LVDT位移傳感器原理及應(yīng)用—信為科技

LVDT位移傳感器原理及應(yīng)用作者:鮑亞子(高級(jí)工程師)深圳市信為科技發(fā)展有限公司一概述 隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，自動(dòng)化程度的不斷提高，傳感器的用量越來(lái)越大，開(kāi)發(fā)高新技術(shù)位移傳感器產(chǎn)品具有廣闊的前景。該產(chǎn)品具有精度高，動(dòng)態(tài)特性好，工作可靠，使用方便等特點(diǎn)。差動(dòng)變壓器式位移傳感器（LVDT）可廣泛應(yīng)用于航天航空、機(jī)械、建筑、紡織、鐵路、煤炭、冶金、塑料、化工以及科研院校等國(guó)民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)，用來(lái)測(cè)量伸長(zhǎng)、振動(dòng)、物體厚度、膨脹等的高技術(shù)產(chǎn)品。深圳市信為科技發(fā)展有限公司是專(zhuān)業(yè)生產(chǎn)位置傳感器的高科技公司,我公司生產(chǎn)的LVDT有分體式,回彈式,氣動(dòng)式,耐壓式,及各種定制產(chǎn)品, 具有測(cè)量精度高,性能穩(wěn)定,防水,抗沖擊能力強(qiáng),適合較惡劣環(huán)境下使用, ,是客戶(hù)安全放心的選擇. 二、工作原理LVDT(Linear.Variable.Differential.Transformer)是線(xiàn)性可變差動(dòng)變壓器縮寫(xiě)。工作原理簡(jiǎn)單地說(shuō)是鐵芯可動(dòng)變壓器。它由一個(gè)初級(jí)線(xiàn)圈、兩個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈、鐵芯、線(xiàn)圈骨架、外殼等部件組成。當(dāng)鐵芯由中間向兩邊移動(dòng)時(shí)，次級(jí)兩個(gè)線(xiàn)圈輸出電壓之差與鐵芯移動(dòng)成線(xiàn)性關(guān)系。當(dāng)初級(jí)線(xiàn)圈P1，P2之間供給一定頻率的交變電壓時(shí)，鐵芯在線(xiàn)圈內(nèi)移動(dòng)改變了空間的磁場(chǎng)分布，從而改變了初、次級(jí)線(xiàn)圈之間的互感量，次級(jí)線(xiàn)圈S11，S22之間就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，隨著鐵心的位置不同，互感量也不同，次級(jí)產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)也不同，這樣就將鐵芯的位移量變成了電壓信號(hào)輸出，由于兩個(gè)次級(jí)線(xiàn)圈電壓極性相反,參見(jiàn)圖1,輸出電壓為差動(dòng)電壓。 圖1：LVDT原理圖當(dāng)鐵芯往右移動(dòng)時(shí)，次級(jí)線(xiàn)圈2感應(yīng)的電壓大于次級(jí)線(xiàn)圈1；當(dāng)鐵芯往左移動(dòng)時(shí)，次級(jí)線(xiàn)圈1感應(yīng)的電壓大于次級(jí)線(xiàn)圈2，兩線(xiàn)圈輸出的電壓差值大小隨鐵芯位移而成線(xiàn)性變化。圖2中的虛線(xiàn)范圍內(nèi)是傳感器的量程，當(dāng)鐵芯移動(dòng)行程大于100%時(shí)（虛線(xiàn)之外段），兩次級(jí)線(xiàn)圈輸出電壓的差值與鐵芯位移線(xiàn)性關(guān)系變差。零點(diǎn)兩邊的實(shí)線(xiàn)段一般是對(duì)稱(chēng)的測(cè)量范圍，兩者都是交流信號(hào)而相位差180度。實(shí)際的LVDT線(xiàn)圈通常與殼體緊固為一體，鐵芯與測(cè)桿緊固為另一體，當(dāng)兩體間發(fā)生相對(duì)位移時(shí)，就產(chǎn)生位移電壓輸出。圖2：LVDT的輸出電壓三.技術(shù)性能 供電電壓： 直流5V 或12V28V 輸出信號(hào)： 0.54.5VDC或05VDC, 010VDC, 420 mA 頻率響應(yīng)（-3dB）： 250Hz（最大） 50HZ（電流輸出） 線(xiàn)性誤差（滿(mǎn)量程輸出）： 0.25% of FS 重復(fù)誤差： 0.01% of FS 使用溫度： -25+85 （最大-55+150) 零點(diǎn)溫度系數(shù)： 0.008%/ 靈敏度溫度系數(shù)： 0.025%/(額定) 耐振極限： 10g，2kHz 抗沖擊能力： 150g，11ms 四.為何選擇LVDTLVDT具有以下特點(diǎn):1,無(wú)摩擦測(cè)量LVDT 的可動(dòng)鐵芯和線(xiàn)圈之間通常沒(méi)有實(shí)體接觸，也就是說(shuō)LVDT 是沒(méi)有摩擦的部件。它被用于可以承受輕質(zhì)鐵芯負(fù)荷，但無(wú)法承受摩擦負(fù)荷的重要測(cè)量。 例如，精密材料的沖擊撓度或振動(dòng)測(cè)試， 纖維或其它高彈材料的拉伸或蠕變測(cè)試。2,無(wú)限的機(jī)械壽命 由于LVDT 的線(xiàn)圈及其鐵芯之間沒(méi)有摩擦和接觸，因此不會(huì)產(chǎn)生任何磨損。這樣LVDT的機(jī)械壽命，理論上是無(wú)限長(zhǎng)的。在對(duì)材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞測(cè)試等應(yīng)用中，這是極為重要的技術(shù)要求。此外，無(wú)限的機(jī)械壽命對(duì)于飛機(jī)、導(dǎo)彈、宇宙飛船以及重要工業(yè)設(shè)備中的高可靠性機(jī)械裝置也同樣是重要的。 3,無(wú)限的分辨率LVDT的無(wú)摩擦運(yùn)作及其感應(yīng)原理使它具備兩個(gè)顯著的特性。第一個(gè)特性是具有真正的無(wú)限分辨率。這意味著 LVDT 可以對(duì)鐵芯最微小的運(yùn)動(dòng)作出響應(yīng)并生成輸出。外部電子設(shè)備的可讀性是對(duì)分辨率的唯一限制。4,零位可重復(fù)性L(fǎng)VDT 構(gòu)造對(duì)稱(chēng)，零位可回復(fù)。LVDT的電氣零位可重復(fù)性高，且極其穩(wěn)定。用在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，LVDT 是非常出色的電氣零位指示器。 5,徑向不敏感LVDT對(duì)于鐵芯的軸向運(yùn)動(dòng)非常敏感，徑向運(yùn)動(dòng)相對(duì)遲鈍。這樣，LVDT 可以用于測(cè)量不是按照精準(zhǔn)直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的物體，例如，可把LVDT耦合至波登管的末端測(cè)量壓力。6,輸入/輸出隔離LVDT被認(rèn)為是變壓器的一種，因?yàn)樗膭?lì)磁輸入（初級(jí)）和輸出（次級(jí)）是完全隔離的。LVDT無(wú)需緩沖放大器，可以認(rèn)為它是一種有效的模擬信號(hào)元件。在要求信號(hào)線(xiàn)與電源地線(xiàn)隔離的測(cè)量和控制回路中，它的使用非常方便。7,堅(jiān)固耐用 制造LVDT所用的材料以及接合這些材料所用的工藝使它成為堅(jiān)固耐用的變送器。即使受到工業(yè)環(huán)境中常有的強(qiáng)大沖擊、巨幅振動(dòng)，LVDT 也能繼續(xù)發(fā)揮作用。鐵芯與線(xiàn)圈分離LVDT 鐵芯與線(xiàn)圈彼此分離，在鐵芯和線(xiàn)圈內(nèi)壁間插入非磁性隔離物，可以把加壓的、 腐蝕性或堿性液體與線(xiàn)圈組隔離開(kāi)。這樣，線(xiàn)圈組實(shí)現(xiàn)氣密封，不再需要對(duì)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件進(jìn)行動(dòng)態(tài)密封。對(duì)于加壓系統(tǒng)內(nèi)的線(xiàn)圈組，只需使用靜態(tài)密封即可。 8,環(huán)境適應(yīng)性L(fǎng)VDT 是少數(shù)幾個(gè)可以在多種惡劣環(huán)境中工作的變送器之一。例如，密封型LVDT 采用不銹鋼外殼，可以置于腐蝕性液體或氣體中。有時(shí)，LVDT 被要求在極端惡劣的環(huán)境下工作。例如，在類(lèi)似液氮的低溫環(huán)境中或核輻射環(huán)境。雖然在大多數(shù)情況下，LVDT具有無(wú)限的工作壽命（理論上），置于惡劣環(huán)境下的LVDT，工作壽命卻因環(huán)境不同而各不相同。9,LVDT與光柵，磁柵，等高精度測(cè)長(zhǎng)儀器相比有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)態(tài)特性好，可用于高速在線(xiàn)檢測(cè)，進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，自動(dòng)控制。光柵、磁柵等測(cè)量速度一般為1.5m/s以?xún)?nèi)，只能用于靜態(tài)測(cè)量。LVDT可在強(qiáng)磁場(chǎng)，大電流，潮濕，粉塵等惡劣環(huán)境下使用?？梢宰龀稍谔厥鈼l件下工作的傳感器，如耐高壓，高溫，耐輻射，全密土封在水下工作?？煽啃苑浅：?，能承受沖擊達(dá)150g/11ms ，振動(dòng)頻率2KHZ加速度20g。體積小，價(jià)格低，性能價(jià)格比高。五,如何合理選擇我公司的LVDT位移傳感器如何合理選擇我公司的LVDT位移傳感器?選型時(shí),考慮的主要技術(shù)因素有哪些呢？這里為大家介紹一下：1.供電電壓。傳感器1、 位移量程。位移量程指要求測(cè)量的位移量有多大,有2.5,5,10,15,25,50,100,250,500 mm等規(guī)格。量程選擇和實(shí)際需要最好相近為宜,如實(shí)際用8 mm量程,那個(gè)選10mm規(guī)格即可2、輸出信號(hào)。傳感器輸出的信號(hào)常規(guī)的有4-20mA、0-5V、0-10V、RS-485數(shù)字式、等。一般要求遠(yuǎn)距離傳輸(超過(guò)20米),最好采用電流輸出或數(shù)字輸出,如果是多根傳感器同時(shí)使用,且距離遠(yuǎn),采用數(shù)字RS-485輸出較好3、線(xiàn)性誤差。位移測(cè)量時(shí)的誤差值,用相對(duì)值表示，比如量程5mm的LVDT，線(xiàn)性誤差為0.25%，表示測(cè)量位移時(shí)的誤差值5mm0.25%=1.25um。4、分辨率。分辨率是指?jìng)鞲衅髂軌驕y(cè)量的最小變化大小。對(duì)于LVDT位移傳感器,最小分辨率最高可達(dá)0.01um,磁尺位移傳感器最高分辯率達(dá)1um,數(shù)字輸出的位移傳感器的分辨率為16-Bit5、傳感器工作環(huán)境。比如產(chǎn)品是否需要具備耐高低溫，是否需要耐壓,是否需要具備防塵防水防油以及抗電磁波輻射的功能。有些傳感器對(duì)環(huán)境的粉塵比較敏感，比如光柵傳感器的工作環(huán)境一定要無(wú)塵，且不能有振動(dòng),傳感器需要經(jīng)常擦拭干凈，否則會(huì)影響檢測(cè)，而LVDT或磁尺可適合惡歷的工作環(huán)境。6.測(cè)頭的連接方式。有分體式和回彈式兩種選擇,如果在被測(cè)件上便于打孔固定的情況上,應(yīng)選擇分體式的LVDT,如果被測(cè)件上只能接觸表面測(cè)量,那需要選擇回彈式LVDT7、動(dòng)態(tài)響應(yīng)。傳感器是用于測(cè)量動(dòng)態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)所,LVDT位移傳感器動(dòng)態(tài)頻率最高可達(dá)300HZ, 對(duì)于動(dòng)態(tài)要求高于10HZ,回彈式LVDT將不適應(yīng)9、安裝方式。傳感器的機(jī)械尺寸、固定方式,可以根據(jù)客戶(hù)具體使用環(huán)境設(shè)計(jì)安裝夾具。六, SOWAY產(chǎn)品應(yīng)用實(shí)例汽車(chē)玻璃生產(chǎn): 汽車(chē)玻璃由于是一個(gè)曲面, 在測(cè)量產(chǎn)品是否合格時(shí)要求一次多點(diǎn)測(cè)量,如外型尺寸和曲面的尺寸,利用我公司生產(chǎn)的SDVN12-15型氣動(dòng)式LVDT應(yīng)用在測(cè)量汽車(chē)玻璃的曲面,同時(shí)可測(cè)20 60個(gè)點(diǎn)位,測(cè)量精度高,重復(fù)性好挖掘機(jī)手柄測(cè)控: 挖掘機(jī)手柄上面安裝4只(或者2只)LVDT位移傳感器,可以精確測(cè)量手柄的位置以便通過(guò)液壓缸來(lái)控制挖掘機(jī)的動(dòng)作,我公司生產(chǎn)的SDVG12-10型LVDT應(yīng)用在挖掘機(jī)的手柄控制桿位置測(cè)量,同時(shí)測(cè)出前后左右比例閥門(mén): 用LVDT精確測(cè)量雙向比例閥的閥芯的位置,以便輸出4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)經(jīng)過(guò)與預(yù)先設(shè)定的值進(jìn)行比較后輸出一個(gè)調(diào)節(jié)信號(hào)給與閥相連的電磁開(kāi)關(guān)線(xiàn)圈,以便在閉環(huán)閥門(mén)控制系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)精確控制閥芯的位置,我公司生產(chǎn)的SDVG20-4 型LVDT應(yīng)用在比例閥的位置檢測(cè)與控制中.汽車(chē)變速箱: 汽車(chē)變速箱中的擋位切換位置可以用我公司 SDVG20Z-35型LVDT進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)量,并輸出一個(gè)電壓信號(hào)到主控板上,通過(guò)CAN總線(xiàn)傳到相應(yīng)的控制部分, 飛機(jī)組裝: 我公司生產(chǎn)的LVDT位移傳感器 SDVH20系列用于測(cè)量飛機(jī)的組裝生產(chǎn)線(xiàn)上,用于機(jī)身拼接過(guò)程中鉚釘桿的合理壓縮變形程度LVDT特別適合用于測(cè)量制動(dòng)裝置的摩損,可以通過(guò)測(cè)量氣缸和制動(dòng)卡鉗之間的傳動(dòng)裝置