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線性位移傳感器lvdt：LVDT位移傳感器的優缺點

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線性位移傳感器lvdt：LVDT位移傳感器的構成原理及特點

LVDT(Linear.Variable。Differential。Transformer)是線性可變差動變壓器縮寫，簡單地說是鐵芯可動變壓器。所以，LVDT位移傳感器也可稱之為LVDT差動變壓器式位移傳感器，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系（位移傳感器的種類）。電子器件設計者就是利用這一原理制造出LVDT位移傳感器。那么，什么是LVDT位移傳感器呢（什么是位移傳感器）?如圖所示，即為常見的LVDT位移傳感器。小編通過搜集整理資料對LVDT位移傳感器的構成原理（位移傳感器原理）及特點進行了歸納總結。

常見的LVDT位移傳感器
?

LVDT差動變壓器式位移傳感器的構成原理：

? ? LVDT的結構由鐵心、銜鐵、初級線圈、次級線圈組成，如右圖所示，

LVDT差動變壓器式位移傳感器的構成

? ? 當初級線圈 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 之間就產生感應電動勢，隨著鐵心的位置不同，互感量也不同，次級產生的感應 電動勢也不同，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, ,輸出電壓為差動電壓。

? ? 當鐵芯往右移動時，次級線圈 2 感應的電壓大于次級線圈 1;當鐵芯往左移動時，次級線圈 1 感應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。

? ? 初級線圈、次級線圈分布在線圈骨架上，線圈內部有一個可自由移動的桿狀銜鐵。當銜鐵處于中間位置時，兩個次級線圈產生的感應電動勢相等，這樣輸出電壓為0;當銜鐵在線圈內部移動并偏離中心位置時，兩個線圈產生的感應電動勢不等，有電壓輸出，其電壓大小取決于位移量的大小。

? ? 為了提高傳感器的靈敏度，改善傳感器的線性度、增大傳感器的線性范圍，設計時將兩個線圈反串相接、兩個次級線圈的電壓極性相反，LVDT輸出的電壓是兩個次級線圈的電壓之差，這個輸出的電壓值與鐵心的位移量成線性關系。

? ? LVDT工作過程中，鐵心的運動不能超出線圈的線性范圍，否則將產生非線性值，因此所有的LVDT均有一個線性范圍。

? ? 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 是沒有摩擦 的部件。 它被用于可以承受輕質鐵芯負荷， 但無法承受摩擦負荷的重要測量。 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。在對材料和結構進行疲勞測試 等應用中，這是極為重要的技術要求。此外，無限的機械壽命對于飛機、導彈、宇宙飛船以及重要工業設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并生成 輸出。外部電子設備的可讀性是對分辨率的唯一限制。

? ? 4,零位可重復性

? ? LVDT 構造對稱，零位可回復。LVDT 的電氣零位可重復性高，且極其穩定。用在閉環控制系統中，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,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。即使受到工業環境中常有的強大沖擊、巨幅振動，LVDT 也能繼續發 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 圈組實現氣密封， 不再需要對運動構件進行動態密封。 對于加壓系統內的線圈組， 只需使用靜態密封即可。

? ? 8,環境適應性

? ? LVDT 是少數幾個可以在多種惡劣環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境下工作。例如，在類似液氮的低溫環境中或核輻射環境。雖然在大 多數情況下，LVDT 具有無限的工作壽命(理論上) ，置于惡劣環境下的 LVDT，工作壽命卻因環境不同而各不相同。

? ? 9,LVDT 與光柵，磁柵，等高精度測長儀器相比有以下幾個優點缺點：

? ? 優點：動態特性好，可用于高速在線檢測，進行自動測量，自動控制。光柵、 磁柵等測量速度一般為 1.5m/s 以內，只能用于靜態測量。 LVDT 可在強磁場，大電流，潮濕，粉塵等惡劣環境下使用。 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，全密土封在水下工作。 可靠性非常好，能承受沖擊達 150g/11ms ，振動頻率 2KHz 加速度 20g。體 積小，價格低，性能價格比高。

? ? 總結

? ? LVDT線性差動變壓器式位移傳感器主要用于測量如位移、距離、伸長、移動、厚度、膨脹、液位、應變、壓縮、重量等各種物理量。在航天、航空、電力、石油化工、機械、軍工、紡織、汽車、煤炭、地震監測、高等院校及科研院所等領域有著廣泛的應用。本文主要介紹了LVDT位移傳感器的工作原理、特點等基礎知識。

線性位移傳感器lvdt：LVDT線性位移傳感器設計.doc

ＬVDT線性位移傳感器的設計
一、引言　
差動變壓器式傳感器的特點是靈敏度高、分辨力大，能測出0．1ｕm更小的機械位移變化；傳感器的輸出信號強，有利于信號的傳輸;重復性好,在一定位移范圍內,輸出特性的線性度好,并且比較穩定，因此廣泛應用于壓力、位移傳感器的設計制造中,尤其在航空、航天等環境惡劣、環境溫度高的壓力測量方面，也得到了廣泛的應用。
二、方案論證
１.參數要求
給定原始數據及技術要求
1）.最大輸入位移為100ｍm
2）靈敏度不小于８0V／m
3)非線性誤差不大于１0％
4)零位誤差不大于1mv
５）。電源為9v,40０HＺ
6).最大尺寸結構為160mmX21ｍm
2.方案討論
根據給定技術要求選擇電感變換元件的類型及測量電路的形式，如圖1所示
圖1、傳感器的組成框圖
１）傳感器電感變換元件類型的選擇
（1）測量范圍小,如位移從零點幾微米至數百微米，且當線性范圍也小時，常用E形或II形平膜硅鋼片疊成的電感式傳感器或差動變壓器。
（２) 螺線管，常用于測量1ｍm以上至數百毫米的大位移，其線性范圍也較大。
2)測量電路的選擇
測量電路主要依據選定的電感變換器的種類、用途、靈敏度、精度及輸出形式等技術要求來確定。
３.螺管型差動變壓器的工作原理
差動輸出電動勢為 E=jωI1（M１—M2） ＝ jωI1ΔM=fΔM
所以，差動變壓器輸出電動勢為兩副邊線圈互感之差ΔM的函數。
螺管型差動變壓器結構復雜,常用二節式、三節式、一節式的靈敏度高，但三節式的零點較好。
差動變壓器的工作原理類似變壓器的作用原理。這種類型的傳感器主要包括有銜鐵、一次繞組和二次繞組等.一、二次繞組間的耦合能隨銜鐵的移動而變化,即繞組間的互感隨被測位移改變而變化。由于在使用時采用兩個二次繞組反向串接，以差動方式輸出,所以把這種傳感器稱為差動變壓器式電感傳感器，通常簡稱差動變壓器。圖2為三節式螺管型差動變壓器的示意圖。
圖2　三節式差動變壓器的結構形式
三．螺管型差動變壓器的參數計算
現以三節式螺管型差動變壓器式傳感器為例來說明參數的設計計算方法，其結構如圖3.由推導的數學模型可知：所推導處的各種公式是設計螺管型差動變壓器式傳感器的主要依據。
1.激磁繞組長度的確定
通常是在給定非線性誤差γ及最大動態范圍ΔlＭAX的條件下來確定值b,即
聯立以上各式解得
(3—１)
2.銜鐵的長度的確定
由結構圖３的幾何尺寸關系可知,鐵芯的長度為：
式中、l1，l2 －-銜鐵在兩個副邊繞組m中的長度;
　 d－-初次線圈間骨架厚度；
b－－原邊線圈的長度；
m—－兩副邊繞組長度.
初始狀態時有l１=l2＝l0，則銜鐵的長度由圖3的幾何尺寸有
　 (3－2）
設計時，一般取l0=b，故有lc=3ｂ+2d,通常取d＜<b,則 ｌc="3b" 由式(3—1）求得為b＝2。24cm，求得為lｃ="６.7２cm." 3．副邊線圈長度的確定="" 設：(1）銜鐵插入到兩個副邊繞組的長度分別為l1、l2，="" 且在初始狀態時：l1="l2＝l0;　" (２）最大動態范圍ΔlＭax為已知給定值。則應該成立，才能保證銜鐵工作時不會超出線圈以外。一般取l0="b，則" 　="" 　　="" （3—3）="" 式中，δ—保證在最大動態范圍ΔlＭax時銜鐵仍不會超出線圈之外的保險余量.一般取δ＝2～10ｍｍ="" ，在b值較小時，δ值可取大一些。="" 此處取為δ="10mm，求得m＝5.85ｍm。" ４．經驗數據="" 一般銜鐵長度ｌc與銜鐵半徑rc之比可取為="" 骨架外徑Ｒ與內徑r之比可取為="" r="" 在設計骨架內徑r與銜鐵半徑rc應盡量取得相近,即r＝ｒｃ,這樣可簡化計算工作量。="" 由為lc="1０。0５，求得為rｃ=0。5cｍ,R為1ｃｍ（取R" ／="" r　＝　２)。="" 圖3、螺管差動變壓器式結構以及磁場分布圖="" ５。激磁電壓頻率的選定="" 電源電壓的頻率會影響到靈敏度鐵損和耦合電容以及線圈阻抗的損耗等。其結果都將影響輸出電壓的大小,所以對電源頻率的選擇也是一個非常重要的參數,由于上述原因，電源頻率需要根據頻率特性來選取.="" 在忽略傳感器的渦流損失，鐵損失和耦合電容等影響，其等效電路如圖4所示。="" 圖4、差動變壓器式傳感器等效電路="" 設：="" 1.="" ep、i－-初級線圈激磁電壓及電流;="" 2.　Ｌ1、rp—-初級線圈電感及電阻="" ３．m1、m2—-初級與次級線圈間互感=""

線性位移傳感器lvdt：TD系列位移傳感器｜ LVDT 線性位移傳感器

　　線性量程全部行程范圍±10，±12.5，±17.5，
(mm)±25，±37.5，±50，
±100，±125，±150，
±175，±200，±250，　　±300，±350，±400
非線性度