Doğrusal Değişken Diferansiyel Trafo (LVDT) ve Çalışması

LVDT veya Doğrusal Değişken Diferansiyel Trafo terimi, sağlam, eksiksiz bir doğrusal düzenleme dönüştürücüdür ve doğal olarak sürtünmesizdir. Doğru kullanıldığında sonsuz bir yaşam döngüleri vardır. AC kontrollü LVDT içermediğinden her türlü elektronik çok düşük sıcaklıklarda, aksi takdirde duyarsız ortamlarda 650 ° C'ye (1200 ° F) kadar çalışmayı amaçladılar. LVDT'lerin uygulamaları temel olarak otomasyon, güç türbinleri, uçaklar, hidrolikler, nükleer reaktörler, uydular ve daha fazlasını içerir. Bunlar dönüştürücü türleri düşük fiziksel fenomenler ve olağanüstü tekrarlar içerir.

LVDT, mekanik bir konumdan doğrusal bir dislokasyonu, yön ve mesafe bilgilerinin fazı ve genliği dahil olmak üzere göreceli bir elektrik sinyaline dönüştürür. LVDT'nin çalışması, dokunan parçalar ile bobin arasında bir elektriksel bağa ihtiyaç duymaz, ancak alternatif olarak elektromanyetik kuplaja bağlıdır.

LVDT (Doğrusal Değişken Diferansiyel Trafo) nedir?

LVDT'nin tam formu “Doğrusal Değişken Diferansiyel Trafo” LVDT'dir. Genellikle, LVDT normal bir dönüştürücü türüdür. Bunun temel işlevi, bir nesnenin dikdörtgen hareketini eşdeğer elektrik sinyaline dönüştürmektir. LVDT, yer değiştirmeyi hesaplamak için kullanılır ve üzerinde çalışır transformatör prensip.

Yukarıdaki LVDT sensör diyagramı, bir çekirdek ve bir bobin tertibatı içerir. Burada çekirdek, yeri hesaplanan şey tarafından korunurken, bobin tertibatı sabit bir yapıya yükseltilir. Bobin tertibatı, içi boş şekil üzerinde üç adet tel sargılı bobin içerir. İç bobin, bir AC kaynağı tarafından enerjilendirilen ana bobindir. Ana tarafından üretilen manyetik akı, iki küçük bobine bağlanır ve her bobinde bir AC voltajı oluşturur.

Doğrusal Değişken Diferansiyel Trafo

Diğer LVDT türleriyle karşılaştırıldığında bu dönüştürücünün ana yararı, tokluktur. Algılama bileşeni boyunca malzeme teması olmadığı için.

Makine manyetik akı kombinasyonuna bağlı olduğundan, bu dönüştürücü sınırsız çözünürlüğe sahip olabilir. Dolayısıyla, minimum ilerleme fraksiyonu, uygun bir sinyal koşullandırma aracı ile fark edilebilir ve dönüştürücünün çözünürlüğü, yalnızca DAS (veri toplama sistemi) beyanıyla belirlenir.

Doğrusal Değişken Diferansiyel Trafo Yapısı

LVDT, birincisinin göbeğindeki bir ana sargı ile sınırlanan ve yüzeylere iki küçük LVDT sargısı sarılmış olan silindirik bir biçimlendirici içerir. Her iki küçük sarımdaki bükülme miktarı eşdeğerdir, ancak bunlar saat yönünde ve saat yönünün tersi gibi birbirlerine ters çevrilir.

Doğrusal Değişken Diferansiyel Trafo Yapısı

Bu nedenle, o / p gerilimleri, iki küçük bobin arasındaki gerilimlerdeki değişim olacaktır. Bu iki bobin S1 ve S2 ile gösterilir. Esteem demir çekirdek, silindirik şekillendiricinin ortasında bulunur. AC'nin uyarma voltajı 5-12V'dir ve çalışma frekansı 50 ila 400 HZ olarak verilir.

LVDT'nin Çalışma Prensibi

Doğrusal değişken diferansiyel transformatörün veya LVDT çalışma teorisinin çalışma prensibi karşılıklı indüksiyondur. Dislokasyon, elektriksel olmayan enerjidir. elektrik enerjisi . Ve enerjinin nasıl değiştirildiği bir LVDT'nin çalışmasında ayrıntılı olarak tartışılmıştır.

LVDT Çalışma Prensibi

Bir LVDT'nin Çalışması

LVDT devre şemasının çalışması, yalıtımlı şekillendiricideki demir çekirdeğin konumuna bağlı olarak üç duruma ayrılabilir.

• Durum-1'de: LVDT'nin çekirdeği sıfır konumunda olduğunda, her iki küçük sargı akısı eşit olacaktır, bu nedenle indüklenen emf, sargılarda benzerdir. Dolayısıyla, çıkık olmaması için çıktı değeri (e_dışarı) sıfırdır çünkü hem e1 hem de e2 eşdeğerdir. Böylelikle herhangi bir çıkık olmadığını göstermektedir.
• Durum-2'de: LVDT'nin çekirdeği sıfır noktasına kaydırıldığında. Bu durumda, küçük sargı S1'i içeren akı, S2 sargısı ile bağlanan akının aksine ilavedir. Bu nedenle e1, e2'ninki olarak eklenecektir. Bu e nedeniyle_dışarı(çıkış voltajı) pozitif.
• Durum-3'te: LVDT'nin çekirdeği sıfır noktasına kaydırıldığında, bu durumda, e2 miktarı e1'inki olarak eklenecektir. Bu e nedeniyle_dışarıçıkış voltajı negatif olacaktır, artı o / p'nin konum noktasında aşağıya doğru olduğunu gösterir.

LVDT'nin Çıktısı Nedir?

LVDT veya doğrusal değişken diferansiyel transformatör gibi ölçüm cihazının çıkışı, merkez dışı konumla orantılı olan genlik boyunca bir sinüs dalgasıdır ve çekirdeğin konumlandırılmış tarafına göre 0 phase aksi takdirde 180⁰ fazdır. Burada, sinyali demodüle etmek için tam dalga doğrultma kullanılır. En yüksek motor çıkış değeri (EOUT), orta konumdan itibaren en yüksek çekirdek yer değiştirmesinde gerçekleşir. Ana taraf uyarma voltajının genlik fonksiyonunun yanı sıra belirli LVDT tipinin hassasiyet faktörüdür. Genel olarak, RMS'de oldukça önemlidir.

Neden bir LVDT kullanıyorsunuz?

LVDT gibi bir konum sensörü, çeşitli uygulamalar için idealdir. İşte kullanılmasının nedenlerinin bir listesi.

Mekanik Yaşam Sonsuzdur

Bu tür bir sensör, milyonlarca döngü ve on yıl sonra bile değiştirilemez.

Ayrılabilir Çekirdek ve Bobin

LVDT'ler kullanılan pompalar, vanalar ve seviye sistemleridir. LVDT'nin çekirdeği, bobinler ve yuva bir metal, cam tüp, aksi takdirde kılıflar vb. İle ayrılabildiğinde, sıcaklık ve yüksek basınçta ortama maruz bırakılabilir.

Ölçüm Sürtünmesizdir

LVDT'nin ölçümü sürtünmesizdir çünkü sürtünme parçası yoktur, hata yoktur ve direnç yoktur.

Çözünürlük Sonsuzdur

LVDT'ler kullanılarak, küçük hareketler de tam olarak hesaplanabilir.

Tekrarlanabilirlik Mükemmel

LVDT'ler yüzmezler, aksi takdirde onlarca yıl sonra bile nihayet gürültü çıkarır.

Çapraz Eksenel Çekirdek Hareketine Duyarsızlık

Ölçüm kalitesinden ne duyulardan ne de zikzaklardan ödün verilebilir.

Tekrarlanabilirlik Boş

300oF - 1000oF arasında, bu sensörler size her zaman güvenilir bir referans noktası sağlar

• Yerleşik Elektronik Cihazların Gereksizliği
• Tam Çıktı
• Her Türlü Uygulama için Özelleştirme Mümkündür

Farklı LVDT Türleri

Farklı LVDT türleri aşağıdakileri içerir.

Sabit Armatür LVDT

Bu tip LVDT'ler, uzun çalışma serileri için üstündür. Bu LVDT'ler, düşük dirençli düzenekler tarafından yönlendirildikleri ve kontrol edildikleri için yanlış düzenlemeleri önlemeye yardımcı olacaktır.

Kılavuzsuz Armatürler

Bu tür LVDT'lerin sınırsız çözünürlük davranışı vardır, bu tür LVDT'nin mekanizması, hesaplanan verilerin hareketini kontrol etmeyen aşınmasız bir plandır. Bu LVDT, doğrusal dönüştürücünün gövdesinin bağımsız olarak tutulmasını içeren, silindire gevşek bir şekilde uyan, hesaplanacak numuneye bağlanır.

Genişletilmiş Armatürleri Zorla

İç yay mekanizmalarından yararlanın, elektrik motorları armatürü sürekli olarak ulaşılabilecek en üst seviyeye taşımak. Bu armatürler, ağır hareket eden uygulamalar için LVDT'lerde kullanılır. Bu cihazlar, armatür ile numune arasında herhangi bir bağlantıya ihtiyaç duymaz.

Doğrusal Değişken Deplasman Transdüserleri genellikle mevcut işleme araçlarında, robotik veya hareket kontrolünde, havacılıkta ve otomatik olarak kullanılır. Uygulanabilir bir LVDT türü seçimi, bazı spesifikasyonlar kullanılarak ölçülebilir.

LVDT Özellikleri

LVDT'nin özellikleri temel olarak sıfır konum, en yüksek sağ konum ve en yüksek sol konum gibi üç durumda tartışılmıştır.

Boş Konum

LVDT'nin çalışma prosedürü sıfır eksenel bir yerde, aksi takdirde aşağıdaki şekilde sıfır olarak gösterilebilir. Bu durumda şaft, S1 ve S2 sargılarının tam merkezine yerleştirilebilir. Burada, bu sargılar, eşdeğer akının üretimini ve buna bağlı olarak bir sonraki terminal boyunca indüklenen voltajı artıran ikincil sargılardır. Bu konuma aynı zamanda boş konum da denir.

Boş Konumda LVDT

Çekirdeğin yer değiştirmesini ve hareketini türeten giriş sinyallerine göre çıkış fazı sıralaması ve çıktı büyüklüğü farklılaşması. Şaftın nötr konumda veya sıfır konumunda düzenlenmesi, esas olarak, seri olarak bağlanan ikincil sargılar boyunca indüklenen gerilimlerin eşdeğer ve net o / p gerilimine göre ters orantılı olduğunu gösterir.

EV1 = EV2

Eo = EV1– EV2 = 0 V

En Yüksek Sağ Konum

Bu durumda, en yüksek sağ konum aşağıdaki şekilde gösterilmektedir. Şaft sağ tarafa kaydırıldığında, S2 sargısı boyunca büyük bir kuvvet üretilebilir, diğer yandan, S1 sargısı boyunca minimum kuvvet üretilebilir.

Sağda LVDT

Bu nedenle, 'E2' (indüklenen Voltaj), E1'den önemli ölçüde üstündür. Ortaya çıkan diferansiyel voltaj denklemleri aşağıda gösterilmiştir.

EV2 = - EV1 için

Maksimum Sol Konum

Aşağıdaki şekilde, şaft sol tarafa doğru daha fazla eğimli olabilir, ardından S1 sargısı boyunca yüksek akı üretilebilir ve 'E2' azaltıldığında 'E1' boyunca voltaj indüklenebilir. Bunun denklemi aşağıda verilmiştir.

= EV1 - EV2 için

Nihai LVDT çıkışı, frekans, akım veya voltaj cinsinden hesaplanabilir. Bu devrenin tasarımı da PIC, Arduino gibi mikrodenetleyici tabanlı devrelerle yapılabilir.

Solda LVDT

LVDT Özellikleri

LVDT'nin özellikleri aşağıdakileri içerir.

Doğrusallık

Hesaplanan mesafe ile hesaplama aralığı üzerindeki o / p mesafesi arasındaki düz orandan en yüksek fark.

• > (0,025 +% veya 0,025 -%) Tam Ölçek
• (0,025 ila 0,20 +% veya 0,025 ila 0,20 -%) Tam Ölçek
• (0.20 - 0.50 +% veya 0.20 - 0.50 -%) Tam Ölçek
• (0,50 - 0,90 +% veya 0,50 - 0,90 -%) Tam Ölçek
• (0,90 ila +% veya 0,90 ila -%) Tam Ölçek ve üstü
• % 0,90 ila ±% Tam Ölçek ve Yukarı

Çalışma Sıcaklıkları

LVDT'nin çalışma sıcaklıkları şunları içerir:

> -32ºF, (-32-32ºF), (32 -175ºF), (175-257ºF), 257ºF ve üstü. Cihazın doğru bir şekilde çalışması gereken sıcaklık aralığı.

Ölçüm Aralığı

IVDT ölçüm aralığı şunları içerir:

0,02 ″, (0,02-0,32 ″), (0,32 - 4,0 ″), (4,0-20,0 ″), (± 20,0 ″)

Doğruluk

Veri miktarının gerçek değeri arasındaki farkın yüzdesini açıklar.

Çıktı

Akım, Gerilim veya Frekans

Arayüz

RS232 gibi bir seri protokol veya IEEE488 gibi bir Paralel protokol.

LVDT Türleri

Frekans Tabanlı, Akım Dengesi AC / AC tabanlı veya DC / DC tabanlı.

LVDT Grafiği

LVDT grafik diyagramları, şafttaki varyasyonları ve bunların bir sıfır noktasından gelen diferansiyel AC çıkışının büyüklüğü ve elektroniklerden gelen doğru akım çıkışı açısından sonuçlarını gösteren aşağıda gösterilmiştir.

Çekirdek konumundan şaft yer değiştirmesinin en yüksek değeri, esas olarak hassasiyet faktörünün yanı sıra ana uyarma voltajının genliğine bağlıdır. Bobinin ana sargısına referans bir ana uyarma voltajı belirtilinceye kadar şaft sıfır konumunda kalır.

LVDT Şaft Varyasyonları

Şekilde gösterildiği gibi, DC o / p polaritesi veya faz kayması, LVDT modülünün o / p doğrusallığı gibi özelliği temsil etmek için temel olarak boş noktaya yönelik şaftın konumunu tanımlar.

Doğrusal Değişken Diferansiyel Trafo Örneği

Bir LVDT'nin strok uzunluğu ± 120 mm'dir ve 20mV / mm çözünürlük üretir. Yani, 1) maksimum o / p voltajını bulun, 2) çekirdek sıfır konumundan 110 mm kaydırıldığında o / p voltajı, c) o / p voltajı 2,75 V olduğunda çekirdeğin ortadan konumu, d) çekirdek + 60 mm'den -60 mm'ye kaydırıldığında o / p voltajı içindeki değişimi bulun.

a). En yüksek o / p voltajı VOUT'tur

Bir mm'lik hareket 20mV oluşturursa, 120 mm'lik bir hareket oluşur.

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

b). 110 mm çekirdek yer değiştirmeli VOUT

120 mm'lik bir çekirdek yer değiştirmesi 2,4 volt çıktı üretirse, 110 mm'lik bir hareket

Vout = çekirdek X VMAX'in yer değiştirmesi

Vout = 110 X 2.4 / 120 = 2.2 volt

LVDT'nin voltaj yer değiştirmesi

c) VOUT = 2.75 volt olduğunda çekirdeğin konumu

Vout = çekirdek X VMAX'in yer değiştirmesi

Deplasman = Vout X uzunluğu / VMax

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

d). Voltajın + 60mm'den -60mm'ye değişmesi

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

Böylece, çekirdek sırasıyla + 60 mm'den -60 mm'ye geçtiğinde çıkış voltajının değişimi +1,2 volt ile -1,2 volt arasında değişir.

Deplasman dönüştürücüleri, farklı uzunluklarda farklı boyutlarda mevcuttur. Bu dönüştürücüler, uzun strokları belirleyebilen birkaç mm ila 1 saniye arasında ölçüm yapmak için kullanılır. Bununla birlikte, LVDT'ler düz bir çizgi içindeki doğrusal hareketi hesaplayabildiğinde, LVDT'de RVDT (Döner Değişken Diferansiyel Transformatör) olarak bilinen açısal hareketi ölçmek için bir değişiklik olur.

LVDT'nin Avantaj ve Dezavantajları

LVDT'nin avantajları ve dezavantajları aşağıdakileri içerir.

• LVDT'nin yer değiştirme aralığının ölçümü çok yüksektir ve 1,25 mm ile -250 mm arasında değişir.
• LVDT çıktısı çok yüksektir ve herhangi bir uzatma gerektirmez. Normalde yaklaşık 40V / mm olan yüksek şefkat sahibidir.
• Çekirdek içi boş bir şekillendirici içinde hareket ettiğinde, sonuç olarak sürtünme kaybı sırasında yer değiştirme girişinde bir arıza olmaz, bu nedenle bir LVDT'yi hassas bir cihaz yapar.
• LVDT küçük bir histerezis gösterir ve bu nedenle tekrarlama her durumda olağanüstüdür
• LVDT'nin güç tüketimi, başka bir dönüştürücü türü tarafından değerlendirildiği üzere yaklaşık 1W kadar çok düşüktür.
• LVDT, doğrusal dislokasyonu, ilerlemesi basit olan bir elektrik voltajına dönüştürür.
• LVDT, manyetik alanlardan uzaklaşmaya duyarlıdır, bu nedenle onları sürüklenen manyetik alanlardan korumak için sürekli bir sisteme ihtiyaç duyar.
• LVDT'lerin, herhangi bir endüktif dönüştürücüden daha faydalı olduğu başarılmıştır.
• LVDT, sıcaklık ve titreşimlerden zarar görür.
• Bu transformatör, önemli diferansiyel çıktı elde etmek için büyük yer değiştirmelere ihtiyaç duyar
• Bunlar başıboş manyetik alanlara duyarlıdır
• Alıcı cihaz, AC sinyalleri üzerinde çalışacak şekilde seçilmelidir, aksi takdirde, dc o / p gerekliyse, n / w bir demodülatör kullanılmalıdır.
• Sınırlı dinamik yanıt, mekanik olarak çekirdeğin kütlesi aracılığıyla ve uygulanan voltaj yoluyla elektriksel olarak oradadır.

Doğrusal Değişken Diferansiyel Trafo Uygulamaları

LVDT dönüştürücünün uygulamaları esas olarak, bir mm bölmesinden yalnızca birkaç cm'ye kadar değişen dislokasyonların hesaplanacağı yerleri içerir.

• LVDT sensörü ana dönüştürücü olarak çalışır ve bu, dislokasyonu doğrudan bir elektrik sinyaline dönüştürür.
• Bu dönüştürücü aynı zamanda ikincil bir dönüştürücü olarak da çalışabilir.
• LVDT, ağırlığı, kuvveti ve ayrıca basıncı ölçmek için kullanılır
• ATM'lerde Dolarlık banknot kalınlığı için
• Toprak nem testi için kullanılır
• HAP yapmak için makinelerde
• Robotik temizleyici
• Tıbbi cihazlarda beyin araştırması için kullanılır.
• Bu dönüştürücülerden bazıları basınç ve yükü hesaplamak için kullanılır.
• LVDT’ler çoğunlukla endüstrilerde ve ayrıca servomekanizmalar .
• Güç türbinleri, hidrolikler, otomasyon, uçaklar ve uydular gibi diğer uygulamalar

Son olarak, yukarıdaki bilgilerden yola çıkarak, LVDT özelliklerinin, çoğu temel fiziksel çalışma prensiplerinden veya yapımında kullanılan malzeme ve tekniklerden kaynaklanan belirli önemli özelliklere ve faydalara sahip olduğu sonucuna varabiliriz. İşte size bir soru, normal LVDT hassasiyet aralığı nedir?