LVDT位移傳感器工作原理

工作原理

差動(dòng)變壓器式位移傳感器（LVDT）為電磁感應(yīng)原理,，與傳統(tǒng)的電力變壓器不同,，LVDT是一種開(kāi)磁路弱磁耦合的測(cè)量元件。它采用環(huán)氧玻璃布,、不銹鋼等材料作為線圈骨架，用不同線徑的漆包線，在骨架上繞制一組初級(jí)線圈,，兩組次級(jí)線圈,，其工作方式依賴(lài)于在線圈骨架內(nèi)磁芯的移動(dòng)，當(dāng)初級(jí)線圈供給一定頻率的交變電壓（激勵(lì)電壓）時(shí),，鐵芯在線圈內(nèi)移動(dòng)就改變了空間的磁場(chǎng)分布,，從而改變了初、次級(jí)線圈之間的互感量,，次級(jí)線圈就產(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（實(shí)際的鐵芯是通過(guò)測(cè)桿與被測(cè)物保持相接觸，也就是被測(cè)物體的位移量）變成了電壓信號(hào)輸出,，由于兩個(gè)次級(jí)線圈電壓極性相反（參見(jiàn)圖一）,，所以傳感器的輸出是兩個(gè)次級(jí)線圈電壓之差，其電壓差值與位移量成線性關(guān)系（參見(jiàn)圖二）,。當(dāng)鐵芯處在線圈正中間位置時(shí),，兩次級(jí)線圈感應(yīng)電壓相等但相位相反，其電壓差值為零,。當(dāng)鐵芯往右移動(dòng)時(shí),，右邊的次級(jí)線圈感應(yīng)的電壓大于左邊的，兩線圈輸出的電壓差值大小隨鐵芯位移而成線性變化（*象限的實(shí)線段部分）,，這是LVDT有效測(cè)量范圍（一半）,。當(dāng)鐵芯繼續(xù)往右移動(dòng)時(shí)，兩次級(jí)線圈輸出電壓的差值不與鐵芯位移成線性關(guān)系,，此為緩沖,、非測(cè)量區(qū)（虛線段）。反之,，當(dāng)鐵芯自線圈中間位置向左邊移動(dòng)亦然,。零點(diǎn)兩邊的實(shí)線段一般是對(duì)稱(chēng)的測(cè)量范圍，只不過(guò)兩者都是交流信號(hào)而相位差180度,。實(shí)際的LVDT線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,。

LVDT位移傳感器工作原理

主要特點(diǎn)：

1、使用壽命長(zhǎng)

由于鐵芯和線圈內(nèi)壁存在間隙,，鐵芯在運(yùn)動(dòng)的時(shí)候與線圈不接觸,，無(wú)摩擦損耗,；同時(shí)采用優(yōu)良的生產(chǎn)工藝把骨架和所繞漆包線兩者固化為一整體，不會(huì)產(chǎn)生斷線,，開(kāi)裂等故障,，加上其它的優(yōu)化設(shè)計(jì)，因此傳感器的使用壽命理論上可以是無(wú)限的,，據(jù)國(guó)外某機(jī)構(gòu)測(cè)試此類(lèi)傳感器的MTBF（平均*時(shí)間）可達(dá)到300000小時(shí),，在實(shí)際的正常使用中可達(dá)到數(shù)十年，其終故障往往是人為造成或變送器電路元器件的壽命決定的,。

2,、多樣的環(huán)境適應(yīng)性

LVDT是少數(shù)幾種可以應(yīng)用在多種惡劣環(huán)境下的傳感器，通過(guò)特殊方式進(jìn)行密封處理的傳感器可以防潮,、防鹽霧,，可以放置于承壓的液體中、氣體密閉容器中,，甚至于某些腐蝕性環(huán)境中,，對(duì)核輻射電磁輻射干擾不敏感，能抗振動(dòng),，具有較寬的工作溫度范圍-25℃～85℃和滿(mǎn)足國(guó)軍標(biāo)—55℃～125℃工作溫度,。機(jī)電分體的傳感器單獨(dú)使用可以在200℃下工作。

3,、響應(yīng)速度快

基于非接觸測(cè)量的實(shí)現(xiàn),，對(duì)于某些快速運(yùn)動(dòng)物體的沖擊振動(dòng)測(cè)量，此類(lèi)傳感器可以提供很寬的頻率響應(yīng),。目前我公司部分產(chǎn)品已實(shí)現(xiàn)幅頻特性0～1000Hz（-3db）,，并且具有良好的相頻特性，很適合于閉環(huán)回路中使用,，已應(yīng)用于數(shù)控機(jī)床,，仿形機(jī)床和爆破測(cè)量等。

4,、高線性度

通過(guò)不斷研發(fā)的線圈繞制方法,，LVDT的線性度有了顯著的提高，我公司在±100mm（0～200mm量程）之內(nèi)的各種規(guī)格產(chǎn)品基本上均有線性度小于0.05%,，部分產(chǎn)品的線性度可優(yōu)于0.02%,，達(dá)到國(guó)內(nèi)外同類(lèi)產(chǎn)品的一*水平。

5,、高分辨率

由電磁感應(yīng)原理所決定的任何微小的鐵芯運(yùn)動(dòng)均會(huì)改變所在磁場(chǎng)內(nèi)次級(jí)線圈的感生電動(dòng)勢(shì),，使得LVDT理論上具有無(wú)限的分辨力。隨著設(shè)計(jì),、工藝和電子元器件性能的不斷提高,，我公司已將微位移傳感器的分辨力從微米級(jí)提高到10納米級(jí),，例如量程為1mm的LVDT其分辨力可以達(dá)到0.1μm、0.05,、0.02,、0.01微米。其他量程的傳感器分辨力也可以達(dá)到滿(mǎn)量程讀數(shù)的0.002%～0.001%F.S,。

6、低噪聲

對(duì)于回彈式的位移傳感器,，在額定位移輸出信號(hào)為10.0000V或5.0000V時(shí),，其紋波、干擾噪聲的峰—峰值電壓僅0.2～1.5mVp-p,。

7,、低的溫度漂移

通用型中小量程產(chǎn)品的溫度系數(shù)在±0.001%/℃～±0.01%/℃.FS。

8,、始動(dòng)漂移小

當(dāng)接通電源（開(kāi)機(jī)）時(shí),，位移讀數(shù)很快就能基本穩(wěn)定下來(lái)，無(wú)需長(zhǎng)時(shí)間的預(yù)熱,，時(shí)間漂移小,。

9、無(wú)零點(diǎn)殘余電壓

由于采用了*的檢測(cè)電路,，避免了零點(diǎn)殘余電壓的存在,。

10、重復(fù)性好

本公司小量程的LVDT重復(fù)精度為零點(diǎn)幾微米,。

11,、很寬的量程覆蓋范圍

量程為0.1mm～800mm，均能實(shí)現(xiàn)較高的線性精度,。

12,、帶載能力強(qiáng)

一臺(tái)測(cè)量?jī)x器能同時(shí)帶1-30支LVDT工作

13、低故障

這是指在非正常使用下,，由于人為的疏忽或誤操作而設(shè)計(jì)的多種措施,，以避免傳感器受損。

14,、功耗低

在雙電源供電,，輸出電壓信號(hào)時(shí)，供電電流﹤10mA

15,、輸入,、輸出的多樣性

可以輸入單或雙電源，其電壓值自5V～24V或±5V～±15V,；輸出信號(hào)電壓自20mV～10V或±20mV～±10V;輸出信號(hào)電流,；4～20mA或0～10mA,，并且具有良好的恒流特性。輸出信號(hào)頻率：0～10000Hz（TTL電平方波）,。