LVDT：一種簡單而又準確的位置傳感器(05-100)

　　線性可變差分變壓器(LVDT)已問世多年,一直是絕對位置測量普遍使用的傳感技術。該器件相對簡單、能在寬溫度范圍內工作、具有極精細的分辨率、可靠性高、不易損壞、非常適合從微米級至幾個英寸的線性測量,缺點是當行程超過±3in時就不那么經濟實用

　　基本結構

　　基本LVDT(見圖1)由3個中孔的軸向對齊的固定線圈組成,一個鐵芯可在孔膛內自由移動。在鐵芯和孔膛之間有足夠的間隙,防止相互接觸。中心線圈是變壓器初級,由50Hz~10K Hz恒定頻率交流波形驅動。兩側次級線圈是反向串聯繞制的,因而它們的電壓是互相抵消的。

 

　　圖1 LVDT的基本結構

　　圖2 (A)典型的LVDT具有園柱型外殼和獨立的鐵芯 (B)標準頭結構LVDT具有內置鐵芯組合件

　　工作原理

　　當鐵芯位于中心時,由于變壓作用,每個次級繞組感應一個幅度相等的電壓,然而次級繞組是按反向串聯繞制的,兩個電壓相位相反,因此產生的輸出電壓在理論上為0V,零值的正確位置應是兩個次級繞組輸出最低值時的位置。當然,零電壓在解調后是沒有意義的。當鐵芯移動至零位的一側時,線圈上的電壓,一個增加,另一個減少,在輸出導線上形成一個穩定的增長電壓,這個交流電壓經整流或解調后產生一個直流輸出電壓,其幅度隨鐵芯離零位的距離而增加,而極性(正或負)表示行進的方向。例如,LVDT的量程為±1.000in,解調后能提供±1.000V直流輸出信號。那未,輸出將從正滿量程1.000in的+1V 線性地變化,降至零位的0V,然后當到達負滿量程時繼續下降至-1.000V。

　　由于鐵芯是電感性耦合至線圈的,運動的鐵心和靜止的部件(線圈、外殼)之間不存在任何機械接觸,因而LVDT是一種非接觸式位置傳感器,這表明,它可用于不斷地運動著的應用,不必擔心它是否會磨損。當然,要是用機械裝配來對齊線圈組件,那末總會有一些磨損,使用壽 應根據具體裝配方法來評估(圖2)。

　　LVDT還是一種絕對位置傳感器,它提供相對于一個固定基準的距離讀數,而不是相對于前一個位置的讀數。這在高噪聲工業環境中是十分重要的,當外部原因破壞測量數據時仍能保證正確的信號。