LVDT位移傳感器的原理、特點、優缺點解析

LVDT位移傳感器由于其高精度、高穩定性和良好的線性度等特點，在多個場合都得到了廣泛的應用。今天讓我們與森瑟科技工程師，一同來探討解析一下LVDT位移傳感器的原理、特點、對比于其他傳感器的優缺點；作為專業的傳感研發與制造公司，森瑟科技的LVDT位移傳感器的工程師們期待從原理、特點、優缺點上與廣大使用者共同分析LVDT位移傳感器的使用場合，為廣大客戶提供更好的解決方案，選擇到性能價格便宜的好用產品。

首先，我們先對比于光柵，磁柵，等高精度長距離的位移傳感器，看看LVDT位移傳感器有哪些優缺點？

優點：

1、動態特性好，可用于高速在線檢測，進行自動測量，自動控制。而光柵、磁柵等測量速度一般為1.5m/s以內，反饋的速度較慢，更適用于靜態測量。

2、LVDT位移傳感器可在強磁場，大電流，潮濕，粉塵等惡劣環境下使用。

3、可以做成在特殊條件下工作的傳感器，如耐高壓，高溫，耐輻射，全密土封在水下工作。

4、可靠性非常好，能承受沖擊達150g/11ms ，振動頻率2KHZ加速度20g。

5、體積小，價格低，性能價格比高。

LVDT 不足之處都有哪些呢？

1、有拉桿的限制，測量距離不易過長，只能+/-500mm 以下測試較佳；

2、雖然原理上非接觸，但是測量的過程需要有拉桿與被測物體連接，或者通過回彈式的設計，需要頂在被物體上；

3、無法像拉繩位移傳感器測量拐彎的位移量；

4、無法像激光傳感器測量超遠距離的目標。

其次，我們與森瑟工程師一起來分析下LVDT位移傳感器的特點都有哪些？

正如前面探討說到的LVDT位移傳感器的優缺點，那么LVDT位移傳感器最重要的特點有如下七點：

1、無摩擦測量且理論壽命可以無限期：LVDT位移傳感器的可動鐵芯和線圈之間通常沒有實體接觸，也就是說LVDT位移傳感器是沒有摩擦的部件。它被用于可以承受輕質鐵芯負荷，但無法承受摩擦負荷的重要測量。 例如，精密材料的沖擊撓度或振動測試， 纖維或其它高彈材料的拉伸或蠕變測試。由于LVDT位移傳感器的線圈及其鐵芯之間沒有摩擦和接觸，因此不會產生任何磨損。這樣LVDT位移傳感器的機械壽命，理論上是無限長的。在對材料和結構進行疲勞測試等應用中，這是極為重要的技術要求。此外，無限的機械壽命對于飛機、、宇宙飛船以及重要工業設備中的高可靠性機械裝置也同樣是重要的。

2、無限的分辨率：LVDT位移傳感器的無摩擦運作及其感應原理使它具備兩個顯著的特性。個特性是具有真正的無限分辨率。這意味著 LVDT位移傳感器 可以對鐵芯最微小的運動作出響應并生成輸出。外部電子設備的可讀性是對分辨率的限制。

3、零位可重復性：LVDT位移傳感器 構造對稱，零位可回復。LVDT位移傳感器的電氣零位可重復性高，且極其穩定。用在閉環控制系統中，LVDT位移傳感器 是非常出色的電氣零位指示器。

4、徑向不敏感：LVDT位移傳感器對于鐵芯的軸向運動非常敏感，徑向運動相對遲鈍。這樣，LVDT位移傳感器 可以用于測量不是按照精準直線運動的物體，例如，可把LVDT位移傳感器耦合至波登管的末端測量壓力。

5、輸入/輸出隔離：LVDT位移傳感器被認為是變壓器的一種，因為它的勵磁輸入（初級）和輸出（次級）是隔離的。LVDT位移傳感器無需緩沖放大器，可以認為它是一種有效的模擬信號元件。在要求信號線與電源地線隔離的測量和控制回路中，它的使用非常方便。

6、堅固耐用：制造LVDT位移傳感器所用的材料以及接合這些材料所用的工藝使它成為堅固耐用的變送器。即使受到工業環境中常有的強大沖擊、巨幅振動，LVDT位移傳感器 也能繼續發揮作用。鐵芯與線圈分離LVDT位移傳感器 鐵芯與線圈彼此分離，在鐵芯和線圈內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圈組隔離開。這樣，線圈組實現氣密封，不再需要對運動構件進行動態密封。對于加壓系統內的線圈組，只需使用靜態密封即可。

7、環境適應性強：LVDT位移傳感器 是少數幾個可以在多種惡劣環境中工作的變送器之一。例如，密封型LVDT位移傳感器 采用不銹鋼外殼，可以置于腐蝕性液體或氣體中。有時，LVDT位移傳感器 被要求在惡劣的環境下工作。例如，在類似液氮的低溫環境中或核輻射環境。雖然在大多數情況下，LVDT位移傳感器具有無限的工作壽命（理論上），置于惡劣環境下的LVDT位移傳感器，工作壽命卻因環境不同而各不相同。

最后，我們來分析一下LVDT位移傳感器具體的工作原理是什么？

LVDT（Linear Variable Differential Transformer）是線性可變差動變壓器縮寫。工作原理簡單地說是鐵芯可動變壓器。它由一個初級線圈、兩個次級線圈、鐵芯、線圈骨架、外殼等部件組成。當鐵芯由中間向兩邊移動時，次級兩個線圈輸出電壓之差與鐵芯移動成線性關系。

當初級線圈P1，P2之間供給一定頻率的交變電壓時，鐵芯在線圈內移動改變了空間的磁場分布，從而改變了初、次級線圈之間的互感量，次級線圈S11，S22之間就產生感應電動勢，隨著鐵心的位置不同，互感量也不同，次級產生的感應電動勢也不同，這樣就將鐵芯的位移量變成了電壓信號輸出，由于兩個次級線圈電壓極性相反,參見圖1,輸出電壓為差動電壓。

圖1：LVDT位移傳感器原理圖

　　當鐵芯往右移動時，次級線圈2感應的電壓大于次級線圈1；當鐵芯往左移動時，次級線圈1感應的電壓大于次級線圈2，兩線圈輸出的電壓差值大小隨鐵芯位移而成線性變化。圖2中的虛線范圍內是傳感器的量程，當鐵芯移動行程大于99%時（虛線之外段），兩次級線圈輸出電壓的差值與鐵芯位移線性關系變差。零點兩邊的實線段一般是對稱的測量范圍，兩者都是交流信號而相位差180度。實際的LVDT位移傳感器的線圈通常與殼體緊固為一體，鐵芯與測桿緊固為另一體，當兩體間發生相對位移時，就產生位移電壓輸出。

圖2：LVDT位移傳感器的輸出電壓

森瑟科技LVDT位移傳感器綜合技術性能表參考如下表，當然每個型產品設計都有獨道之處，具體產品性能需要參考每個LVDT位移傳感器的DATASHEET （/POSITION.html）