המונח LVDT או שנאי דיפרנציאלי משתנה לינארי הוא מתמר סידורי ליניארי שלם ונטול חיכוך באופן טבעי. יש להם מחזור חיים אינסופי כאשר משתמשים בו כראוי. מכיוון ש- LVDT מבוקר AC אינו כולל כל סוג של אלקטרוניקה , הם התכוונו לעבוד בטמפרטורות נמוכות מאוד, אחרת עד 650 ° C (1200 ° F) בסביבות חסרות רגישות. היישומים של LVDTs כוללים בעיקר אוטומציה, טורבינות כוח, מטוסים, הידראוליקה, כורים גרעיניים, לוויינים ועוד רבים אחרים. אלה סוגי מתמרים מכילים תופעות פיזיקליות נמוכות וחזרה יוצאת מן הכלל.

ה- LVDT משנה פריקה ליניארית ממיקום מכני לאות חשמלי יחסי כולל פאזה ומשרעת של מידע הכיוון והמרחק. פעולת ה- LVDT אינה זקוקה לקשר חשמלי בין החלקים הנוגעים לסליל, אך כחלופה תלוי בצימוד האלקטרומגנטי.

מהו LVDT (שנאי דיפרנציאלי משתנה לינארי)?

הטופס המלא של LVDT הוא 'שנאי דיפרנציאלי משתנה לינארי' הוא LVDT. באופן כללי, LVDT הוא סוג מתמר רגיל. התפקיד העיקרי של זה הוא להמיר את התנועה המלבנית של אובייקט לאות החשמלי המקביל. LVDT משמש לחישוב עקירה ועובד על השנאי עִקָרוֹן.

“מה הכוונה במעבר מתג ”

דיאגרמת חיישני LVDT לעיל כוללת ליבה כמו גם מכלול סלילי. כאן, הליבה מוגנת על ידי הדבר שממוחשב מחושב, ואילו מכלול הסליל מוגדל למבנה נייח. מכלול הסליל כולל שלושה סלילי פיתול תיל בצורת החלול. הסליל הפנימי הוא העיקרי, שמופעל ממקור AC. השטף המגנטי שנוצר על ידי הראשי מחובר לשני הסלילים הקטנים, מה שהופך מתח AC בכל סליל.

שנאי דיפרנציאלי משתנה לינארי

היתרון העיקרי של מתמר זה, בהשוואה לסוגים אחרים של LVDT, הוא קשיחות. מכיוון שאין מגע מהותי על פני רכיב החישה.

מכיוון שהמכונה תלויה בשילוב של שטף מגנטי, למתמר זה יכול להיות רזולוציה בלתי מוגבלת. כך שניתן להבחין בשבר המינימלי של ההתקדמות על ידי כלי מיזוג אות מתאים, והרזולוציה של המתמר נקבעת באופן בלעדי על ידי הצהרת ה- DAS (מערכת רכישת נתונים).

בניית שנאי דיפרנציאלי משתנה לינארית

LVDT כולל גליל גלילי, שתוחם על ידי סלילה ראשית אחת במוקד של הראשון ושני פיתולי LVDT קלים מתפתלים על המשטחים. כמות הפיתולים בשתי הפיתולים הקטנים שווה ערך, אך הם הפוכים זה לזה כמו כיוון השעון וכיוון נגד כיוון השעון.

בניית שנאי דיפרנציאלי משתנה לינארית

מסיבה זו, מתח o / p יהיה ההבדל במתח בין שני הסלילים הקטנים. שני סלילים אלה מסומנים באמצעות S1 & S2. ליבת ברזל של הערכה ממוקמת באמצע הקודם הגלילי. מתח העירור של AC הוא 5-12V ותדירות ההפעלה ניתנת על ידי 50 עד 400 HZ.

עקרון עבודה של LVDT

עקרון העבודה של שנאי ההפרש המשתנה הליניארי או תורת העבודה LVDT הוא אינדוקציה הדדית. העקירה היא אנרגיה לא חשמלית שמשנים אותה אנרגיה חשמלית . וכיצד משתנים האנרגיה נידון בפירוט בעבודה של LVDT.

עקרון עבודה LVDT

עבודה של LVDT

ניתן לחלק את עבודת דיאגרמת המעגל LVDT לשלושה מקרים בהתבסס על מיקום ליבת הברזל במקור המבודד.

במקרה -1: כאשר הליבה של ה- LVDT נמצאת במקום האפס, אז שני שטף הפיתולים הקטן יהיו שווים, כך שה- emf המושרה דומה בפיתולים. אז ללא נקע, ערך הפלט (ה_{הַחוּצָה}) הוא אפס מכיוון שגם e1 וגם e2 שווים. לפיכך, זה ממחיש כי לא התרחש נקע.
במקרה -2: כאשר הליבה של ה- LVDT מועברת לנקודת האפס. במקרה זה, השטף הכרוך במפתל קל S1 הוא נוסף בניגוד לשטף המתחבר עם סלילה S 2. מסיבה זו, e1 יתווסף לזה של e2. בשל כך ה_{הַחוּצָה}(מתח יציאה) חיובי.
במקרה 3: כאשר הליבה של ה- LVDT מועברת לנקודת האפס, במקרה זה, כמות ה- e2 תתווסף לזו של e1. בשל כך ה_{הַחוּצָה}מתח המוצא יהיה שלילי בתוספת זה ממחיש את o / p עד למטה בנקודת המיקום.

מהי תפוקת ה- LVDT?

הפלט של מכשיר המדידה כמו LVDT או שנאי דיפרנציאלי משתנה ליניארי הוא גל סינוס דרך משרעת שהוא פרופורציונלי למיקום מחוץ למרכז & 0⁰ אחרת 180⁰ של שלב מבוסס על הצד הממוקם של הליבה. כאן נעשה שימוש בתיקון גל מלא להפחתת האות. הערך הגבוה ביותר של מנוע החוצה (EOUT) קורה בתזוזת הליבה הגבוהה ביותר ממצב האמצע. זוהי פונקציית משרעת של מתח עירור בצד הראשי, כמו גם גורם הרגישות של הסוג הספציפי של LVDT. באופן כללי, זה די משמעותי ב- RMS.

מדוע להשתמש ב- LVDT?

חיישן מיקום כמו LVDT הוא אידיאלי למספר יישומים. הנה רשימה של הסיבות לכך שהוא משמש.

החיים המכניים הם אינסופיים

לא ניתן להחליף סוג זה של חיישן גם לאחר מיליוני מחזורים ועשורים.

ליבה וסליל נפרדים

LVDTs משמשים משאבות, שסתומים ומערכות מפלס. הליבה של LVDT יכולה להיחשף לתקשורת בטמפרטורה ולחץ גבוה בכל פעם שניתן להפריד בין הסלילים והדיור דרך מתכת, צינור זכוכית אחרת שרוולים וכו '.

המדידה היא ללא חיכוך

המדידה של LVDT היא ללא חיכוך מכיוון שאין חלקי חיכוך, אין שגיאות ואין התנגדות.

הרזולוציה היא אינסופית

באמצעות LVDTs, ניתן לחשב את התנועות הזעירות גם במדויק.

יכולת החזרה היא מעולה

LVDTs לא צפים אחרת מרעישים סוף סוף גם אחרי עשרות שנים.

חוסר רגישות לתנועת ליבה צולבת

לא ניתן לפגוע באיכות המדידה ולא בתחושות ולא בזיג זיג.

יכולת החזרה היא אפסית

בין 300 ° F - 1000 ° F, חיישנים אלה תמיד מספקים לך נקודת התייחסות אמינה

מיותר של מוצרי אלקטרוניקה
פלט שלם
התאמה אישית אפשרית עבור כל סוג של יישום

סוגים שונים של LVDT

הסוגים השונים של LVDTs כוללים את הדברים הבאים.

ארמטורה בשבי LVDT

סוגים אלה של LVDTs מעולים עבור סדרות עבודה ממושכות. LVDTs אלה יסייעו במניעת סידורים שגויים מכיוון שהם מכוונים ומבוקרים על ידי מכלולי התנגדות נמוכה.

אבודים לא מונחים

לסוגים אלה של LVDT יש התנהגות בלתי מוגבלת של רזולוציה, המנגנון של LVDT מסוג זה הוא תוכנית ללא שחיקה שאינה שולטת בתנועה של נתונים מחושבים. LVDT זה מחובר לדגימה שיש לחשב, ומתאים במלואו בצילינדר, הכרוך בגוף המתמר הליניארי שיוחזק באופן עצמאי.

כפה על אבזור מורחב

השתמש במנגנוני קפיץ פנימיים, מנועים חשמליים להתקדם האבזור ללא הרף עד לרמתו המלאה ביותר. אבזור זה מועסק ב- LVDT ליישומים נעים איטית. מכשירים אלה אינם זקוקים לשום קשר בין האבזור לדגימה.

מתמרים עקירה משתנים ליניאריים משמשים בדרך כלל בכלי עיבוד שבבי עכשוויים, רובוטיקה, או בקרת תנועה, אוויוניקה ואוטומטית. הבחירה בסוג LVDT ישים ניתנת למדידה בעזרת כמה מפרטים.

מאפייני LVDT

המאפיינים של LVDT נדונים בעיקר בשלושה מקרים כמו מיקום אפס, מיקום ימני עליון ומיקום שמאלי עליון.

עמדה אפסית

ניתן להמחיש את הליך העבודה של LVDT במקום צירי אפס, אחרת אפס באיור הבא. במצב זה, הפיר יכול להיות ממוקם בדיוק במרכז פיתולי S1 ו- S2. כאן, פיתולים אלה הם פיתולים משניים, המגדילים את ייצור השטף המקביל, כמו גם את המתח המושרה על גבי המסוף הבא בהתאמה. מיקום זה נקרא גם מיקום אפס.

LVDT במצב אפס

רצף שלב היציאה כמו גם בידול גודל המוצא ביחס לאותות קלט שמקבלים תזוזה ותנועה של הליבה. סידור הפיר במיקום הנייטרלי או באפס מציין בעיקר כי המתחים המושרים על פני פיתולים משניים המחוברים בסדרה הם שווי ערך וביחס הפוך ביחס למתח o / p נטו.

EV1 = EV2

Eo = EV1– EV2 = 0 וולט

המיקום הימני הגבוה ביותר

במקרה זה, המיקום הימני הגבוה ביותר מוצג באיור שלהלן. ברגע שהציר מועבר לכיוון הימני, אז ניתן לייצר כוח עצום על פני סלילה S2, לעומת זאת, ניתן לייצר את הכוח המינימלי על פני סלילה S1.

LVDT מימין

לפיכך, ה- E2 (מתח מושרה) עדיף במידה ניכרת על E1. משוואות המתח הדיפרנציאליות המתקבלות מוצגות להלן.

עבור EV2 = - EV1

מיקום שמאלי מרבי

באיור הבא, הפיר יכול להיות מוטה יותר לכיוון הצד השמאלי, ואז ניתן ליצור שטף גבוה על פני סלילת S1 ולגרום למתח על פני 'E1' כאשר 'E2' מצטמצם. המשוואה לכך מובאת להלן.

עבור = EV1 - EV2

ניתן לחשב את פלט ה- LVDT הסופי במונחים של תדר, זרם או מתח. תכנון מעגל זה יכול להתבצע גם עם מעגלים מבוססי מיקרו-בקר כמו PIC, Arduino וכו '.

LVDT משמאל

מפרט LVDT

המפרט של LVDT כולל את הדברים הבאים.

לינאריות

ההבדל הגבוה ביותר בין פרופורציה ישר בין מרחק מחושב למרחק o / p בטווח חישוב.

> (0.025 +% או 0.025 -%) סולם מלא
(0.025 עד 0.20 +% או 0.025 עד 0.20 -%) סולם מלא
(0.20 עד 0.50 +% או 0.20 עד 0.50 -%) סולם מלא
(0.50 עד 0.90 +% או 0.50 עד 0.90 -%) סולם מלא
(0.90 עד +% או 0.90 עד -%) סולם מלא ומעלה
0.90 עד ±% בקנה מידה מלא ומעלה

טמפרטורות הפעלה

טמפרטורות ההפעלה של LVDT כוללות

> -32ºF, (-32-32ºF), (32 -175ºF), (175-257ºF), 257ºF ומעלה. טווח הטמפרטורה שבתוכו המכשיר חייב לפעול במדויק.

טווח מדידה

טווח מדידת ה- IVDT כולל

0.02 ″, (0.02-0.32 ″), (0.32 - 4.0 ″), (4.0-20.0 ″), (± 20.0 ″)

דיוק

מסביר את אחוז ההפרש בין הערך האמיתי של כמות הנתונים.

תְפוּקָה

זרם, מתח או תדר

מִמְשָׁק

פרוטוקול סדרתי כמו RS232, או פרוטוקול מקביל כמו IEEE488.

סוגי LVDT

מבוסס תדרים, איזון זרם מבוסס AC / AC, או מבוסס DC / DC.

גרף LVDT

דיאגרמות הגרף LVDT מוצגות להלן המציגות את הווריאציות בפיר וכן את התוצאה שלהן במונחים של גודל תפוקת ה- AC ההפרש מנקודת אפס ופלט של זרם ישר מאלקטרוניקה.

הערך המרבי של תזוזת ציר ממיקום הליבה תלוי בעיקר בגורם הרגישות וכן במשרעת מתח העירור הראשי. הפיר נשאר במצב האפס עד שמצוין מתח עירור ראשי המופנה לסליל הראשי.

וריאציות פיר LVDT

כפי שמוצג באיור, קוטביות DC o / p או מעבר פאזה מגדירים בעיקר את מיקום הפיר לנקודת האפס לייצג את המאפיין כמו הליניאריות o / p של המודול של LVDT.

דוגמה לשנאי דיפרנציאלי משתנה לינארי

אורך השבץ של LVDT הוא ± 120 מ'מ ויוצר רזולוציה של 20mV / mm. אז, 1) מצא את מתח ה- o / p המרבי, 2) את מתח ה- o / p ברגע שהליבה מועברת עם 110 מ'מ ממיקומה האפס, c) מיקום הליבה מהאמצע ברגע שמתח ה- o / p הוא 2.75 וולט, ד) מצא את השינוי במתח o / p ברגע שהליבה עוברת מהתזוזה של + 60 מ'מ ל -60 מ'מ.

א). המתח הגבוה ביותר ב- o / p הוא VOUT

אם מ'מ אחד של תנועה מייצר 20mV, אז 120mm של תנועה מייצר

VOUT = 20mV x 120mm = 0.02 x 120 = ± 2.4 וולט

ב). VOUT עם תזוזת ליבה של 110 מ'מ

אם תזוזת ליבה של 120 מ'מ מייצרת תפוקה של 2.4 וולט, אז תנועה של 110 מ'מ מייצרת

Vout = תזוזה של הליבה X VMAX

יציאה = 110 X 2.4 / 120 = 2.2 וולט

תזוזת המתח של LVDT

ג) מיקום הליבה כאשר VOUT = 2.75 וולט

Vout = תזוזה של הליבה X VMAX

עקירה = אורך Vout X / VMax

D = 2.75 X 120 / 2.4 = 137.5 מ'מ

ד). שינוי המתח מהתזוזה של + 60 מ'מ ל -60 מ'מ

Vchange = + 60 מ'מ - (-60 מ'מ) X 2.4 V / 130 = 120 X 2.4 / 130 = 2.215

לפיכך שינוי מתח היציאה נע בין +1.2 וולט ל -1.2 וולט כאשר הליבה עוברת מ- 60 מ'מ ל -60 מ'מ בהתאמה.

מתמרים לעקירה זמינים בגדלים שונים באורכים שונים. מתמרים אלה משמשים למדידת מספר ממס עד 1 שניות שיכולים לקבוע משיכות ארוכות. עם זאת כאשר LVDT מסוגלים לחשב תנועה לינארית בקו ישר, אז יש שינוי ב- LVDT כדי לאמוד את התנועה הזוויתית המכונה RVDT (שנאי דיפרנציאלי משתנה סיבובי).

יתרונות וחסרונות של LVDT

היתרונות והחסרונות של LVDT כוללים את הדברים הבאים.

המדידה של טווח העקירה של LVDT גבוהה מאוד, והיא נעה בין 1.25 מ'מ ל -250 מ'מ.
תפוקת LVDT גבוהה מאוד, והיא אינה דורשת שום הרחבה. היא מחזיקה בחמלה גבוהה שהיא בדרך כלל כ- 40 וולט / מ'מ.
כאשר הליבה עוברת בתוך חלול חלול כתוצאה מכך אין כשל בקלט תזוזה בזמן אובדן חיכוך, ולכן הוא הופך LVDT למכשיר מדויק.
LVDT מדגים היסטריה קטנה ולכן חזרה היא יוצאת דופן בכל המצבים
צריכת החשמל של ה- LVDT נמוכה מאוד בערך 1W כפי שהיא מוערכת על ידי מתמרים מסוג אחר.
LVDT משנה את העקירה הליניארית למתח חשמלי שהוא פשוט להתקדם.
LVDT מגיב להתרחק משדות מגנטיים, ולכן הוא זקוק כל הזמן למערכת שתשמור עליהם מפני שדות מגנטיים נסחפים.
זה מושג כי LVDTs הם מועילים יותר לעומת כל סוג של מתמר אינדוקטיבי.
LVDT נפגע על ידי טמפרטורה, כמו גם רעידות.
שנאי זה זקוק לתזוזות גדולות כדי לקבל תפוקת דיפרנציאל משמעותית
אלה מגיבים לשדות מגנטיים תועים
יש לבחור את המכשיר הקולט לעבודה על אותות זרם חילופין אחרת יש להשתמש במפגן n / w אם יש צורך ב- dc o / p.
התגובה הדינמית המוגבלת יש שם באופן מכני דרך מסת הליבה וחשמלית דרך המתח המיושם.

יישומי שנאי דיפרנציאלי משתנים לינאריים

היישומים של מתמר ה- LVDT כוללים בעיקר היכן שיש לחשב נקעים הנעות בין חלוקה של מ'מ לכמה סמ'מים בלבד.

חיישן ה- LVDT עובד כמתמר הראשי, וזה משנה נקע לאות חשמלי ישר.
מתמר זה יכול לעבוד גם כמתמר משני.
LVDT משמש למדידת המשקל, הכוח וגם הלחץ
בכספומטים בעובי שטר דולר
משמש לבדיקת לחות קרקע
במכונות לייצור גלולות
מנקה רובוטי
הוא משמש במכשירים רפואיים לחיטוט מוח
חלק מהמתמרים הללו משמשים לחישוב הלחץ והעומס
LVDT משמשים בעיקר בתעשיות כמו גם סרווכניות .
יישומים אחרים כמו טורבינות כוח, הידראוליקה, אוטומציה, מטוסים ולוויינים

מהמידע לעיל לבסוף, אנו יכולים להסיק כי למאפייני LVDT תכונות ויתרונות משמעותיים מסוימים, שרובם נובעים מעקרונות פיזיקליים בסיסיים של הפעולה או מחומרים וטכניקות המשמשים לבנייתם. הנה שאלה עבורך, מהו טווח הרגישות הרגיל ל- LVDT?