2. Дифференциально-трансформаторные преобразователи и схемы дистанционной передачи
Дифференциально — трансформаторные преобразователи (ДТП) предназначены для преобразования линейного перемещения сердечника (связанного с чувствительным элементом) в выходной электрический сигнал.
Принцип действия их основан на зависимости взаимной индуктивности между обмоткой возбуждения и вторичной обмоткой от положения сердечника. Преобразователь представляет собой трансформатор (рис. 2,а), имеющий обмотку возбуждения 3 и две секции / и 2 вторичной обмотки, включенные встречно, дифференциально (отсюда название — дифференциально-трансформаторный).
Создаваемый током возбуждениямагнитный поток обмотки возбуждения пронизывает обе секции вторичной обмотки. Часть этого потокапронизывает секцию /, индуцируя в ней ЭДС, часть потока Ф2 пронизывает секцию 2, индуцируя в ней ЭДСЗначения этих ЭДС (по модулю) могут быть легко определены через взаимные индуктивностиимежду обмоткой возбуждения и секциями / и2 (потоки Φ1
где—ток
возбуждения;—его
частота.
Рис. 2. Схема невзаимозаменяемого дифференциально-трансформаторного преобразователя
При изменении давления ρ прогибается мембрана 5, которая перемещает ферромагнитный сердечник (плунжер) 4. При перемещении сердечника вверх уменьшается сопротивление магнитному потоку между обмотками 3 и 1 и, наоборот, увеличивается между обмотками 3 и 2. Это приводит к увеличению потокаи соответственно ЭДСи уменьшению Ф2 и. При перемещении сердечника вниз уменьшаетсяи увеличивается. Поскольку секции вторичной обмотки включены встречно, то ЭДСΕ всей вторичной обмотки будет определяться как разностьи:
(1)
где —взаимная индуктивность между обмоткой возбуждения и вторичной обмоткой преобразователя.
В
среднем положении сердечника (когда он
поровну перекрывает обе секции) потоки
Ф 2 и,
а следовательно, и взаимные индуктивностии М2 равны между собой, т. е. Μ0
и
0. При смещении сердечника от среднего
положения вверх ЭДСΕ будет
увеличиваться.
При смещении сердечника
от среднего положения вниз ЭДС также
будет увеличиваться (по модулю), но фаза
ее будет обратной (рис. 2,б).
Рис. 3. Схема взаимозаменяемого дифференциально-трансформаторного преобразователя
Из-за допусков, принятых при изготовлении, обычно оказывается, что ЭДС Ε вторичной обмотки для различных экземпляров ДТП различна при одинаковых перемещениях. Очевидно, что это вызывает невзаимозаменяемость ДТП. Для унификации выходных сигналов (строго определенной для всех преобразователей зависимости выходного сигналаот входного) в цепь вторичной обмотки введен делитель,(рис. 3). Смещением движка резистораможно добиться одинаковой зависимости. Обычновыражается через взаимную индуктивностьмежду обмоткой возбуждения и выходной цепью, а не между обмоткой возбуждения и вторичной обмоткой, которая использована в выражении (1). Для модуляэто выражение имеет вид
При
рассмотрении метрологии ДТП обычно
пользуются относительным перемещением
сердечника,
где—номинальное
перемещение сердечника (перемещение
сердечника при значении измеряемого
параметра, соответствующем верхнему
пределу измерения прибора).
Для
разновидностей ДТП(1,6; 2,5; 4 мм) ±25 %. Для унифицированных ДТП
в предположении отсутствия магнитных
потерь существует следующая зависимость
междуи относительным перемещением сердечника:
(2)
где— номинальная (соответствующая) взаимная индуктивность между обмоткой возбуждения и выходной цепью. Следовательно,
, (З)
Очевидно, что для унифицированных ДТП зависимости (2), и (10,3), должны быть одинаковыми, что достигается установлением одинакового значения = 10 мГн для всех преобразователей. При этом графики зависимостей (2) и (3) для всех преобразователей должны совпадать (рис. 4).
Рис. 4. Статические характеристики взаимозаменяемых ДТП
В приборах с взаимозаменяемыми ДТП при начальном значении измеряемой величины плунжер устанавливается в среднем положении и с ее увеличением перемещается вверх, т. е. при изменении измеряемой величины в пределах диапазона измерения фаза выходного сигнала не изменяется (рис. 4).
В
реальных дифференциально-трансформаторных
преобразователях, как и во всех
трансформаторах, существуют магнитные
потери, которые обычно учитываются
путем представления выражений (2) и (3) в
комплекснойформе
с использованием аргумента взаимной
индуктивности или угла потерь.
Схема дистанционной передачи с использованием унифицированныхДТП представлена на рис. 5.
Вторичный
прибор содержит дифференциально-трансформаторный
преобразователь, сердечник, которого
перемещается профилированным кулачком
(линейным или квадратичным), поворачиваемым
реверсивным двигателем РД.
Двигатель
управляется усилителем УС, подключенным
между обмотками ДТП первичного
преобразователя и вторичного прибора.
В схему прибора включен корректор нуля
,
состоящий из обмоткиДО, намотанной
поверх вторичной обмотки ДТП, и
регулируемого резистора
Дифференциально — трансформаторный преобразователь первичного преобразователя обычно называется передающим преобразователем, ДТП вторичного прибора — компенсирующим преобразователем. При рассмотрении действия схемы будем считать, что сигнал корректора нуля равен нулю. Вторичные обмотки ДТП передающего и компенсирующего преобразователей включены встречно и, следовательно, на вход усилителя поступает сигнал, равный разности выходных напряжений преобразователей:
Рис. 5. Схема дистанционной передачи показаний с использованием взаимозаменяемых ДТП
Предположим, что в первоначальный момент сердечники обоих ДТП находятся в среднем положении, т. е.
При
этом
=0
и указатель прибора стоит на начальной
отметке.
При увеличении измеряемой
величиныначинает возрастать, на входе усилителя
появляется отличный от нуля сигнал
небаланса,
который усиливается усилителем и
приводит в движение реверсивный двигательРД. Двигатель,
поворачивая кулачок, перемещает сердечник
ДТП вторичного прибора, который будет
установлен в такое положение, при котором
.
При этом=0
и двигатель остановится. Очевидно, что
приодинаковых
статических характеристиках (рис. 4, б)
в момент компенсации относительные
перемещения
преобразователей будут равны (при этом
равными также будут взаимные индуктивности
передающегои компенсирующегопреобразователей в соответствии с рис.
4,а). Это означает, что каждому положению
сердечника ДТП первичного преобразователя
соответствует определенное положение
сердечника ДТП вторичного прибора и
жестко связанного с ним указателя.
Так как положение
сердечника первичного преобразователя
определяется значением измеряемой
величины, положение указателя вторичного
прибора будет однозначно определяться
значением измеряемой величины.
Шкалы
таких приборов градуируются в единицах
измеряемой величины.
Применение корректора нуля не изменяет принципа действия прибора, однако в этом случае относительные положениясердечников уже не будут равными.
Из выражения (3) видно, что статические характеристики преобразователей (рис. 4, б) будут одинаковыми при одинаковой частоте и силе тока возбуждения. Для обеспечения этого обмотки возбуждения передающего и компенсирующего ДТП включаются последовательно (рис. 5). В этом случае изменение частоты или силы тока возбуждения не повлияет на состояние компенсации измерительной схемы, так как они в равной степени изменят и, т. е. напряжение на входе усилителя останется нулевым.
Кнопка
служит для контроляисправности
прибора. При нажатии этой кнопки
закорачивается ДТП первичного
преобразователя и корректор нуля и на
вход усилителя поступает сигнал только
со вторичной обмотки ДТП вторичного
прибора. При исправном приборе стрелка
при этом должна стать на начальную
отметку шкалы.
Существует несколько
типов взаимозаменяемых вторичных
приборов с дифференцально-трансформаторной
схемой, различающихся размерами, типом
кулачка, видом диаграммы. Однако все
они имеют измерительную схему, аналогичную
изображенной на рис, 5. Квадратичный
кулачок используется только во вторичных
приборах-расходомерах, для которых
положение указателя пропорционально
квадратному корню из перемещения
сердечника передающего преобразователя.
В приборах-уровнемерах, перепадомерах,
манометрах устанавливаются линейные
кулачки, т.е. имеется линейная зависимость
между положением указателя и перемещением
сердечника передающего первичного
преобразователя.
Выпускаются
следующие типы приборов: миниатюрные
показывающие КПД 1, ВМД и показывающие
и самопишущие КСД 1; малогабаритные
показывающие с вращающимся цилиндрическим
циферблатом КВД 1 и показывающие и
самопишущие КСД 2; приборы с дисковой
диаграммой КСД 3. Приборы КСД 1 и КСД 2
имеют прямоугольную шкалу, ширина
диаграммы — соответственно 100 и 160 мм.
Класс всех приборов I.
Приборы могут быть снабжены либо
дополнительными выходными преобразователями
(ферродинамическими, частотными,
пневматическими, реостатными), либо
регулирующими устройствами. В
приборах-расходомерах часто используется
встроенное интегрирующее устройство.
В эксплуатации находятся также приборы,
снабженные невзаимозаменяемыми
дифференциально-трансформаторными
преобразователями. Электрическая схема
таких преобразователей представлена
на рис. 2,а.
Особенностью таких преобразователей является то, что при нулевом значении измеряемой величины сердечник находится не в среднем положении (как у взаимозаменяемых ДТП), а в крайнем нижнем, в большей степени перекрывая секцию 2. При значении измеряемой величины, соответствующем верхнему пределу измерения, сердечник находится в крайнем верхнем положении, в большей степени перекрывая секцию 1. В обоих случаях выходной сигнал максимален по значению, но фазы его противоположны (рис. 2,б).
Кроме того, у таких
преобразователей отсутствует выходной
делитель напряжения, в силу чего
статические характеристики отдельных
экземпляров преобразователей не
совпадают.
Это вызывает необходимость
индивидуальной градуировки измерительного
комплекта, состоящего из первичного
преобразователя и вторичного прибора,
снабженных невзаимозаменяемыми
преобразователями. При замене, например,
первичного измерительного преобразователя
необходимо перенастраивать кинематическую
схему вторичного прибора.
Схема дистанционной передачи показаний с использованием невзаимозаменяемых ДТП аналогична представленной на рис. 5 с учетом того, что схемы и характеристики передающего и компенсирующего ДТП должны соответствовать рис. 2. Несколько иную схему может иметь корректор нуля. Невзаимозаменяемые преобразователи используются в показывающих автоматических приборах типа ДП, ЭИВ (с вращающимся цилиндрическим циферблатом), в показывающих и самопишущих приборах ДСМ (миниатюрные), ДС (малогабаритные), ЭПИД.
Дифференциально
— трансформаторные преобразователи
просты по устройству, надежды в работе.
Из-за компенсационного принципа действия
система дистанционной передачи показаний
с их использованием имеет малую
погрешность от изменения напряжения
питания и активного сопротивления линии
связи (если оно не превышает 5 Ом).
Однако
им присущи и недостатки. Так, к первичному
преобразователю с ДТП можно подключать
одновременно только один вторичный
прибор. При использовании ДТП с
управляющими машинами необходимо
применение промежуточных нормирующих
преобразователей, преобразующих сигнал
0—10 мГн в сигнал 0—5 мА. Кроме того,
система дистанционной передачи с ДТП,
как и все системы передач на переменном
токе, подвержена влиянию внешних
магнитных полей и соседних линий связи
(например, при совместной прокладке их
в одном кабеле). Результатом такого
влияния может быть значительная
дополнительная погрешность. Следует
также отметить, что в системах передач
на переменном токе накладываются
ограничения на емкость между каждой
парой проводов, так как их чрезмерное
увеличение также приводит к появлению
дополнительной погрешности. Указанных
недостатков лишены преобразователи с
магнитной компенсацией с передачей
сигналов на постоянном токе.
Датчики с дифференциально-трансформаторными преобразователями (ДТП) и их вторичные приборы.
➠ Завод Вибратор. КонтрольноВ большинстве своём современные пользователи средств измерения скорее всего даже не подозревают о существовании целого направления в области контроля таких технических процессов как измерение давления различных сред (пар, газ, жидкость), а также их разности с помощью датчиков, выходной сигнал которых формируется дифференциальными трансформаторами.
Сегодня рынок датчиков для измерения давления и разности давлений насыщен огромным количеством устройств, которые позволяют решить многие производственные задачи. Эти устройства относительно компактны, имеют различные физические принципы преобразования физической величины, например, давления в нормированный электрический сигнал, с которым удобно работать. С точки зрения современного развития электронных средств контроля за техническими процессами, датчики давления (разности давлений), принцип действия которых основан на применении дифференциальных трансформаторов, являются, в некоторой степени, – анахронизмом, как, кстати, и классические вторичные приборы к ним.
Тем не менее, актуальность работы с этими средствами измерения существует до сих пор, и не исчезнет в обозримом будущем, так как тысячи преобразователей этого типа до сих пор успешно несут свою вахту на производствах. Все эти преобразователи работоспособны и будут оставаться такими ещё долгое время, так как характеризуются высокой надёжностью.
Иногда возникает необходимость заменить старый вторичный прибор, оставив на месте вполне ещё хорошо работающий первичный датчик на основе ДТП. Здесь как раз тот случай, когда подобрать вторичный прибор невозможно, не понимая принцип работы такого датчика.
На самом деле, и мы в своих статьях будем обращать на это внимание и в других случаях, то, как подаётся принцип действия датчиков такого типа в литературе и даже в руководстве по эксплуатации, не совсем соответствует действительности. Отсюда и некоторая сложность в понимании принципа их работы. Дело в том, что, например, в руководстве по эксплуатации датчика разности давлений ДМ-3583М сказано, что диапазон изменения взаимной индуктивности (между чем и чем?) от 0 до 10 мГн и его выход представляет собой унифицированный сигнал взаимной индуктивности.
С другой стороны, в руководстве по эксплуатации вторичного прибора ВМД 4882 говорится о том, что он предназначен для «…измерения…величин, преобразованных во взаимную индуктивность 0-10 или 10-0-10мГ». Далее, в таблице, нормируется входной сигнал в мГ. То есть, вторичный прибор нормирует полученные миллигенри в то, что мы видим на его шкале. Вроде бы всё понятно. Непонятно только то, каким образом миллигенри передаются по проводам.
Для того, чтобы понять, как работает ДТП, следует рассмотреть его конструкцию и принципиальную электрическую схему. Они представлены на рисунке 1.
Рисунок 1. 1а – конструкция ДТП; 1б – электрическая схема ДТП.
Как видно из рисунка, преобразователь состоит из намотанных на цилиндрическом каркасе двух идентичных секций, состоящих из первичной и вторичной обмоток w1 (первичная обмотка), и w2 (вторичная обмотка). Секции первичных w1 обмоток включены последовательно согласно, а вторичных обмоток w2-1 и w2-2 – встречно. Внутри каркаса трансформатора размещён сердечник (плунжер), который может в небольших, определяемых конструкцией ДТП, пределах (±1,6мм; ±2,5мм; ±4мм) перемещаться вдоль его оси.
Первичная обмотка, как и в обычных трансформаторах, подключается к источнику переменного тока. Как и в обычном трансформаторе, во вторичных обмотках наводится, вследствие индуктивной связи между первичной и вторичными обмотками ЭДС. Перемещение плунжера влияет на величину этой связи. В среднем положении плунжера индуктивная связь между первичной и вторичными обмотками одинакова, одинаковы и их ЭДС. Однако, так как вторичные обмотки включены встречно, то на выходе ДТП, в этом случае, величина сигнала будет равна нулю. При его перемещении вверх (рис.1б) индуктивная связь между w1 и w2-1 увеличивается, а связь между w1 и w2-2 уменьшается. Соответственно, увеличивается ЭДС на обмотке w2-1, а на обмотке w2-2 ЭДС уменьшается и разностный сигнал на выходе увеличивается. То же происходит при движении плунжера в другую сторону. В этом случае сигнал на выходи по амплитуде будет иметь такую же зависимость от величины перемещения плунжера, что и в первом, однако фаза переменного напряжения будет сдвинута на 180°.
Поэтому обычным вольтметром эффективного значения напряжения в данном случае пользоваться нельзя.
Перемещение плунжера обеспечивается деформацией мембраны или трубки Бурдо (с которыми он жёстко закреплён) под действием измеряемой физической величины.
Входящие в состав датчиков подобного типа ДТП являются унифицированными изделиями, с нормированными метрологическими характеристиками, и предметом нормирования является как раз та самая взаимная индукция 0-10 или 10-0-10 мГ, между первичной и вторичными обмотками. Эта величина едина для всех унифицированных преобразователей трансформаторного типа, а ассортимент датчиков в целом определяется свойствами используемых мембран или трубок Бурдо. Точно такие же трансформаторы стоят и во входной цепи ВМД 4882 (рисунок 2)
Рисунок 2. Принципиальная (без усилителя) схема ВМД 4882.
Розовым цветом на схеме выделен первичный ДТП, голубым – аналогичный ДТП в ВМД 4882. Как видно, первичные обмотки ДТП соединены последовательно, а вторичные обмотки – встречно, то есть, при одинаковом перемещении плунжеров, разностный сигнал будет равен нулю.
Усилитель, управляющий двигателем, вращающим кулачок для перемещения плунжера, настроен таким образом, чтобы плунжер всегда занимал положение, при котором разностный сигнал меду сигналом от ДТП датчика и ЭДС ДТП прибора был равен нулю. Жёстко связанная с валом двигателя стрелка при этом остановится напротив значения измеряемой физической величины на отградуированной шкале.
Итак, по проводам вторичного прибора к датчику поступает питающее переменное напряжение, а от датчика ко вторичному прибору разностный сигнал ДТП, метрологические качества которого, кроме прочего, определяются нормированной взаимной индукцией между первичными и вторичными обмотками.
Проблема применения датчиков с ДТП заключается, как правило, не в них, а во вторичных приборах, главным представителем которых является ВМД 4882, предназначенный для измерения и сигнализации избыточного, вакуумметрического давления, расхода, уровня и других неэлектрических величин, преобразованных во взаимную индуктивность. Кстати, эти, как написано в документации, «миниатюрные» приборы имеют массу до 7 кг и довольно большие (по сегодняшним меркам) размеры.
Тем не менее, основными недостатками этих приборов являются отнюдь не масса и габариты, а их внутренняя начинка, практически полностью механическая, состоящая из двигателей, микропереключателей, кулачков и пр. Очевидно, что это не увеличивает надёжность приборов. Большинство запчастей к ним уже не производится, да и сами они не производятся тоже. Ремонт такого прибора может быть дороже его самого.
Казалось бы, есть очевидное решение задачи: надо просто приобрести новые датчики и вторичные приборы, тем более, что есть из чего выбрать. Однако, это простое решение, на самом деле, может влететь в копеечку. Рачительный пользователь трижды подумает, прежде, чем сделает это. И вот почему.
Простая замена датчиков и вторичных приборов потребует серьёзной доработки установочных мест и соответствующих временных и материальных затрат. Как правило, в итоге, результат этой работы выглядит так (рисунок 3).
Установочные размеры современных датчиков не соответствуют установочным размерам датчиков старого типа (рисунок 4).
Более того, придётся заменить и систему подключения к контролируемому техническому процессу, а также провести новые кабели для подключения датчиков ко вторичным приборам.
Идеальным решением данной проблемы может применение вторичного прибора Ф1760.3, специально разработанного для работы с датчиками на основе ДТП и конструктивно выполненного для простой замены устаревшего ВМД4882. На рисунке 5 представлены приборы Ф1760.3-АД, установленные вместо штатных ВМД 4882.
Рисунок 3. Результат замены штатного оборудования на новое.
Рисунок 4. Пример монтажа штатных и современные датчиков.
Рисунок 5. Пример замены ВМД 4882 на Ф1760.3-АД.
Литература:
Техническое описание и инструкция по эксплуатации ВМД 4882;
«Преобразователи измерительные разности давлений ДМ-3583М» Руководство по эксплуатации;
«Приборы вторичные для работы с датчиками дифференциально-трансформаторного типа Ф1760.3-АД» Руководство по эксплуатации.
Ресурсы интернета:
Ссылка
Ссылка
Кандидат технических наук Халатов А.
Н.
LVDT: дифференциальный трансформатор с линейным регулированием
16 декабря 2020 г.
LVDT — это линейный регулируемый дифференциальный трансформатор. Основная суть LVDT заключается в том, что это распространенный тип электромеханического преобразователя, который способен преобразовывать прямолинейное движение объекта, в который он встроен, механически связанный с соответствующим электрическим сигналом объекта.
Что такое преобразователь?
Преобразователь «…часто используется на границах систем автоматизации, измерения и управления, где электрические сигналы преобразуются в другие физические величины (энергия, сила, крутящий момент, свет, движение, положение и т. д.). Процесс преобразования одной формы энергии в другую известен как трансдукция».
Существует множество различных применений преобразователей, но наиболее распространенными типами являются:
|
|
Преобразователи, включающие в себя некоторую часть электромагнитной энергии, в соответствующих случаях значительно выиграют от соответствующего компонента магнитного экранирования.
Возвращаясь к обсуждаемой теме, такие технологии преобразования включают в себя линейные дифференциальные преобразователи с регулируемой переменной.
MuShield выполняет большую работу для многих клиентов по разработке и предоставлению соответствующих решений магнитного экранирования с высокой проницаемостью для устройств LVDT по всему миру.
Подробная информация о том, чем именно является LVDT, прекрасно описана отраслевым ресурсом, TE:
Доступны датчики линейного положения LVDT, которые могут измерять перемещения от нескольких миллионных долей дюйма до нескольких дюймов, но также способны измерять положения до ± 30 дюймов (± 0,762 метра). Внутренняя структура трансформатора состоит из первичной обмотки, расположенной между парой одинаково намотанных вторичных обмоток, расположенных симметрично относительно первичной. Катушки намотаны на цельную полую форму из термостойкого полимера, армированного стекловолокном, герметизированы от влаги, обернуты магнитным экраном с высокой проницаемостью, а затем закреплены в цилиндрическом корпусе из нержавеющей стали.
Этот узел катушки обычно является неподвижным элементом датчика положения.
Подвижным элементом LVDT является отдельная трубчатая арматура из магнитопроницаемого материала. Это называется сердечником, который может свободно перемещаться в осевом направлении внутри полого отверстия катушки и механически соединен с объектом, положение которого измеряется. Это отверстие обычно достаточно велико, чтобы обеспечить значительный радиальный зазор между сердечником и отверстием без физического контакта между ним и катушкой. При работе первичная обмотка LVDT питается переменным током соответствующей амплитуды и частоты, известным как первичное возбуждение. Электрический выходной сигнал LVDT представляет собой дифференциальное переменное напряжение между двумя вторичными обмотками, которое изменяется в зависимости от осевого положения сердечника внутри катушки LVDT. Обычно это выходное напряжение переменного тока преобразуется подходящей электронной схемой в постоянное напряжение или ток высокого уровня, который более удобен в использовании.
Хотя LVDT является электрическим трансформатором, для его правильной работы требуется переменный ток с амплитудой и частотой, сильно отличающимися от обычных линий электропередач (обычно 3 В (среднеквадратичное значение) при 3 кГц). Подача этой мощности возбуждения для LVDT является одной из нескольких функций вспомогательной электроники LVDT, которая также иногда называется оборудованием формирования сигнала LVDT. Другие функции включают в себя преобразование выходного напряжения переменного тока низкого уровня LVDT в сигналы постоянного тока высокого уровня, которые более удобны в использовании, декодирование информации о направлении из фазового сдвига выходного сигнала на 180 градусов, когда сердечник LVDT проходит через нулевую точку, и обеспечение электрически регулируемого выходного нуля. уровень. Доступны различные электронные устройства формирования сигналов LVDT, в том числе продукты на уровне микросхем и плат для OEM-приложений, а также модули и полные лабораторные приборы для пользователей.
Там, где в игру вступает электроника, также важно магнитное экранирование с высокой проницаемостью для уменьшения электромагнитных помех от устройства к устройству / от приложения к приложению. OEM-производителям (производителям оригинального оборудования) и их команде инженеров-конструкторов приходится многое учитывать, когда речь заходит о конструкции и исполнении компонента магнитного экранирования их инструмента, детали, детали и/или устройства — LVDT являются ярким примером этого. . Преимущество использования услуг MuShield заключается в том, что магнитное экранирование — это именно то, чем мы занимаемся и на чем мы сосредоточены. Итак, если у вас есть готовый план или вам нужна помощь в разработке правильного решения (или просто вы просто не хотите брать эту часть процесса на себя), наша команда инженеров готова выполнить задачу. завершенный.
В общем и целом, те, кто занимается проектированием и производством преобразователей, активно делают все возможное, чтобы защитить работающий преобразователь от внешних электромагнитных (EMI) и радиочастотных (RMI) помех, и для достижения этого учитываются определенные конструктивные соображения.
может уменьшить или предотвратить эффекты обоих. Не списывайте это на волю случая, сделайте все правильно с первого раза… LVDT — это неотъемлемая часть «того, что мы делаем» изо дня в день.
Преимущество работы с нами — это, как мы любим его называть, Преимущество MuShield, заключающееся в опыте, знаниях и клиентоориентированности. Наш обширный инженерный опыт позволяет нам вносить свой вклад в процесс проектирования, если это необходимо. Наш процесс может помочь определить, какие материалы и методы производства будут наиболее эффективными и качественными. Если у вас есть вопросы, у нас есть ответы.
MuShield: защитите свои активы
Что такое линейный переменный дифференциальный трансформатор
L inear V ariable D дифференциальный T Трансформатор или LVDT — длинное и несколько пугающее название устройства, которое также можно просто описать как датчик линейного перемещения.
.
Что такое LVDT?
LVDT можно определить как электромеханический пассивный индуктивный преобразователь . Давайте сделаем шаг назад и дадим определение всем этим — также несколько пугающим словам!
– Устройства, включающие как электрические, так и механические процессы, называются электромеханическими устройствами .
— Как следует из их названия, Пассивные устройства не способны генерировать энергию; однако они могут накапливать, а также рассеивать энергию.
– Индуктивное относится к накопителю энергии как к электромагнитному полю.
— Электронное устройство, способное преобразовывать энергию из одной формы в другую, называется преобразователем .
Таким образом, по определению LVDT является электромеханическим пассивным индуктивным преобразователем .
Теперь мы знаем, что наш LVDT — это электронное устройство, в котором есть как электрические, так и механические процессы, для работы ему требуется внешний источник питания, он хранит электромагнитную энергию и преобразует некоторую форму энергии в читаемый сигнал… чтобы описать движение тела вдоль единственной оси, или то, что мы называем линейным перемещением!
Области применения LVDT
Датчик LVDT является одним из наиболее точных и надежных методов определения линейных расстояний.
Они обычно используются в очень широком диапазоне приложений во многих отраслях промышленности. Их можно использовать для обнаружения вибрации, для стресс-тестирования, для измерения больших перемещений, таких как движение привода, ход педали тормоза и многое другое!
Структура LVDT
Глядя на разрез LVDT, мы видим, что:
– LVDT состоит из трех катушек , наполненных стекловолокном высокой плотности, намотанных на полую немагнитную изолированную трубку.
– Первичная обмотка расположена в центре, а две другие идентичные вторичные обмотки , расположенные на равном расстоянии от первичной обмотки.
— Дифференциальная часть в названии этого датчика происходит из-за того, что эти две вторичные катушки находятся в противоположных фазах.
Электрически они сдвинуты по фазе на 180 градусов относительно друг друга и соединены последовательно. Это соединение приводит к выходу, который представляет собой разницу между напряжениями в этих двух обмотках.
На этом разрезе мы также можем видеть цилиндрический сердечник из мягкого железа, который является ферромагнитным, а это означает, что он очень восприимчив к намагничиванию.
Этот сердечник прикреплен к толкателю, который скользит по трубе. Этот стержень прикреплен к корпусу для измерения его положения смещения.
Как работает LVDT?
Непрерывный переменный ток подается на первичную катушку, создавая то, что мы называем первичным возбуждением и переменным магнитным полем.
Это первичное возбуждение взаимодействует со вторичными катушками, что затем индуцирует ток и напряжение во вторичных катушках.
– Когда ферромагнитный сердечник находится в мертвой точке, что также называется нулевым положением, индукционный магнитный поток в каждой из вторичных катушек одинаков.
Мы знаем, что они электрически не совпадают по фазе на 180 градусов друг с другом, следовательно, они будут компенсировать друг друга, и выходное напряжение будет равно нулю. Эта характеристика используется при калибровке датчика LVDT.
Смещение ядраКогда сердечник перемещается из этого нулевого положения, суммарное индуцированное напряжение изменяется.
– При движении вверх наведенный магнитный поток на верхней вторичной обмотке больше, чем наведенный магнитный поток на нижней вторичной обмотке. Это приводит к положительному выходному напряжению .
– При движении вниз индукционный магнитный поток на верхней вторичной обмотке меньше, чем наведенный магнитный поток на нижней вторичной обмотке. В результате получается отрицательное выходное напряжение.
Благодаря этим характеристикам направление движения тела и расстояние можно определить, наблюдая за увеличением или уменьшением выходного напряжения и его отрицательным или положительным значением.
Соединение LVDT
LVDT могут иметь подводящих проводов или быть снабжены соединительными гнездами .
Поскольку обе вторичные катушки обычно подключаются последовательно, датчик имеет четыре провода или четыре разъема в гнезде подключения. Однако некоторые LVDT предоставляют пары выводов вторичной обмотки отдельно.
Модуль формирования сигнала LVDT
При первоначальном внедрении все датчики положения LVDT работали только от переменного тока.
Современные технологии, однако, позволяют выполнять обработку сигнала, или, другими словами, позволяют манипулировать сигналом таким образом, чтобы подготовить его к следующему этапу обработки, который будет выполняться внутри корпуса датчика.
Легкость работы с постоянным током может быть применена при сохранении всех желаемых характеристик LVDT переменного тока.
Однако электронные материалы в модуле формирования сигнала накладывают ограничения на LVDT, работающие от постоянного тока, такие как температура, которую он может использовать.
РезюмеТеперь давайте повторим, что мы узнали…
– Дифференциальный преобразователь с линейной переменной – это датчик, используемый для преобразования линейного движения в электрический сигнал.
– Они используются во многих приложениях в различных отраслях промышленности для обнаружения вибрации, для нагрузочных испытаний, для измерения перемещения привода и т. д.
– LVDT состоит из полого цилиндрического массива катушек: первичной и вторичной обмоток.
– Переменное магнитное поле в первичной обмотке индуцирует магнитное поле на обеих вторичных обмотках.
– Магнитные поля, индуцируемые во вторичных катушках, зависят от положения цилиндрического ферромагнитного сердечника, проходящего через центр полой трубки.