LVDT

LVDT（Linear Variable Differential Transformer）是線性可變差動變壓器縮寫，屬於直線位移感測器。工作原理簡單地說是鐵芯可動變壓器。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。LVDT工作過程中，鐵心的運動不能超出線圈的線性範圍，否則將產生非線性值，因此所有的LVDT均有一個線性範圍。

基本介紹

• 中文名：線性可變差動變壓器
• 外文名：LVDT
• 屬於：直線位移感測器
• 原理：鐵芯可動變壓器

定義和原理

LVDT（Linear Variable Differential Transformer）是線性可變差動變壓器縮寫，屬於直線位移感測器。工作原理簡單地說是鐵芯可動變壓器。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。初級線圈、次級線圈分布線上圈骨架上，線圈內部有一個可自由移動的桿狀鐵芯。當鐵芯處於中間位置時，兩個次級線圈產生的感應電動勢相等，這樣輸出電壓為零；當鐵芯線上圈內部移動並偏離中心位置時，兩個線圈產生的感應電動勢不等，有電壓輸出，其電壓大小取決於位移量的大小。為了提高感測器的靈敏度，改善感測器的線性度、增大感測器的線性範圍，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芯的位移量成線性關係。

LVDT的工作電路稱為調節電路或信號調節器。一個典型的調節電路應包括穩壓電路、正弦波發生器、解調器和一個放大器。

正弦波發生器應具有恆定的幅度和頻率，且不受時間和溫度的影響。正弦可用文氏電橋產生，或用方波、階梯波經濾波產生，或用其它合適的方法產生。

解調器可以是一個簡單的二極體結構，當LVDT次級線圈的交流輸出大於1VF.S時，使用簡單二極體解調器；如果信號幅度低於此值，由於兩個二極體正向電壓的差異，會存在溫度敏感問題，但對較大的信號電壓，二極體誤差的影響並不明顯。也可以用同步解調器，在同步解調器中，兩個場效應管交替地開關，其定時與為初級供電的正弦波同步。在初級與解調器開關間所需相移量取決於LVDT指標和LVDT與信號調節器間的導線長度。

正弦波發生器、解調器和放大電路已組合成商品化IC，使用這些器件將極大地簡化LVDT信號調節器的設計。最常用的有Philips出品的NE5521和ADI公司的AD598/698。此外，細間距封裝的標準模擬和數字器件的出現，使電路設計更加簡化，並可固定在LVDT外殼的內部。

作用

LVDT可以用來測量物體的伸長度、震動頻率、振幅、物體厚薄程度和膨脹度等精確數據。具體還可以用在工具機工具和液壓缸的定位，以及輥縫和閥門的控制等。

優勢和特點

LVDT 具有眾多值得稱道的優勢和特點，套用範圍廣泛：

（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。它被用於可以承受輕質鐵芯負荷，但無法承受摩擦負荷的重要測量。兩個例子，精密材料的衝擊撓度或振動測試，或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

由於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套用中，這是極為重要的技術要求。此外，無限的機械壽命對於飛機、飛彈、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重要的。因此LVDT在航空發動機數字控制系統中，廣泛用於對油門桿位置、油針位置、導葉位置、噴口位置等位移進行精確測量與控制。

（3）無限的解析度

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解析度。這意味著LVDT可以對鐵芯最微小的運動作出回響並生成輸出。外部電子設備的可讀性是對解析度的唯一限制。

（4）零位可重複性

LVDT構造對稱，零位可回復。LVDT的電氣零位可重複性高，且極其穩定。用在高損益閉環控制系統中，LVDT是非常出色的電氣零位指示器。它還用於複合輸出與零位的兩個自變數成比例的比率系統。

（5）軸向抑制

LVDT對於鐵芯的軸向運動非常敏感，徑向運動相對遲鈍。這樣，LVDT可以用於測量不是按照精準直線運動的鐵芯，例如，可把LVDT耦合至波登管的末端測量壓力。

（6）堅固耐用

製造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感測器。即使受到工業環境中常有的強大衝擊、巨幅振動，LVDT也能繼續發揮作用。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、腐蝕性或鹼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。對於加壓系統內的線圈組，只需使用靜態密封即可。

（7）環境適應性

LVDT是少數幾個可以在多種惡劣環境中工作的感測器之一。例如，密封型LVDT採用不鏽鋼外殼，可以置於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。又如，在核反應堆主安全殼內工作的LVDT，工作溫度高至550℃，外加10Rads的輻射和/或3X10 NVT的中子通量。再如，在210bar承壓流體中工作的LVDT。LVDT設計巧妙，可以同時適應多種惡劣環境。但是，需要特別注意的是，雖然在大多數情況下，LVDT具有無限的工作壽命（理論上），置於惡劣環境下的LVDT ，工作壽命卻因環境不同的各不相同。

（8）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無需緩衝放大器，可以認為它是一種有效的模擬信號計算元件。在高效的測量和控制迴路中，它的信號線與電源地線是分離開的。

如上所述，LVDT具有諸多卓越的品質。它的主要限制是，為得到線性性能，感測器的外殼要比行程長，還有輸出信號對輸入被測量存在一定的非線性。採用專門的調節技術，可以改進行程對外殼的長度比和非線性問題，其中一個技術就是增加微控制器進行校正。LVDT具有良好的重複性，這一技術是可行的。

雖然LVDT已問世多年，但它仍不失為很多位置感測問題行之有效的解決方案。堅固的結構提供高可靠性，而其性能十分適合行程小於±100mm的多數套用。

LVDT也可製作成旋轉器件，工作方式與線性模型相似，只是加工後的鐵芯沿曲線路徑移動，這就是接下來要介紹的RVDT。

RVDT（Rotary Variable Differential Transformer）是旋轉可變差動變壓器縮寫，屬於角位移感測器。它採用與LVDT相同的差動變壓器式原理，即把機械部件的的旋轉傳遞到角位移感測器的軸上，帶動與之相連的擾流片/鐵心，改變線圈中的感應電壓/電感量，輸出與旋轉角度成比例的電壓/電流信號。

RVDT非接觸設計，具有無限解析度、使用壽命長，精度高的特點，可實現360°轉動測量，廣泛套用於球閥閥位、液壓泵、叉車、機器人、風機等設備的傳動和反饋控制。

測量系統構建

LVDT位移感測器不能單獨套用。一般需要配套的顯示儀表，來完成LVDT感測器數據的轉換和傳輸。LVDT一般和數顯儀表配合套用，把LVDT的位移電壓量，轉換為位移數字量，直觀顯示處理。或者通過數據匯流排，包括RS232，RS485，USB，乙太網，或者WIFI等，將數據傳送至PLC或者電腦。然後可以套用SPC軟體，對被測量物件的數據進行分析，存儲。如果測量系統套用於生產線上，則可以根據測量結果，由PLC或者電腦發出控制指令，將尺寸和不合格的被測工件排出產線，作為報廢或返修品處理。

目前，義大利馬波斯公司，英國輸力強公司，瑞士特薩公司都有成熟的測量系統提供。國內比較大的供應商有中原量儀，東方量儀，容恆電子等公司。

套用領域

套用最普遍的2種原理LVDT以及套用：

直流回彈式LVDT具有優良的性能，採用方便的單電源9-28V DC供電，產品的測量接觸探頭採用耐磨鍍鉻硬質工具鋼,最大測量量程為50mm,最大彈力200克,電子電路密封在304不鏽鋼金屬管內,可以在潮濕和灰塵等惡劣環境中工作,輸出信號為標準的可被計算機或PLC使用的0-5V或4-20mA輸出。

差動變壓器式位移感測器（LVDT）可廣泛套用於航天航空，機械，建築，紡織，鐵路，煤炭，冶金，塑膠，化工以及科研院校等國民經濟各行各業，用來測量伸長,振動,物體厚度，膨脹等的高技術產品。

l 軸徑跳動檢測

l 閥位檢測與控制

l 輥縫間隙控制

l 金屬加工檢測

直流拖動式LVDT具有優良的性能，採用方便的單電源9-28V DC供電，電子電路密封在304不鏽鋼金屬管內,可以在潮濕和灰塵等惡劣環境中工作,輸出信號為標準的可被計算機或PLC使用的0-5V或4-20mA輸出。

l 工具機及工具定位

l 液壓缸定位

l 輥縫間隙控制

l 閥門位置檢測與控制

LVDT是汽輪機通過線圈測其所在位置