《LVDT培訓(xùn)》PPT參考課件

1、LVDT工作原理、分類及特點(diǎn) 主講：張?jiān)ｃ?LVDT的基本工作原理 LVDT的特點(diǎn) LVDT分類 國(guó)內(nèi)外LVDT產(chǎn)品性能比較,LVDT工作原理,全世界第一個(gè)LVDT商業(yè)化產(chǎn)品于1948年在美國(guó)Schaevitz公司誕生，經(jīng)過60多年的發(fā)展，LVDT產(chǎn)品已被全球大多數(shù)國(guó)家在機(jī)械、電力、電子、汽車、航空航天、冶金、煤炭、石油、交通、輕工、紡織、建材、水利等行業(yè)的工礦企業(yè)、研究所、大學(xué)、國(guó)防軍工等單位廣泛用于自動(dòng)控制和自動(dòng)測(cè)量。 LVDT 位移傳感器全稱為： Linear Variable Differential Transformer 線性 可變 差動(dòng) 變壓器 LVDT位移傳感器的工作原理簡(jiǎn)單地

2、說是鐵芯可動(dòng)變壓器，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-1所示。,LVDT工作原理,LVDT由一個(gè)初級(jí)線圈P、兩個(gè)次級(jí)線圈S1和S2、鐵芯以及線圈骨架、外殼、等部件組成。當(dāng)鐵芯在線圈中心位置時(shí)，次級(jí)線圈S1、S2所感應(yīng)的電壓相等，由于輸出是反向串接，所以輸出電壓為零（實(shí)際上還有很小的零位電壓V0）。如圖1-1所示，當(dāng)鐵芯向左移動(dòng)時(shí)，線圈S1和線圈P之間互感量MX增加，次級(jí)線圈S1感應(yīng)電壓V1升高，同時(shí)線圈S2與線圈P互感量減小，次級(jí)線圈S2感應(yīng)電壓V2降低，兩線圈電壓的代數(shù)和V=V1+V2（因?yàn)镾1和S2是反向串接，V1和V2相位差180，實(shí)際值V=V1-V2）隨著鐵芯向左移動(dòng)呈線性增加。 當(dāng)鐵芯向右移動(dòng)時(shí)，兩

3、線圈電壓變化相應(yīng)與之相反V1+V2的代數(shù)和隨鐵芯向右移動(dòng)輸出VS線性增加，但此時(shí)相位與向左移動(dòng)相差180，圖1-1（c）表示次級(jí)電壓與鐵芯距離之間關(guān)系，即輸出特性。這樣就將非電量-位移轉(zhuǎn)變成電壓，完成傳感器的功能。 這里要特別指出，LVDT和一般變壓器有本質(zhì)上的區(qū)別，變壓器為強(qiáng)電磁耦合，次級(jí)電壓在滿負(fù)載和空載差別非常大。而LVDT為弱電磁耦合，要求負(fù)載阻抗很大，次級(jí)產(chǎn)生的感應(yīng)電流很小，由此產(chǎn)生的附加磁場(chǎng)不干擾激勵(lì)磁場(chǎng)分布，這是與普通變壓器完全不同的概念，表現(xiàn)出了LVDT的獨(dú)特性質(zhì)。,LVDT工作原理,直流LVDT，更確切地說應(yīng)該稱為位移變送器。它是在位移傳感器LVDT基礎(chǔ)上，外加電路，不論多大

4、行程，都可以使其輸出均為05V，或010V標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，或420mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號(hào)的變送器，其方框圖如圖1-2：,圖1-2,LVDT的特點(diǎn),1.結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠，壽命長(zhǎng)，線性度好，重復(fù)性好，性能價(jià)格比高，利稅 率高。 2.精度：最高精度可達(dá)0.05%，一般為0.25%、0.5%。 3.絕對(duì)誤差：最高可達(dá)0.1m。 4.重復(fù)性：好，最高可達(dá)0.1m。 5.靈敏度：高，一般每mm位移輸出為數(shù)百mv, 最高可達(dá)幾伏。 6.分辨率：高，一般為0.1m，最高可達(dá)10-4m。 7.測(cè)量范圍：寬，0.1mm500mm甚至更大。 8.工作溫度范圍：大，一般為-55+150可擴(kuò)展到+300，傳感器或變送 器分為

5、三級(jí)： 商業(yè)級(jí)：0+70 工業(yè)級(jí)：-40+85 軍 級(jí)：-55+125 9. 時(shí)間常數(shù)小，動(dòng)態(tài)特性好，頻帶寬一般為200HZ（5ms）最高可500HZ （2ms）。 10.毛利率高：50%。,LVDT的特點(diǎn),LVDT與光柵，磁柵，同步感應(yīng)器等高精度測(cè)長(zhǎng)儀器相比有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)： 1. 動(dòng)態(tài)特性好，可用于高速在線檢測(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以內(nèi)，只能用于靜態(tài)測(cè)量。 2. LVDT可在強(qiáng)磁場(chǎng)，大電流，潮濕，粉塵等惡劣環(huán)境下使用。 可以做成在特殊條件下工作的傳感器，如耐高壓，高溫，耐輻射全密封在水下工作。 可靠性非常好，能承受沖擊1000g/11ms，振動(dòng)：頻率

6、2000HZ 加速度20g。 5. 體積小，價(jià)格低，性能價(jià)格比高。,LVDT分類,按用途分類 交流LVDT 直流LVDT 回彈式LVDT 高壓LVDT 航空航天LVDT 特種LVDT,交流LVDT 技術(shù)指標(biāo),交流LVDT的技術(shù)指標(biāo)： 輸入電壓: 3Vrms (120Vrms) 激勵(lì)頻率: 2.5KHz (110KHz) 線性度: 0.5%;0.25%;0.2%;0.1% 靈敏度: 3 240 mV/V/mm (0.07 6.0 mV/V/0.001”) 動(dòng)態(tài)頻率: 行程 0 6 mm 6 mm 500 Hz 200Hz (-3dB) 行程：0.127mm 508mm 0.005” 20” 零位

7、電壓: 0.5% FSO 負(fù)載阻抗: 100K 工作溫度：-55 150 溫度系數(shù)：零位 0.005%FS/ 滿度 0.01%FS/ 沖擊: 1000g 11ms 振動(dòng): 20g 2kHz,從以上技術(shù)指標(biāo)可知，交流LVDT充分體現(xiàn)了LVDT的特點(diǎn)，特別是工作溫度為-55C+150C，能承受1000g/11ms沖擊，20g 2KHz振動(dòng)特性是其他任何測(cè)量產(chǎn)品所不能比擬的。 交流LVDT的不足之處是不能遠(yuǎn)傳，使用時(shí)要配信號(hào)調(diào)節(jié)器。,直流LVDT 技術(shù)指標(biāo),直流LVDT是將信號(hào)調(diào)節(jié)器小型化之后，裝入LVDT之內(nèi)。 直流LVDT的技術(shù)指標(biāo)： 雙向輸出 單向輸出 輸入電壓: 15VDC +8.5+28V

8、DC 輸入電流: 25mA 10mA 輸出負(fù)載阻抗（最?。?2K 輸出紋波: 25mVrms 10mVrms 輸出電壓: 010VDC 05VDC 輸出阻抗: 2 動(dòng)態(tài)頻率: 200Hz 工作溫度： -25 +85 儲(chǔ)存溫度： -25 +95 線性度： 0.25% FS 穩(wěn)定性： 30分鐘預(yù)熱之后為0.10% 溫度系數(shù)： 零位 0.01% FS / 滿度 0.02 %FS / 沖擊: 250g/11ms 振動(dòng): 10g 2kHz,優(yōu)點(diǎn)：（1）使用方便，特別是多個(gè)直流LVDT同時(shí)使用更顯示出其優(yōu)越性。 （2）可以遠(yuǎn)傳，420mA電流輸出可以遠(yuǎn)傳到數(shù)百米之外，適用于工 業(yè)自動(dòng)控制。 （3）可以實(shí)

9、現(xiàn)二線制數(shù)字輸出，雙線可以同時(shí)帶動(dòng)32個(gè)傳感器。 （4）單片機(jī)電路可以對(duì)LVDT進(jìn)行數(shù)字補(bǔ)償，提高LVDT線性度（可達(dá) 0.05%）和溫度特性（可達(dá)0.01% FS /） 缺點(diǎn)：（1）由于受器件限制，工作溫度范圍較小。 （2）承受沖擊為250g/11ms。 （3）振動(dòng)為10g 2kHz。 （4）體積較大。,直流LVDT優(yōu)缺點(diǎn),直流LVDT分類,直流LVDT按性能分為以下幾種： 電壓輸出 A. 輸入15V電壓，輸出05V或010V B. 輸入8.528V電壓，輸出05V或010V 三線制420mA電流輸出 輸入24V電壓，輸出為420mA電流，接線圖如圖1-3。 二線制420mA電流輸出 輸入1

10、2.75V28VDC電壓，輸出420mA電流上，接線圖如圖1-4所示。,圖1-3,圖1-4,直流LVDT分類,二線制420mA電流輸出技術(shù)指標(biāo)： 線性量程： 6.35mm、12.7mm、25.4mm、50.8mm、127mm、254mm 非線性： 0.25英寸5.0英寸 （6.36127毫米）0.5% 10.0英寸（254毫米）1.0% 輸出： 420mA，二線制環(huán)路 回路供電： 12.75 to 28VDC 最大回路電阻： 60028VDC 輸出噪聲與紋波：25A Pk-Pk (最大) 工作溫度： -13F至185F（-25至85C） 靈敏度溫度系數(shù)：0.04%/C （最大） 穩(wěn)定性： 30

11、分鐘預(yù)熱之后為0.10% 數(shù)字式位移傳感器 輸入8.5V30VDC電壓，雙線可尋址的RS-485輸出，可直接顯示數(shù)字輸出。,回彈式LVDT,將鐵芯、拉桿、軸套連在一起，使其與LVDT成為一體，以便客戶安裝使用。 外彈簧式LVDT 外彈簧式LVDT又分為以下幾種： a). 簡(jiǎn)易型外彈簧，如圖1-5。 b). 放在外管中的外彈簧，如圖1-6。 c). 彈簧套在拉桿上，裝在帶螺紋的外套里，彈簧在線圈之外，如 圖1-7。,圖1-5,圖1-6,圖1-7,回彈式LVDT,內(nèi)彈簧式LVDT 彈簧在線圈內(nèi)運(yùn)動(dòng)，要求彈簧無(wú)磁，如圖1-8所示。 滾珠導(dǎo)軌式LVDT 用于精密測(cè)量，與帶滾珠導(dǎo)軌的測(cè)量頭相連接，彈簧為

12、寶塔形態(tài)，如圖1- 9所示。,圖1-8,圖1-21,圖1-9,高壓LVDT,氣密封型LVDT LVDT線圈密封在焊接的外管中，引出線用耐壓的插座連接，如圖1-10所示。,圖1-10,壓力大于10MPa的LVDT,必需用玻封壓力端蓋。,高壓LVDT,一般高壓LVDT 承壓部分按高壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，線圈和引出導(dǎo)線是不承受壓力的，如圖1-11所示， 左邊部分，壓力頭及內(nèi)管是承受壓力的，右邊部分線圈和引出線部分是不承受壓 力的，大多數(shù)壓力LVDT都是這種設(shè)計(jì)。,圖1-11,等壓式高壓LVDT 由于受各種條件限制，LVDT本身很難設(shè)計(jì)成所需要求，將外管四周打孔，使LVDT內(nèi)外處于等壓狀況，全部放在高壓環(huán)境中，

13、如圖1-12所示。,圖1-12,航空傳感器,航空傳感器的特點(diǎn)： 應(yīng)用于惡劣環(huán)境。溫度范圍-55150 2. 非常高的穩(wěn)定性。溫漂0.01% FS / 3. 非常高的一致性。靈敏度一致性0.5%，Schaevitz產(chǎn)品為5% 4. 交叉干擾小于0.5%F.S 5. 空間位置限制。要求行程/體長(zhǎng)0.6，最高達(dá)78% 6. 要求比例輸出：= 0.50.004 7. 承受壓力 1015MPa 8. 交流單行程輸出 主要產(chǎn)品有：CW-HKAC12-65、CW-HKAC15-55、CW-HKAC15-25,航空傳感器,小行程LVDT 小行程LVDT如圖1-13，CW-HKAC9.5-1.5。,圖1-13,

14、技術(shù)指標(biāo)： 行程：1.5mm 外形：9.5 x 25.4mm 線性度：0.3% 工作溫度：-55 +150 溫漂： 0.015% FS /,航空傳感器,高穩(wěn)定性高一致性LVDT 結(jié)構(gòu)要求如圖1-14所示，CW-HKAC12-65，外徑公差為,圖1-14,電氣技術(shù)指標(biāo)如下： 行程：65 mm 靈敏度一致性： =0.50.008 工作溫度：-55 +160 溫漂： 0.015% FS / 交叉干擾：18MV,航空傳感器,不對(duì)稱輸出LVDT 外形圖見圖1-15，CW-HKAC15-55。,圖1-15,主要技術(shù)指標(biāo)： 激勵(lì)電壓和頻率：30.03 Vrms，1800Hz18Hz 行程：-44mm +66

15、mm 機(jī)械行程：-46mm +68mm 輸出電壓：1 Vrms01.5 Vrms 1% 工作溫度：-55 +150 溫漂： 0.015% FS /,航空傳感器,高壓LVDT 外形圖見圖1-16所示，CW-HKAC13-25。,圖1-16,主要技術(shù)指標(biāo)： 激勵(lì)電壓和頻率：3Vrms 3000Hz 行程：25mm 輸出電壓：01.5 Vrms 1% 零點(diǎn)電壓：20mVrms 線性度：0.8%,工作溫度：-55 +160 溫漂：0.01% FS / 輸入阻抗：300 OHMS 輸出阻抗：2K OHMS 絕緣電阻：10 M 承受壓力：10MPa,航空傳感器,大行程高穩(wěn)定性LVDT 外形圖見圖1-17，

16、CW-HKAC20-384，行程與體長(zhǎng)之比為78%。,圖1-17,特種LVDT,高溫LVDT 主要技術(shù)指標(biāo)： 輸入電壓和頻率：3Vrms 2.5KHz 行程：25mm 線性度：0.25% 靈敏度：18mV/V/mm 工作溫度：-50 +300 輸入阻抗：600 OHMS 20% 骨架用12.7x 1.6 x 164mm陶瓷 管，絕緣墊片是可承受800的 HP6M-3無(wú)機(jī)膠白云母墊片。,高精度高穩(wěn)定性防幅射LVDT 主要技術(shù)指標(biāo)： 激勵(lì)頻率：2.5KHz 激勵(lì)電壓：3Vrms (5 Vrms Max) 行程：40mm 機(jī)械行程：50mm 線性度：0.1%FS 靈敏度：15mV/V/mm 工作溫度

17、：0 155 溫漂：0.01%/ (+10+70) 抗輻射：50 M Gray 外形圖見圖1-18,圖1-18,特種LVDT,高精度高穩(wěn)定性防幅射LVDT的應(yīng)用，歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)工作原理示意圖如下。,圖1-19,特種LVDT,歐洲大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)客戶測(cè)試報(bào)告,特種LVDT,大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)簡(jiǎn)介： 大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)是世界上最大、能量最高的粒子加速器，旨在探究宇宙起源，它建在法國(guó)與瑞士邊境下一條16.7英里（約合27公里）長(zhǎng)的環(huán)形隧道內(nèi)，如圖1-20，由歐洲核子研究中心負(fù)責(zé)管理。 大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)共有4臺(tái)探測(cè)器構(gòu)成，它們分別安裝在環(huán)形隧道的4個(gè)地下巨洞內(nèi)，分布在大型強(qiáng)子對(duì)撞周圍。其中，ALICE探測(cè)器高

18、16米、重約1萬(wàn)噸，如圖1-21。 大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)創(chuàng)造了一個(gè)迷你版本的“宇宙大爆炸”，如圖1-22，而宇宙正是誕生于大約140億年前的大爆炸。報(bào)道稱，實(shí)驗(yàn)的成功將開啟粒子物理學(xué)研究的新世紀(jì)。 據(jù)報(bào)道，迷你版“宇宙大爆炸”是通過令鉛離子高速撞擊產(chǎn)生的，撞擊產(chǎn)生的溫度是太陽(yáng)核心溫度的100萬(wàn)倍，重現(xiàn)了大爆炸后宇宙的瞬間狀況。,特種LVDT,圖1-20 大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)環(huán)形隧道,圖1-21 大型強(qiáng)子對(duì)撞機(jī)結(jié)構(gòu)圖,圖1-22 迷你“宇宙大爆炸”效果圖,特種LVDT,超高溫或超低溫防幅射LVDT 工作溫度從-195550可以抵抗高達(dá)1011rads或109gray的輻射，實(shí)物照片見圖1-23。,圖1-23

19、,主要技術(shù)指標(biāo)： 輸入電壓： 3 Vrms（標(biāo)稱） 頻率范圍： 400Hz至5KHz 工作溫度： -320F至+1022F （- 195至550） 溫度允限： -450F至+1200F （-270至650） 零點(diǎn)電壓： 0.5% 滿量程輸出 耐受沖擊： 10g （11毫秒） 振動(dòng)允限： 10g （2KHz） 線圈材料： 陶瓷 外殼材料： AISI 304系列不銹鋼 導(dǎo)線： 28 AWG 固態(tài)鎳，MgO絕緣，標(biāo)準(zhǔn)全長(zhǎng)72英寸（180厘米）；直徑3/16英寸（4.75毫米），最小彎道半徑1/2英寸（12.5毫米）的不銹鋼護(hù)套。,雙余度LVDT 外形如圖1-24，每個(gè)外殼中裝兩個(gè)相同的LVDT。,圖

20、1-24,特種LVDT,主要技術(shù)指標(biāo)： 輸入電壓和頻率：7Vrms 3KHz1% 行 程：0 1.5inch 輸出電壓：0.73.5 Vrms 0.1 不同行程 0 50% 100% Vrms 0.70.1 2.10.1 3.50.1 工作溫度：-40 +121 負(fù)載阻抗：10K OHMS 相 位： 10,高靈敏度高分辨率LVDT 外形見圖1-25。,圖1-25,特種LVDT,技術(shù)指標(biāo)： 激勵(lì)電壓和頻率：7.00.07 Vrms 180018Hz 行程： 0.5mm 零點(diǎn)電壓： 8m Vrms 線性度： 0.3%FS 溫度漂移： 0.015%FS/ 重復(fù)性： 0.15% 絕緣電阻： 10M O

21、HMS 工作溫度： -55 +150,實(shí)測(cè)0.5mm輸出為1.07 Vrms，靈敏度高達(dá)305.7mv/v/mm，分辨率為0.1m， 51/2 數(shù)字電壓表 行程0.1m 可顯示000.214mv。,超小型LVDT 外形圖見圖1-26，外形尺寸4.77x19，行程1.25mm，實(shí)物照片見 圖1-27所示。微型LVDT的特點(diǎn)：它特別適用于對(duì)微型組件進(jìn)行多點(diǎn)測(cè) 量。鐵芯重量基本上可以忽略不計(jì)。生產(chǎn)時(shí)需要采用極其復(fù)雜的裝配工 藝。線圈用細(xì)如毛發(fā)的金屬絲繞成。導(dǎo)線焊接和一些精密的裝配活由技術(shù) 嫻熟的專業(yè)人員借助雙目顯微鏡進(jìn)行。外殼可屏蔽電磁。,圖1-26,特種LVDT,技術(shù)指標(biāo)： 輸入電壓：1 Vrms（最大） 頻率范圍：2.5kHz 至 20kHz 工作溫度：-65F至300F （-25C至85C） 零點(diǎn)電壓： 1.0%FS 耐受沖擊：1000g/11ms 振動(dòng)允限：