LVDT : ترانسفورماتور دیفرانسیلی متغیر خطی

LVDT: ترانسفورماتور دیفرانسیلی متغیر خطی – سنسورهای سلفی

فهرست ومحتوا ترانسفورماتور دیفرانسیلی متغیر خطی:

• ترانسفورماتور دیفرانسیلی متغیر خطی (LVDT)
• ساختار LVDT
• نحوه کار LVDT
• مشخصه‌های LVDT
• مزایا و معایب LVDT
• کاربردهای LVDT

====================================

سنسورهای سلفی‌نوعی سنسور هستند که برای محاسبه مکان یا سرعت استفاده‌می‌شوند. اکثراً تمام سنسورهای سلفی بر اساس اصول ترانسفورماتور و جریان‌های الکتریکی متناوب کارمی‌کنند. این سنسورها از جریانی استفاده‌می‌کنند که توسط میدان مغناطیسی اعمال شده‌است، که به آن‌ها کمک می‌کند اشیای فلزی نزدیک را شناسایی کند. سنسور سلفی از یک سیم‌پیچ تشکیل شده‌است که معمولاً القایی‌است. سیم پیچ امکان ایجاد میدان مغناطیسی با فرکانس بالا را فراهم می‌کند. وقتی شیء فلزی نزدیک میدان مغناطیسی قرارمی‌گیرند، در داخل شیء جریان ایجاد‌می‌شود. جریان ایجاد شده، یک میدان مغناطیسی جدید ایجاد می‌کند که با میدان اول مخالف‌است. در نهایت، اثر خالصی که باقی می‌ماند برابر‌است با تغییر اندوکتانس در سنسور سلفی. مفهوم کوپل مغناطیسی بین سیم‌پیچ‌های مختلف مبنای کار تمام سنسورهای القایی‌است.

ترانسفورماتور دیفرانسیلی متغیر خطی

مقدمه‌ای بر LVDT

LVDT نوعی ترانسدیوسر الکترومکانیکی‌است که کمک می‌کند حرکت خط راست جسم به سیگنال الکتریکی تبدیل شود. به عبارت ساده، LVDT حرکت مستطیلی جسمی را به سیگنال الکتریکی معادل آن تبدیل‌می‌کند. بنابراین، LVDT برای محاسبه جابه‌جایی استفاده‌می‌شود. LVDT به صورت AC کنترل‌می‌شود، پس هیچ عنصر الکترونیکی در داخل آن وجود ندارد، و دمای کار آن نیز بسیار کم است. وقتی انرژی مکانیکی به سیگنال الکتریکی تبدیل‌می‌شود، اطلاعات فاز و دامنه دستگاه را نیز فراهم‌می‌کند. کل عملیات LVDT بر اساس کوپل الکترومغناطیسی‌است، که به آن همچنین مفاهیم القای متقابل‌نیز گفته‌می‌شود.

ساختار LVDT

LVDT چند جزء اصلی‌دارد که عبارتند از ترانسفورماتور، هسته و سلف. ترانسفورماتور (هسته) شامل سه سلف سیم‌پیچی شده در فضای خلاء‌می‌شود. دو سیم پیچ اولیه و یک سیم‌پیچ ثانویه وجود دارد. این سیم‌پیچ‌ها متقارن بوده و به صورت سری متصل شده‌اند، اما جهت آن‌ها مختلف‌است. هسته از ماده‌ای تشکیل‌شده‌است که از نظر مغناطیسی نفوذپذیراست، و می‌تواند به راحتی در داخل ترانسفورماتور حرکت‌کند. بازه‌ی ولتاژ تحریک AC اعمالی بین 5 الی 12 ولت است و فرکانس باز شدن آن نیز بین 50 الی 400 هرتز متغیراست.

 

 

====================================

کارکرد LVDT

LVDT بر اساس اصول القای متقابل کارمی‌کند. کل کار به سه حالت تقسیم‌می‌شود، که به جایگاه هسته آهنی وابسته‌است.

(نحوه کار LVDT؛ P سیم‌پیچ اولیه‌است که با منبع AC تغذیه‌می‌شود. S₁ و S₂ سیم‌پیچ‌های ثانویه هستند)

حالت اول:

وقتی هسته به سوی S₁ حرکت‌می‌کند، سلف ثانویه در آن سمت با قدرت بالا به هسته کوپل‌می‌شود. پس E₁ ولتاژ القایی سلف S₁‌است که از ولتاژ القایی E₂ سلف ثانویه دوم S₂ بیشتراست. بنابراین، اختلاف ولتاژ برابر است با E₁-E₂، که مقدار جابه‌جایی هسته را توضیح‌می‌دهد. در اینجا، E₁ سیم پیچ ثانویه با ولتاژ اولیه هم‌فاز است، که نشانگر جهت حرکت‌است.

حالت دوم:

وقتی هسته به سمت دیگر ترانسفورماتور حرکت‌می‌کند، ولتاژ القایی E₂ سلف ثانویه با ولتاژ اولیه غیر هم‌فاز خواهدبود. چون فاز آن متفاوت‌است، حرکت هسته در جهت مخالف خواهدبود.

حالت سوم:

وقتی سلف در حالت خنثی و بین S₁ و S₂ قرار گرفته‌است، شار برابری به هر دو سیم پیچ منتقل‌می‌شود. بنابراین ولتاژ‌های سلف‌های S₁ و S₂ نیز برابر با هم خواهدبود. پس در اینجا جابه‌جایی وجود نخواهدداشت.

 

در ادامه نمودار مشخصه LVDT آمده است. LVDT دارای یک تابع مستقیم و خطی برای بازه‌ی اندازه‌گیری مشخصی به نسبت ورودی‌است. این نمودار تابع غیر خطی LVDT را نشان می‌دهد که پس از عبور هسته از بازه عملیات رخ می‌دهد. تابع چند جمله‌ای را می‌توان برای یکسو کردن تابع غیر خطی به کاربرد.

با اینکه می‌گوییم LVDT در داخل خود قطعه الکترونیکی ندارد، اما ممکن‌است قطعات خارجی با نام‌های شکل‌دهی سیگنال وجود داشته‌باشد. این شامل نوسان‌سازهایی می‌شود که برای تولید سیگنال استفاده‌می‌شود، یا دمدولاتور، تقویت‌کننده و فیلتر پایین‌گذر باشد که در تبدیل ولتاژ خروجیِ AC به سیگنال DC به کار برده‌می‌شود. در چند طرح، واحدهای شکل‌دهی سیگنال در داخل LVDT با نام DC LVDT شناخته‌می‌شوند.

 

====================================

ویدیوی این محصول

====================================

مشخصه‌های LVDT

1. ویژگی خطی
   • 1- مقیاس کامل (025 الی 0.20 + % یا 0.025 الی 0.20 – %)
   • 2- مقیاس کامل (20 الی 0.50 + % یا 0.20 الی 0.20 – %)
   • 3- مقیاس کامل (20 الی 0.90 + % یا 0.50 الی 0.90 – %)
   • 4- مقیاس کامل و بالاتر (90 الی +% یا 0.90 الی – %)
   • 5- مقیاس کامل و بالاتر 90 الی ± %

 

1. دمای کار
   • -32ºF, (-32-32ºF), (32 -175ºF), (175-257ºF), 257ºF و بالاتر

 

1. بازه اندازه‌گیری
   • ±0.25 الی ±750میلی‌متر

مزیت‌ها و معایب LVDT

1. LVDT دارای خروجی بسیار بالا بوده و نیازمند افزونه‌ای دیگر نیست
2. LVDT هیسترزیس[4] بسیار کم از خود نشان‌می‌دهد
3. مصرف توان LVDT بسیار کم و تا حد 1Wاست
4. تلفات اصطکاکی‌ندارد
5. بازه اندازه‌گیری در LVDT بین 25mm الی 250mm متغیراست
6. تغییرات دما و ویبره در عملکرد LVDT تأثیر می‌گذارد.

کاربردهای LVDT

1. LVDT برای اندازه‌گیری وزن، نیرو، فشار و جابه‌جایی استفاده‌می‌شود.
2. LVDT می‌تواند به عنوان ترانسدیوسر اولیه و ثانویه استفاده‌شود. برای مثال، در اندازه‌گیری فشار، وقتی تیوب باتون به عنوان ترانسدیوسر اولیه عمل می‌کند، کمک می‌کند فشار به جابه‌جایی خطی تبدیل‌شود. پس از آن LVDT جابه‌جایی را به سیگنال الکتریکی تبدیل‌می‌کند. پس از کالیبراسیون نمایشگر، سیگنال الکتریکی مقدار فشار مایع را به دست‌می‌دهد.
3. این قطعات را همچنین می‌توان در اتوماسیون صنعتی، ماهواره و هواپیمایی، هیدرولیک و توربین به کاربرد.

 

====================================

[1] Linear Variable Differential Transformer

[2] سنسور سلفی یا همان سنسور القایی

[3] Mutual Induction

[4] Hystersis

مقالات مرتبط :

محاسبات ترانسفورماتور : پیدا کردن KVA  – جریان و سیم پیچ برای ترانسفورماتور سه فاز