LVDT位移傳感器原理及應(yīng)用—信為科技(共13頁)

1、LVDT位移傳感器原理及應(yīng)用作者:鮑亞子(高級工程師)深圳市信為科技發(fā)展有限公司一概述 隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，自動化程度的不斷提高，傳感器的用量越來越大，開發(fā)高新技術(shù)位移傳感器產(chǎn)品具有廣闊的前景。該產(chǎn)品具有精度高，動態(tài)特性好，工作可靠，使用方便等特點。差動變壓器式位移傳感器（LVDT）可廣泛應(yīng)用于航天航空、機械、建筑、紡織、鐵路、煤炭、冶金、塑料、化工以及科研院校等國民經(jīng)濟(jì)各行各業(yè)，用來測量伸長、振動、物體厚度、膨脹等的高技術(shù)產(chǎn)品。深圳市信為科技發(fā)展有限公司是專業(yè)生產(chǎn)位置傳感器的高科技公司,我公司生產(chǎn)的LVDT有分體式,回彈式,氣動式,耐壓式,及各種定制產(chǎn)品, 具有測量精度高,性能穩(wěn)定,

2、防水,抗沖擊能力強,適合較惡劣環(huán)境下使用, ,是客戶安全放心的選擇. 二、工作原理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(dāng)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(guān)系。當(dāng)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(nèi)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(chǎn)生感應(yīng)電動勢，隨著鐵心的位置不同，互感量也不同，次級產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢也不同，

3、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原理圖當(dāng)鐵芯往右移動時，次級線圈2感應(yīng)的電壓大于次級線圈1；當(dāng)鐵芯往左移動時，次級線圈1感應(yīng)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(nèi)是傳感器的量程，當(dāng)鐵芯移動行程大于100%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(guān)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線圈通常與殼體緊固為一體，鐵芯與測桿緊固為另一體，當(dāng)兩體間發(fā)生相對位移時，就產(chǎn)生位移電壓輸出。圖2：LVDT的

4、輸出電壓三.技術(shù)性能 供電電壓： 直流5V 或12V28V 輸出信號： 0.54.5VDC或05VDC, 010VDC, 420 mA 頻率響應(yīng)（-3dB）： 250Hz（最大） 50HZ（電流輸出） 線性誤差（滿量程輸出）： 0.25% of FS 重復(fù)誤差： 0.01% of FS 使用溫度： -25+85 （最大-55+150) 零點溫度系數(shù)： 0.008%/ 靈敏度溫度系數(shù)： 0.025%/(額定) 耐振極限： 10g，2kHz 抗沖擊能力： 150g，11ms 四.為何選擇LVDTLVDT具有以下特點:1,無摩擦測量LVDT 的可動鐵芯和線圈之間通常沒有實體接觸，也就是說LVDT 是

5、沒有摩擦的部件。它被用于可以承受輕質(zhì)鐵芯負(fù)荷，但無法承受摩擦負(fù)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。2,無限的機械壽命 由于LVDT 的線圈及其鐵芯之間沒有摩擦和接觸，因此不會產(chǎn)生任何磨損。這樣LVDT的機械壽命，理論上是無限長的。在對材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞測試等應(yīng)用中，這是極為重要的技術(shù)要求。此外，無限的機械壽命對于飛機、導(dǎo)彈、宇宙飛船以及重要工業(yè)設(shè)備中的高可靠性機械裝置也同樣是重要的。 3,無限的分辨率LVDT的無摩擦運作及其感應(yīng)原理使它具備兩個顯著的特性。第一個特性是具有真正的無限分辨率。這意味著 LVDT 可以對鐵芯最微小的運動作出響應(yīng)并

6、生成輸出。外部電子設(shè)備的可讀性是對分辨率的唯一限制。4,零位可重復(fù)性LVDT 構(gòu)造對稱，零位可回復(fù)。LVDT的電氣零位可重復(fù)性高，且極其穩(wěn)定。用在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，LVDT 是非常出色的電氣零位指示器。 5,徑向不敏感LVDT對于鐵芯的軸向運動非常敏感，徑向運動相對遲鈍。這樣，LVDT 可以用于測量不是按照精準(zhǔn)直線運動的物體，例如，可把LVDT耦合至波登管的末端測量壓力。6,輸入/輸出隔離LVDT被認(rèn)為是變壓器的一種，因為它的勵磁輸入（初級）和輸出（次級）是完全隔離的。LVDT無需緩沖放大器，可以認(rèn)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。7,

7、堅固耐用 制造LVDT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(yè)環(huán)境中常有的強大沖擊、巨幅振動，LVDT 也能繼續(xù)發(fā)揮作用。鐵芯與線圈分離LVDT 鐵芯與線圈彼此分離，在鐵芯和線圈內(nèi)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(xiàn)氣密封，不再需要對運動構(gòu)件進(jìn)行動態(tài)密封。對于加壓系統(tǒng)內(nèi)的線圈組，只需使用靜態(tài)密封即可。 8,環(huán)境適應(yīng)性LVDT 是少數(shù)幾個可以在多種惡劣環(huán)境中工作的變送器之一。例如，密封型LVDT 采用不銹鋼外殼，可以置于腐蝕性液體或氣體中。有時，LVDT 被要求在極端惡劣的環(huán)境下工作。例如，在類似液氮的低溫環(huán)境中

8、或核輻射環(huán)境。雖然在大多數(shù)情況下，LVDT具有無限的工作壽命（理論上），置于惡劣環(huán)境下的LVDT，工作壽命卻因環(huán)境不同而各不相同。9,LVDT與光柵，磁柵，等高精度測長儀器相比有以下幾個優(yōu)點缺點：優(yōu)點：動態(tài)特性好，可用于高速在線檢測，進(jìn)行自動測量，自動控制。光柵、磁柵等測量速度一般為1.5m/s以內(nèi)，只能用于靜態(tài)測量。LVDT可在強磁場，大電流，潮濕，粉塵等惡劣環(huán)境下使用?？梢宰龀稍谔厥鈼l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?？煽啃苑浅：?，能承受沖擊達(dá)150g/11ms ，振動頻率2KHZ加速度20g。體積小，價格低，性能價格比高。五,如何合理選擇我公司的LVDT位移傳

9、感器如何合理選擇我公司的LVDT位移傳感器?選型時,考慮的主要技術(shù)因素有哪些呢？這里為大家介紹一下：1.供電電壓。傳感器1、 位移量程。位移量程指要求測量的位移量有多大,有2.5,5,10,15,25,50,100,250,500 mm等規(guī)格。量程選擇和實際需要最好相近為宜,如實際用8 mm量程,那個選10mm規(guī)格即可2、輸出信號。傳感器輸出的信號常規(guī)的有4-20mA、0-5V、0-10V、RS-485數(shù)字式、等。一般要求遠(yuǎn)距離傳輸(超過20米),最好采用電流輸出或數(shù)字輸出,如果是多根傳感器同時使用,且距離遠(yuǎn),采用數(shù)字RS-485輸出較好3、線性誤差。位移測量時的誤差值,用相對值表示，比如量程

10、5mm的LVDT，線性誤差為0.25%，表示測量位移時的誤差值5mm0.25%=1.25um。4、分辨率。分辨率是指傳感器能夠測量的最小變化大小。對于LVDT位移傳感器,最小分辨率最高可達(dá)0.01um,磁尺位移傳感器最高分辯率達(dá)1um,數(shù)字輸出的位移傳感器的分辨率為16-Bit5、傳感器工作環(huán)境。比如產(chǎn)品是否需要具備耐高低溫，是否需要耐壓,是否需要具備防塵防水防油以及抗電磁波輻射的功能。有些傳感器對環(huán)境的粉塵比較敏感，比如光柵傳感器的工作環(huán)境一定要無塵，且不能有振動,傳感器需要經(jīng)常擦拭干凈，否則會影響檢測，而LVDT或磁尺可適合惡歷的工作環(huán)境。6.測頭的連接方式。有分體式和回彈式兩種選擇,如果

11、在被測件上便于打孔固定的情況上,應(yīng)選擇分體式的LVDT,如果被測件上只能接觸表面測量,那需要選擇回彈式LVDT7、動態(tài)響應(yīng)。傳感器是用于測量動態(tài)或準(zhǔn)靜態(tài)場所,LVDT位移傳感器動態(tài)頻率最高可達(dá)300HZ, 對于動態(tài)要求高于10HZ,回彈式LVDT將不適應(yīng)9、安裝方式。傳感器的機械尺寸、固定方式,可以根據(jù)客戶具體使用環(huán)境設(shè)計安裝夾具。六, SOWAY產(chǎn)品應(yīng)用實例汽車玻璃生產(chǎn): 汽車玻璃由于是一個曲面, 在測量產(chǎn)品是否合格時要求一次多點測量,如外型尺寸和曲面的尺寸,利用我公司生產(chǎn)的SDVN12-15型氣動式LVDT應(yīng)用在測量汽車玻璃的曲面,同時可測20 60個點位,測量精度高,重復(fù)性好挖掘機手柄測

12、控: 挖掘機手柄上面安裝4只(或者2只)LVDT位移傳感器,可以精確測量手柄的位置以便通過液壓缸來控制挖掘機的動作,我公司生產(chǎn)的SDVG12-10型LVDT應(yīng)用在挖掘機的手柄控制桿位置測量,同時測出前后左右比例閥門: 用LVDT精確測量雙向比例閥的閥芯的位置,以便輸出4-20mA的標(biāo)準(zhǔn)電流信號經(jīng)過與預(yù)先設(shè)定的值進(jìn)行比較后輸出一個調(diào)節(jié)信號給與閥相連的電磁開關(guān)線圈,以便在閉環(huán)閥門控制系統(tǒng)中動態(tài)精確控制閥芯的位置,我公司生產(chǎn)的SDVG20-4 型LVDT應(yīng)用在比例閥的位置檢測與控制中.汽車變速箱: 汽車變速箱中的擋位切換位置可以用我公司 SDVG20Z-35型LVDT進(jìn)行準(zhǔn)確測量,并輸出一個電壓信號到主控板上,通過CAN總線傳到相應(yīng)的控制部分, 飛機組裝: 我公司生產(chǎn)的LVDT位移傳感器 SDVH20系列用于測量飛機的組裝生產(chǎn)線上,用于機身拼接過程中鉚釘桿的合理壓縮變形程度LVDT特別適合用于測量制動裝置的摩損,可以通過測量氣缸和制動卡鉗之間的傳動裝置