 20 میلی آمپر) تبدیل میکند.
حسگرهای موقعیت خطی LVDT به راحتی در دسترس هستند که می توانند حرکاتی به کوچکی چند میلی متر تا چندین سانتی متر را اندازه گیری کنند، اما همچنین می توانند موقعیت های تا 1/5 متر را اندازه گیری کنند.
ساختار داخلی ترانسفورماتور از یک سیم پیچ اولیه تشکیل شده است که بین یک جفت سیم پیچ ثانویه به طور متقارن در اطراف سیم پیچ اولیه قرار دارد. سیم پیچ ها روی یک شکل توخالی یک تکه از پلیمر تقویت شده شیشه ای با ثبات حرارتی پیچیده می شوند، در برابر رطوبت محصور می شوند، در یک سپر مغناطیسی با نفوذپذیری بالا پیچیده می شوند و سپس در یک محفظه استوانه ای فولاد ضد زنگ محکم می شوند.
عنصر متحرک یک LVDT یک آرمیچر لوله‌ای مجزا از مواد مغناطیسی نفوذپذیر است. این هسته نامیده می شود، که آزادانه به صورت محوری در داخل سوراخ توخالی سیم پیچ حرکت می کند و به طور مکانیکی با جسمی که موقعیت آن اندازه گیری می شود جفت می شود. این سوراخ معمولاً به اندازه کافی بزرگ است که فاصله شعاعی قابل توجهی بین هسته و سوراخ ایجاد کند، بدون تماس فیزیکی بین آن و سیم پیچ. در حین کار، سیم پیچ اولیه LVDT توسط جریان متناوب با دامنه و فرکانس مناسب که به عنوان تحریک اولیه شناخته می شود، انرژی می گیرد. سیگنال خروجی الکتریکی LVDT ولتاژ AC دیفرانسیل بین دو سیم پیچ ثانویه است که با موقعیت محوری هسته در سیم پیچ LVDT تغییر می کند.
شکل 2 نشان می دهد که وقتی هسته LVDT در موقعیت های محوری مختلف قرار دارد چه اتفاقی می افتد. سیم پیچ اولیه LVDT، P، توسط یک منبع AC با دامنه ثابت انرژی می گیرد. شار مغناطیسی ایجاد شده توسط هسته به سیم‌پیچ‌های ثانویه مجاور S1 و S2 جفت می‌شود. اگر هسته در وسط راه بین S1 و S2 قرار گیرد، شار مساوی به هر ثانویه کوپل می‌شود، بنابراین ولتاژهای E1 و E2 که به ترتیب در سیم‌پیچ‌های S1 و S2 القا می‌شوند، برابر هستند. در این موقعیت هسته مرجع در میانه راه، که به عنوان نقطه صفر شناخته می شود، خروجی ولتاژ دیفرانسیل، (E1 – E2)، اساساً صفر است. همانطور که در شکل 2 نشان داده شده است، اگر هسته به S1 نزدیکتر شود تا S2، شار بیشتری به S1 و کمتر به S2 کوپل می شود، بنابراین ولتاژ القایی E1 افزایش می یابد در حالی که E2 کاهش می یابد و در نتیجه ولتاژ دیفرانسیل ایجاد می شود (E1 – E2). ). برعکس، اگر هسته به S2 نزدیکتر شود،
شکل 3A نشان می دهد که چگونه مقدار ولتاژ خروجی دیفرانسیل، EOUT، با موقعیت هسته تغییر می کند. مقدار EOUT در حداکثر جابجایی هسته از صفر به دامنه ولتاژ تحریک اولیه و ضریب حساسیت LVDT خاص بستگی دارد، اما معمولاً چندین ولت RMS است. زاویه فاز این ولتاژ خروجی AC، EOUT، که به ولتاژ تحریک اولیه اشاره دارد، ثابت می ماند تا زمانی که مرکز هسته از نقطه صفر عبور کند، جایی که زاویه فاز به طور ناگهانی 180 درجه تغییر می کند، همانطور که در شکل 3B نشان داده شده است. این تغییر فاز 180 درجه ای را می توان برای تعیین جهت هسته از نقطه صفر با استفاده از مدار مناسب استفاده کرد. این در شکل 3C نشان داده شده است، که در آن قطبیت سیگنال خروجی نشان دهنده رابطه موقعیت هسته با نقطه صفر است.
اگرچه یک LVDT یک ترانسفورماتور الکتریکی است، اما برای عملکرد صحیح به توان AC با دامنه و فرکانس کاملاً متفاوت از خطوط برق معمولی نیاز دارد (معمولاً 3 Vrms در 3 کیلوهرتز). تامین این توان تحریک برای یک LVDT یکی از چندین عملکرد الکترونیک پشتیبانی LVDT است که گاهی اوقات به عنوان تجهیزات تهویه سیگنال LVDT نیز شناخته می شود. عملکردهای دیگر عبارتند از تبدیل خروجی ولتاژ AC سطح پایین LVDT به سیگنال های DC سطح بالا که برای استفاده راحت تر هستند، رمزگشایی اطلاعات جهت گیری از تغییر فاز خروجی 180 درجه در حالی که هسته LVDT در نقطه صفر حرکت می کند، و ارائه یک خروجی صفر قابل تنظیم الکتریکی. مرحله. انواع الکترونیک تهویه سیگنال LVDT موجود است،
چرا از LVDT استفاده کنیم؟
یکی از مهمترین ویژگی های LVDT عملکرد بدون اصطکاک آن است. در استفاده معمولی، هیچ تماس مکانیکی بین هسته و مجموعه سیم پیچ LVDT وجود ندارد، بنابراین مالش، کشیدن یا سایر منابع اصطکاک وجود ندارد. این ویژگی به ویژه در آزمایش مواد، اندازه گیری جابجایی ارتعاش و سیستم های اندازه گیری ابعادی با وضوح بالا مفید است.
خروجی مطلق
خروجی مطلق
از آنجایی که یک LVDT بر اساس اصول جفت الکترومغناطیسی در ساختاری بدون اصطکاک عمل می کند، می تواند تغییرات بی نهایت کوچک در موقعیت هسته را اندازه گیری کند. این قابلیت رزولوشن نامحدود فقط به دلیل نویز موجود در تهویه کننده سیگنال LVDT و وضوح نمایشگر خروجی محدود می شود. همین عوامل به یک LVDT تکرارپذیری فوق‌العاده‌ای می‌دهند.
وضوح بی نهایت
وضوح بی نهایت
از آنجایی که معمولاً هیچ تماسی بین هسته و ساختار سیم پیچ LVDT وجود ندارد، هیچ قسمتی نمی تواند به هم ساییده شود یا فرسوده شود. این بدان معنی است که یک LVDT دارای عمر مکانیکی نامحدود است. این عامل به ویژه در کاربردهای با قابلیت اطمینان بالا مانند هواپیماها، ماهواره ها و وسایل نقلیه فضایی و تاسیسات هسته ای اهمیت دارد. همچنین در بسیاری از سیستم های کنترل فرآیند صنعتی و اتوماسیون کارخانه بسیار مطلوب است.
عمر مکانیکی نامحدود
عمر مکانیکی نامحدود
سوراخ داخلی اکثر LVDT ها در هر دو انتها باز است. در صورت سفر غیرمنتظره، هسته قادر است به طور کامل از مجموعه سیم پیچ سنسور بدون ایجاد آسیب عبور کند. این آسیب‌ناپذیری نسبت به موقعیت اضافه بار ورودی، یک LVDT را به حسگر مناسبی برای کاربردهایی مانند کشش‌سنج‌هایی تبدیل میکند که به نمونه‌های آزمایش کششی در دستگاه‌های آزمایش مواد مخرب متصل می‌شوند.
مقاوم در برابر آسیب زیاد سفر
مقاوم در برابر آسیب زیاد سفر
یک LVDT به حرکت هسته در امتداد محور سیم پیچ پاسخ می دهد، اما به طور کلی به حرکت متقاطع هسته یا موقعیت شعاعی آن حساس نیست. بنابراین، یک LVDT معمولاً می‌تواند بدون تأثیر نامطلوب در کاربردهایی که شامل اعضای متحرک نامناسب یا شناور هستند، و در مواردی که هسته در یک خط دقیقاً مستقیم حرکت نمی‌کند، کار کند.
حساسیت تک محور
حساسیت تک محور
از آنجا که تنها تعامل بین هسته و سیم پیچ LVDT، جفت مغناطیسی است، مجموعه سیم پیچ را می توان با قرار دادن یک لوله غیر مغناطیسی بین هسته و سوراخ از هسته جدا کرد. با انجام این کار، یک سیال تحت فشار را می توان در داخل لوله قرار داد، که در آن هسته آزادانه حرکت می کند، در حالی که مجموعه سیم پیچ بدون فشار است. این ویژگی اغلب در LVDT های مورد استفاده برای بازخورد موقعیت قرقره در دریچه های هیدرولیکی و/یا سروو استفاده می شود.
کویل و هسته قابل جداسازی
کویل و هسته قابل جداسازی
مواد و تکنیک های ساخت و ساز مورد استفاده در مونتاژ یک LVDT منجر به یک حسگر ناهموار و بادوام می شود که در شرایط مختلف محیطی مقاوم است. اتصال سیم‌پیچ‌ها توسط کپسوله‌سازی اپوکسی در بدنه انجام می‌شود که در نتیجه مقاومت در برابر رطوبت و رطوبت بالا و همچنین توانایی تحمل بارهای ضربه‌ای قابل‌توجه و سطوح ارتعاش بالا در همه محورها ایجاد می‌شود. و سپر مغناطیسی داخلی با نفوذپذیری بالا اثرات میدان های AC خارجی را به حداقل می رساند. هر دو بدنه و هسته از فلزات مقاوم در برابر خوردگی ساخته شده اند و این کیس نیز به عنوان یک سپر مغناطیسی مکمل عمل می کند. و برای کاربردهایی که حسگر باید در برابر بخارات و مایعات قابل اشتعال یا خورنده مقاومت کند یا در سیال تحت فشار کار کند، مجموعه کیس و سیم پیچ را می توان با استفاده از انواع فرآیندهای جوشکاری به صورت هرمتیک آب بندی کرد.
مقاوم در برابر محیط زیست
مقاوم در برابر محیط زیست
مکان نقطه تهی ذاتی یک LVDT بسیار پایدار و قابل تکرار است، حتی در محدوده دمای عملیاتی بسیار وسیع آن. این باعث می شود که یک LVDT به عنوان یک حسگر موقعیت تهی در سیستم های کنترل حلقه بسته و ابزارهای تعادل سروو با کارایی بالا به خوبی عمل کند.
تکرار نقطه پوچ
تکرار نقطه پوچ
عدم وجود اصطکاک در طول عملیات معمولی به LVDT اجازه می دهد تا به تغییرات در موقعیت هسته بسیار سریع پاسخ دهد. پاسخ دینامیکی یک حسگر LVDT تنها توسط اثرات اینرسی جرم خفیف هسته محدود می شود. اغلب، پاسخ یک سیستم حسگر LVDT توسط ویژگی های تهویه کننده سیگنال تعیین می شود.
پاسخ سریع پویا
پاسخ سریع پویا
LVDT یک دستگاه خروجی مطلق است، برخلاف دستگاه خروجی افزایشی. این بدان معنی است که در صورت قطع برق، داده های موقعیتی که از LVDT ارسال می شود از بین نخواهد رفت. هنگامی که سیستم اندازه گیری مجدد راه اندازی می شود، مقدار خروجی LVDT مانند قبل از وقوع قطع برق خواهد بود.
خروجی مطلق
شرکت در سال 1402 موفق به دریافت تاییده دانش بنیان برای سنسور LVDT خود گشت برای مشاهده اطلاعات محصول روی لینک زیر کیلک کنید.
منبع: https://www.te.com
