使用 LVDT 传感器测量位置和位移

文章出处：新闻动态责任编辑：百世精工科技发表时间：2024-09-12 10:03:36

什么是 LVDT 传感器？

LVDT（线性可变差动变压器）是线性位置传感器。它们用于测量相对较短距离内的线性位移和位置。目前市场上的 LVDT 可以测量小至百万分之几厘米（微英寸）的运动，甚至在另一个极端情况下可达约 0.7 米（约 27 英寸）。

LVDT 传感器

LVDT 由一根包含自由移动轴（又称电枢）的管子组成。管的底座安装在固定位置，杆的末端固定在物体上，该物体的位置将以线性（前后）方式移动。

典型 LVDT 传感器的横截面

LVDT 外壳内部是初级线圈。线圈组件的两侧是一对次级线圈。除了物理位置之外，所有三个初级绕组都是相同的。然而，它们与对方串联，因此，如果它们均等通电，它们的输出加起来将为零。

请注意，这些内部元件的构造通常能够防止潮湿和外部磁场的影响。

当杆在 LVDT 磁芯内来回移动时，LVDT 的次级线圈如何指示杆的位置

在交流 LVDT中，初级线圈由恒定的交流电源电压（通常为 3 kHz @ 3Vrms）供电。这会在次级线圈中产生磁场。如果杆位于管内的死点，则来自 S1 和 S2 的磁通量相同并相互抵消。这称为“空”位置。

然而，如果轴的位置靠近 S1 或 S2，则来自该线圈的能量相对于另一个线圈将增加。因此，只需减去线圈的输出，传感器就可以随时告诉我们轴在管内的位置。

当轴被测试物品拉入或拉出管时，LVDT 输出一个信号，表示轴从起始点到最大偏转的位置。轴不接触管内部，几乎无摩擦，而且 LVDT 本身不包含电子器件，因此在恶劣环境中很受欢迎。

该信号被输出到测量系统内的 LVDT 信号调节器，该信号调节器会显示并记录该信号以供审查和分析。

总而言之，交流 LVDT 是一种可变磁阻设备，其初级线圈产生磁通量，该磁通量通过移动电枢耦合到与初级线圈串联的次级线圈。

典型 LVDT 传感器

就轴/电枢结构而言，目前有几种基本类型可供选择：

• 自由（非制导）电枢 LVDT

• 固定（引导）电枢 LVDT

• 强制或弹簧延伸电枢 LVDT

让我们更详细地看看其中的每一个。

在这种情况下，轴或电枢可以在 LVDT 体内自由地前后滑动。它没有固定在其上，LVDT 本身内部也没有任何作用力。电枢连接到被测物体，该物体与 LVDT 主体平行移动。

结果是几乎无摩擦的布置，从而使传感器具有很长的使用寿命。当然，需要适当的对齐才能获得最佳结果。

自由或“无导向”电枢非常适合短程、高速应用（例如振动）。当观察到大量循环时，它也是理想的选择。当被测物体与 LVDT 主体平行移动时，效果最佳。

在俘获式或引导式 LVDT 中，电枢同时连接到主体和被测物体。电枢由限制它的低摩擦轴承组件引导。

这使得 LVDT 能够处理更长的测量范围（例如，~25 毫米至 45 厘米 [~0.5 至 18 英寸]），以及被测物体横向移动到 LVDT 主体时的情况。在这些情况下，如果电枢不受引导，就会发生不对中。

固定（引导）电枢 LVDT 在静态和动态测量应用中都很有用。

短范围（例如，最大 ±76 毫米 [±3 英寸]）的 LVDT 可以水平安装并且不会弯曲，但是，较大的装置在水平安装时通常需要支撑，以确保它们不会因重力而弯曲。

强制或“弹簧延伸”电枢 LVDT 具有与上述固定（引导）LVDT 相同的低摩擦轴承组件，但除此之外，它还使用弹簧、气动装置或电机等机械返回机构来轻轻地将电枢推出至完全偏转。这适用于需要 LVDT 电枢与被测物体保持稳定连接的应用。

在这种情况下，只有 LVDT 主体是固定的，电枢端通常有一个球推压被测物体，但不固定在其上。因此，被测物体甚至可能移至超出范围或被不同物体替换，就像装配线的情况一样。弹簧延伸的电枢球会自动伸出并等待物体返回或被替换，并在物体返回或替换时平稳地移动。

这些 LVDT 最适合静态和慢速移动的应用。

大多数 LVDT 制造商都提供部分或全部这些电枢品种的传感器，以应对广泛的应用。

目前市场上有各种各样的 LVDT。有些是专为应用和环境而设计的，例如食品和药品的卫生应用、浸没在盐水中、极端温度环境下、科学中的高精度应用，甚至在加压环境下数钱等等。它们通常由不锈钢制成，非常适合这些应用。

经典的交流 LVDT 板上没有电子器件，需要外部载波放大器和相关信号调节才能工作。一些制造商已将这些电子器件集成到 LVDT 中。当然，这些直流 LVDT更容易与测量系统连接，但也有一些限制。

由于交流 LVDT 没有板载电子器件，因此它们可以在尽可能广泛的温度环境下运行 - 从低温一直到 650°C/1200°F。

由于缺少电子器件，交流 LVDT 也可能比直流 LVDT 小。

由于缺少电子元件，交流 LVDT 比直流 LVDT 具有更优异的冲击和振动规格。

交流 LVDT 的使用寿命比直流 LVDT 更长……复杂性更低意味着可靠性更高。

这并不意味着 DC LVDTS 没有用途。在许多应用中，更简单的接口是一个很大的优势，而交流 LVDT 的优势并不是一个因素。一方面，它们消除了对外部信号调节的需要，当没有合适的位置时，这有时可能是一项硬性要求。

它们还减少了安装时间和复杂性。 DC LVDT 有环路供电型号，其 4-20 mA 电流输出可以比低电平电压输出传输更远的距离。