LVDT：一種簡(jiǎn)單而又準確的位置傳感器(05-100)

　　線(xiàn)性可變差分變壓器(LVDT)已問(wèn)世多年,一直是絕對位置測量普遍使用的傳感技術(shù)。該器件相對簡(jiǎn)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(gè)英寸的線(xiàn)性測量,缺點(diǎn)是當行程超過(guò)±3in時(shí)就不那么經(jīng)濟實(shí)用

　　基本結構

　　基本LVDT(見(jiàn)圖1)由3個(gè)中孔的軸向對齊的固定線(xiàn)圈組成,一個(gè)鐵芯可在孔膛內自由移動(dòng)。在鐵芯和孔膛之間有足夠的間隙,防止相互接觸。中心線(xiàn)圈是變壓器初級,由50Hz~10K Hz恒定頻率交流波形驅動(dòng)。兩側次級線(xiàn)圈是反向串聯(lián)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(shí),由于變壓作用,每個(gè)次級繞組感應一個(gè)幅度相等的電壓,然而次級繞組是按反向串聯(lián)繞制的,兩個(gè)電壓相位相反,因此產(chǎn)生的輸出電壓在理論上為0V,零值的正確位置應是兩個(gè)次級繞組輸出最低值時(shí)的位置。當然,零電壓在解調后是沒(méi)有意義的。當鐵芯移動(dòng)至零位的一側時(shí),線(xiàn)圈上的電壓,一個(gè)增加,另一個(gè)減少,在輸出導線(xiàn)上形成一個(gè)穩定的增長(cháng)電壓,這個(gè)交流電壓經(jīng)整流或解調后產(chǎn)生一個(gè)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(jìn)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(mǎn)量程1.000in的+1V 線(xiàn)性地變化,降至零位的0V,然后當到達負滿(mǎn)量程時(shí)繼續下降至-1.000V。

　　由于鐵芯是電感性耦合至線(xiàn)圈的,運動(dòng)的鐵心和靜止的部件(線(xiàn)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(dòng)著(zhù)的應用,不必擔心它是否會(huì )磨損。當然,要是用機械裝配來(lái)對齊線(xiàn)圈組件,那末總會(huì )有一些磨損,使用壽 應根據具體裝配方法來(lái)評估(圖2)。

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