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LVDT位移传感器原理及应用—信为科技

发布日期:2020-12-17 17:35

  LVDT位移传感器原理及应用—信为科技_信息与通信_工程科技_专业资料。差动变压器式位移传感器(LVDT)可广泛应用于航天航空、机械、建筑、纺织、铁路、煤炭、冶金、塑料、化工以及科研院校等国民经济各行各业,用来测量伸长、振动、物体厚度、膨胀等的高技术产品。

  LVDT 位移传感器原理及应用 作者:鲍亚子(高级工程师) 深圳市信为科技发展有限公司 一.概述 随着我国国民经济的高速发展,自动化程度的不断提高,传感器的用量 越来越大,开发高新技术位移传感器产品具有广阔的前景。 该产品具有精度高,动态特性好,工作可靠,使用方便等特点。 差动变压器式位移传感器(LVDT)可广泛应用于航天航空、机械、建筑、 纺织、铁路、煤炭、冶金、塑料、化工以及科研院校等国民经济各行各业,用来 测量伸长、振动、物体厚度、膨胀等的高技术产品。 深圳市信为科技发展有限公司是专业生产位置传感器的高科技公司,我公司生产 的 LVDT 有分体式,回弹式,气动式,耐压式,及各种定制产品, 具有测量精度高,性能 稳定,防水,抗冲击能力强,适合较恶劣环境下使用, ,是客户安全放心的选择. 二、工作原理 LVDT(Linear.Variable.Differential.Transformer)是线性可变差动变压器缩写。工作原 理简单地说是铁芯可动变压器。它由一个初级线圈、两个次级线圈、铁芯、线圈 骨架、外壳等部件组成。当铁芯由中间向两边移动时,次级两个线圈输出电压之 差与铁芯移动成线性关系。 当初级线 之间供给一定频率的交变电压时,铁芯在线圈内移动改变了 空间的磁场分布,从而改变了初、次级线圈之间的互感量,次级线 之间就产生感应电动势,随着铁心的位置不同,互感量也不同,次级产生的感应 电动势也不同,这样就将铁芯的位移量变成了电压信号输出,由于两个次级线圈 电压极性相反,参见图 1,输出电压为差动电压。 P1 初级线 铁芯 次级 线:LVDT 原理图 次级 线 当铁芯往右移动时,次级线 感应的电压大于次级线;当铁芯往左移 动时,次级线 感应的电压大于次级线,两线圈输出的电压差值大小随铁 芯位移而成线 中的虚线范围内是传感器的量程,当铁芯移动行程大 于 100%时 (虚线之外段) 两次级线圈输出电压的差值与铁芯位移线性关系变差。 , 零点两边的实线段一般是对称的测量范围,两者都是交流信号而相位差 180 度。 实际的 LVDT 线圈通常与壳体紧固为一体,铁芯与测杆紧固为另一体,当两体间 发生相对位移时,就产生位移电压输出。 图 2:LVDT 的输出电压 三.技术性能 ? ? ? ? ? ? ? ? ? 供电电压: 输出信号: 频率响应(-3dB) : 线性误差(满量程输出) : 重复误差: 使用温度: 零点温度系数: 灵敏度温度系数: 耐振极限: 直流 5V 或 12V~28V 0.5~4.5VDC 或 0~5VDC, 0~10VDC, 4~20 mA 250Hz(最大) 50HZ(电流输出) ≤±0.25% of FS <0.01% of FS -25℃~+85℃ (最大-55℃~+150℃) ≤ 0.008%/℃ ≤0.025%/℃(额定) 10g,2kHz ? 抗冲击能力: 150g,11ms 四.为何选择 LVDT LVDT 具有以下特点: 1,无摩擦测量 LVDT 的可动铁芯和线圈之间通常没有实体接触, 也就是说 LVDT 是没有摩擦 的部件。 它被用于可以承受轻质铁芯负荷, 但无法承受摩擦负荷的重要测量。 例 如,精密材料的冲击挠度或振动测试, 纤维或其它高弹材料的拉伸或蠕变测试。 2,无限的机械寿命 由于 LVDT 的线圈及其铁芯之间没有摩擦和接触,因此不会产生任何磨 损。这样 LVDT 的机械寿命,理论上是无限长的。在对材料和结构进行疲劳测试 等应用中,这是极为重要的技术要求。此外,无限的机械寿命对于飞机、导弹、 宇宙飞船以及重要工业设备中的高可靠性机械装置也同样是重要的。 3,无限的分辨率 LVDT 的无摩擦运作及其感应原理使它具备两个显著的特性。 第一个特性是具 有真正的无限分辨率。 这意味着 LVDT 可以对铁芯最微小的运动作出响应并生成 输出。外部电子设备的可读性是对分辨率的唯一限制。 4,零位可重复性 LVDT 构造对称,零位可回复。LVDT 的电气零位可重复性高,且极其稳定。 用在闭环控制系统中,LVDT 是非常出色的电气零位指示器。 5,径向不敏感 LVDT 对于铁芯的轴向运动非常敏感,径向运动相对迟钝。这样,LVDT 可以 用于测量不是按照精准直线运动的物体,例如,可把 LVDT 耦合至波登管的末端 测量压力。 6,输入/输出隔离 LVDT 被认为是变压器的一种,因为它的励磁输入(初级)和输出(次级)是 完全隔离的。LVDT 无需缓冲放大器,可以认为它是一种有效的模拟信号元件。 在要求信号线与电源地线隔离的测量和控制回路中,它的使用非常方便。 7,坚固耐用 制造 LVDT 所用的材料以及接合这些材料所用的工艺使它成为坚固耐用 的变送器。即使受到工业环境中常有的强大冲击、巨幅振动,LVDT 也能继续发 挥作用。铁芯与线圈分离 LVDT 铁芯与线圈彼此分离,在铁芯和线圈内壁间插入 非磁性隔离物,可以把加压的、 腐蚀性或碱性液体与线圈组隔离开。这样,线 圈组实现气密封, 不再需要对运动构件进行动态密封。 对于加压系统内的线圈组, 只需使用静态密封即可。 8,环境适应性 LVDT 是少数几个可以在多种恶劣环境中工作的变送器之一。例如,密封型 LVDT 采用不锈钢外壳,可以置于腐蚀性液体或气体中。有时,LVDT 被要求在极 端恶劣的环境下工作。例如,在类似液氮的低温环境中或核辐射环境。虽然在大 多数情况下,LVDT 具有无限的工作寿命(理论上) ,置于恶劣环境下的 LVDT,工 作寿命却因环境不同而各不相同。 9,LVDT 与光栅,磁栅,等高精度测长仪器相比有以下几个优点缺点: 优点:动态特性好,可用于高速在线检测,进行自动测量,自动控制。光栅、 磁栅等测量速度一般为 1.5m/s 以内,只能用于静态测量。 LVDT 可在强磁场,大电流,潮湿,粉尘等恶劣环境下使用。 可以做成在特殊条件下工作的传感器,如耐高压,高温,耐辐射,全密土封 在水下工作。 可靠性非常好,能承受冲击达 150g/11ms ,振动频率 2KHZ 加速度 20g。体 积小,价格低,性能价格比高。 五,如何合理选择我公司的 LVDT 位移传感器 如何合理选择我公司的 LVDT 位移传感器?选型时,考虑的主要技术因素有哪 些呢?这里为大家介绍一下: 1.供电电压。传感器 1、 位移量程。位移量程指要求测量的位移量有多大,有 2.5,5,10,15,25,50,100,250,500 mm 等规格。量程选择和实际需要最好 相近为宜,如实际用 8 mm 量程,那个选 10mm 规格即可 2、输出信号。传感器输出的信号常规的有 4-20mA、0-5V、0-10V、RS-485 数字式、等。一般要求远距离传输(超过 20 米),最好采用电流输出或数字输出, 如果是多根传感器同时使用,且距离远,采用数字 RS-485 输出较好 3、线性误差。位移测量时的误差值,用相对值表示,比如量程 5mm 的 LVDT, 线%,表示测量位移时的误差值 5mm×0.25%=1.25um。 4、分辨率。分辨率是指传感器能够测量的最小变化大小。对于 LVDT 位移传 感器,最小分辨率最高可达 0.01um,磁尺位移传感器最高分辩率达 1um,数字输出 的位移传感器的分辨率为 16-Bit 5、传感器工作环境。比如产品是否需要具备耐高低温,是否需要耐压,是否 需要具备防尘防水防油以及抗电磁波辐射的功能。 有些传感器对环境的粉尘比较 敏感,比如光栅传感器的工作环境一定要无尘,且不能有振动,传感器需要经常 擦拭干净,否则会影响检测,而 LVDT 或磁尺可适合恶历的工作环境。 6.测头的连接方式。 有分体式和回弹式两种选择,如果在被测件上便于打孔固 定的情况上,应选择分体式的 LVDT,如果被测件上只能接触表面测量,那需要选择 回弹式 LVDT 7、动态响应。传感器是用于测量动态或准静态场所,LVDT 位移传感器动态频 率最高可达 300HZ, 对于动态要求高于 10HZ,回弹式 LVDT 将不适应 9、安装方式。传感器的机械尺寸、固定方式,可以根据客户具体使用环境设 计安装夹具。 六, SOWAY 产品应用实例 汽车玻璃生产: 汽车玻璃由于是一个曲面, 在测量产品是否合格时要求一次多点测量,如外 型尺寸和曲面的尺寸,利用我公司生产的 SDVN12-15 型气动式 LVDT 应用在测量汽车玻璃的曲 面,同时可测 20 ~60 个点位,测量精度高,重复性好 挖掘机手柄测控: 挖掘机手柄上面安装 4 只(或者 2 只)LVDT 位移传感器,可以精确测量手柄的 位置以便通过液压缸来控制挖掘机的动作,我公司生产的 SDVG12-10 型 LVDT 应用在挖掘机的 手柄控制杆位置测量,同时测出前后左右 比例阀门: 用 LVDT 精确测量双向比例阀的阀芯的位置,以便输出 4-20mA 的标准电流信号经 过与预先设定的值进行比较后输出一个调节信号给与阀相连的电磁开关线圈,以便在闭环阀 门控制系统中动态精确控制阀芯的位置,我公司生产的 SDVG20-4 型 LVDT 应用在比例阀的位 置检测与控制中. 汽车变速箱: 汽车变速箱中的挡位切换位置可以用我公司 SDVG20Z-35 型 LVDT 进行准确测 量,并输出一个电压信号到主控板上,通过 CAN 总线传到相应的控制部分, 飞机组装: 我公司生产的 LVDT 位移传感器 SDVH20 系列用于测量飞机的组装生产线上,用于 机身拼接过程中铆钉杆的合理压缩变形程度 LVDT 特别适合用于测量制动装置的摩损,可以通过测量气缸和制动卡钳之间的传动装置连杆 的行程来测量磨损 车辆悬挂减振系统: 控制 LVDT 由于是非接触式并且耐用,适合用于气车的悬挂减振系统的测量 SDVB20 回弹式 LVDT 用测量火车轮外径检测, LVDT 用于注塑机的控制进料等工作 印滚筒间距: LVDT 主体通常安装在定滚筒上, 磁心安装在动滚筒上。 随着滚筒间距的变化, LVDT 输出模拟电压或电流信号,作为位置信号反馈。LVDT 是一种坚固耐用的工业传感器, 可以承受多尘环境下的高温和震动

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