使用 LVDT 傳感器測量位置和位移

      什么是 LVDT ？

      LVDT（線性可變差動變壓器） 是線性。它們用于測量相對較短距離內的線性位移和位置。目前市場上的 LVDT 可以測量小至百萬分之幾厘米（微英寸）的運動，甚至在另一個情況下可達約 0.7 米（約 27 英寸）。 

LVDT 傳感器

      LVDT 由一根包含自由移動軸（又稱電樞）的管子組成。管的底座安裝在固定位置，桿的末端固定在物體上，該物體的位置將以線性（前后）方式移動。

典型 LVDT 傳感器的橫截面

      LVDT 傳感器如何工作？

      LVDT 外殼內部是初級線圈。線圈組件的兩側是一對次級線圈。除了物理位置之外，所有三個初級繞組都是相同的。然而，它們與對方串聯(lián)，因此，如果它們均等通電，它們的輸出加起來將為零。

      請注意，這些內部元件的構造通常能夠防止潮濕和外部磁場的影響。 

當桿在 LVDT 磁芯內來回移動時，LVDT 的次級線圈如何指示桿的位置

      在 交流 LVDT中，初級線圈由恒定的交流電源電壓（通常為 3 kHz @ 3Vrms）供電。這會在次級線圈中產(chǎn)生磁場。如果桿位于管內的死點，則來自 S1 和 S2 的磁通量相同并相互抵消。這稱為“空”位置。

      然而，如果軸的位置靠近 S1 或 S2，則來自該線圈的能量相對于另一個線圈將增加。因此，只需減去線圈的輸出，傳感器就可以隨時告訴我們軸在管內的位置。

      當軸被測試物品拉入或拉出管時，LVDT 輸出一個信號，表示軸從起始點到偏轉的位置。軸不接觸管內部，幾乎無摩擦，而且 LVDT 本身不包含電子器件，因此在惡劣環(huán)境中很受歡迎。

      該信號被輸出到測量系統(tǒng)內的 LVDT 信號調節(jié)器，該信號調節(jié)器會顯示并記錄該信號以供審查和分析。

      總而言之，交流 LVDT 是一種可變磁阻設備，其初級線圈產(chǎn)生磁通量，該磁通量通過移動電樞耦合到與初級線圈串聯(lián)的次級線圈。

典型 LVDT 傳感器

      LVDT 類型或機械品種

      就軸/電樞結構而言，目前有幾種基本類型可供選擇：

        ? 自由（非制導）電樞 LVDT

        ? 固定（引導）電樞 LVDT

        ? 強制或彈簧延伸電樞 LVDT

      讓我們更詳細地看看其中的每一個。

      自由（非引導）電樞 LVDT

      在這種情況下，軸或電樞可以在 LVDT 體內自由地前后滑動。它沒有固定在其上，LVDT 本身內部也沒有任何作用力。電樞連接到被測物體，該物體與 LVDT 主體平行移動。 

      結果是幾乎無摩擦的布置，從而使傳感器具有很長的使用壽命。當然，需要適當?shù)膶R才能獲得結果。

      自由或“無導向”電樞非常適合短程、高速應用（例如振動）。當觀察到大量循環(huán)時，它也是理想的選擇。當被測物體與 LVDT 主體平行移動時，。

      固定（引導）電樞 LVDT

      在俘獲式或引導式 LVDT 中，電樞同時連接到主體和被測物體。電樞由限制它的低摩擦軸承組件引導。 

      這使得 LVDT 能夠處理更長的測量范圍（例如，~25 毫米至 45 厘米 [~0.5 至 18 英寸]），以及被測物體橫向移動到 LVDT 主體時的情況。在這些情況下，如果電樞不受引導，就會發(fā)生不對中。

      固定（引導）電樞 LVDT 在靜態(tài)和動態(tài)測量應用中都很有用。

      短范圍（例如， ±76 毫米 [±3 英寸]）的 LVDT 可以水平安裝并且不會彎曲，但是，較大的裝置在水平安裝時通常需要支撐，以確保它們不會因重力而彎曲。

      強制或彈簧延伸電樞 LVDT

      強制或“彈簧延伸”電樞 LVDT 具有與上述固定（引導）LVDT 相同的低摩擦軸承組件，但除此之外，它還使用彈簧、氣動裝置或電機等機械返回機構來輕輕地將電樞推出至偏轉。這適用于需要 LVDT 電樞與被測物體保持穩(wěn)定連接的應用。

      在這種情況下，只有 LVDT 主體是固定的，電樞端通常有一個球推壓被測物體，但不固定在其上。因此，被測物體甚至可能移至超出范圍或被不同物體替換，就像裝配線的情況一樣。彈簧延伸的電樞球會自動伸出并等待物體返回或被替換，并在物體返回或替換時平穩(wěn)地移動。

      這些 LVDT 靜態(tài)和慢速移動的應用。

      大多數(shù) LVDT 制造商都提供部分或全部這些電樞品種的傳感器，以應對廣泛的應用。

      目前市場上有各種各樣的 LVDT。有些是專為應用和環(huán)境而設計的，例如食品和藥品的衛(wèi)生應用、浸沒在鹽水中、溫度環(huán)境下、科學中的高精度應用，甚至在加壓環(huán)境下數(shù)錢等等。它們通常由不銹鋼制成，非常適合這些應用。

      交流 LVDT 與直流 LVDT

      經(jīng)典的 交流 LVDT 板上沒有電子器件，需要外部載波放大器和信號調節(jié)才能工作。一些制造商已將這些電子器件集成到 LVDT 中。 當然，這些 直流 LVDT更容易與測量系統(tǒng)連接，但也有一些限制。

      由于交流 LVDT 沒有板載電子器件，因此它們可以在盡可能廣泛的溫度環(huán)境下運行 - 從低溫一直到 °C/1°F。 

      由于缺少電子器件，交流 LVDT 也可能比直流 LVDT 小。

      由于缺少電子元件，交流 LVDT 比直流 LVDT 具有更優(yōu)異的沖擊和振動規(guī)格。

交流 LVDT 的使用壽命比直流 LVDT 更長……復雜性更低意味著可靠性更高。

      這并不意味著 DC LVDTS 沒有用途。在許多應用中，更簡單的接口是一個很大的優(yōu)勢，而交流 LVDT 的優(yōu)勢并不是一個因素。一方面，它們消除了對外部信號調節(jié)的需要，當沒有合適的位置時，這有時可能是一項硬性要求。 

      它們還減少了安裝時間和復雜性。 DC LVDT 有環(huán)路供電型號，其 4-20 mA 電流輸出可以比低電平電壓輸出傳輸更遠的距離。

      LVDT 測量應用

        ? 機床

        ? 拉伸試驗臺

        ? 航空航天測試 - 起落架、執(zhí)行器、操縱面定位、液壓系統(tǒng)

        ? 汽車和火車測試 - 懸架系統(tǒng)的運動

        ? 發(fā)電 - 渦輪機測試

        ? 機器人 - 位置反饋

        ? 制造 - 自動化、過程控制

        ? 紙漿和造紙 - 張緊臂定位

      LVDT 傳感器優(yōu)點

        ? 非常可靠 - 由于大多數(shù)型號的操作幾乎無摩擦，因此傳感器使用壽命長

        ? 非常高的分辨率 - 由于近乎無摩擦的運動，它們提供了幾乎無限的分辨率。即使是最小的變化也能被檢測到。

        ? 抗損壞 - 在某些型號中，管的兩端都是開放的，如果測試物品將桿推得比預期更遠（與管本身碰撞除外），可以防止傳感器損壞

        ? 零點穩(wěn)定性 ——由于傳感器本身的結構，傳感器的零點或零點具有的可重復性

        ? 工作溫度范圍廣 - 提供可承受低溫 (-200° C / -328° F) 和高溫 (650°C / 1200° F) 的 LVDT 型號 

        ? 低滯后/高定位 精度 和 重復性

        ? 讀數(shù)輸出設備 - 與增量輸出設備相反，LVDT 的讀數(shù)在其電源循環(huán)之前和之后是相同的（假設被測物體沒有移動）。

      LVDT 傳感器缺點

        ? 測量距離有限 - 即使的 LVDT 測量范圍也限制在 1 m (~27”) 以下 

        ? 可能會受到 磁場的影響 （因此帶屏蔽的型號很常見）

        ? 交流模型需要LVDT 信號調節(jié)器提供精確的交流激勵 

        ? 與交流 LVDT 型號相比，直流 LVDT 型號的沖擊、振動和溫度規(guī)格較差

      產(chǎn)品

        ? 高精度

        ? Baumer 高性能激光測距傳感器

        ? Baumer 高性能激光測距傳感器

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