关于线性可变差动变压器的详细介绍

线性可变差动变压器，或LVDT的简称，是一种机电换能器的位置（传感器），其提供约外力或物体的线性机械位置的精确和无摩擦的位置反馈信息。顾名思义，线性可变差动变压器的工作原理与交流变压器相同，但是它不提供负载电流或高压，而是使用互感的基本变压器原理来测量线性运动。

在关于互感的教程中，我们看到当两个或多个长螺线管线圈一起缠绕在同一线圈架或铁心上时，其中任何一个线圈产生的磁通都与其他线圈相联系，而驱动线圈辅助或与其他线圈产生的磁通相反。因此，任何流过一个线圈的交流电流都会在另一个磁耦合线圈中感应出电压，这就是LVDT的基本原理。

线性可变差动变压器然后，LVDT是一种无源电感式传感器，需要外部电源才能工作。它使用线圈和交变磁场来产生模拟输出电压，从而使其成为可变电感传感器。因此，“线性可变差动变压器”测量沿线性轴的距离。

LVDT由三个单独的线圈组成，这些线圈依次缠绕在空心的非磁性绝缘管上。电磁线圈中的一个线圈被分类为初级线圈，其他线圈形成两个相同的次级线圈。

两个次级线圈以串联对置的方式连接在一起，也就是说，它们彼此的相位差为180 o。因此，微分部分的名称。

LVDT的单个位于中心的初级线圈由恒定的AC正弦波形源供电，其频率范围约为1kHz至10kHz。由初级绕组产生的磁通量通过磁芯耦合到位于其两侧的两个次级线圈中的一个或两个。

这种布置产生与铁芯位移成比例的差分输出电压，因此为它额外命名为“间距传感器”。然后，线性可变差动变压器包括一个初级励磁线圈和两个次级线圈，它们以“串联反向”（差分）连接。

由于连接物体的位移增加或增加，允许称为“芯”，“芯”，“柱塞”或“电枢”的软铁铁磁芯在中心空心管内沿直线自由移动。减小初级线圈和次级线圈之间的互感，进而增加或减小每个次级线圈中感应的电压。生产出一种用于测量线性位移的非常精确的设备，其输出与其可移动芯的位置成比例。因此，其名称为线性变量部分。
线性可变差动变压器
上图显示了LDVT的一般原理。当可移动软铁铁磁芯位于两个次级线圈的中心（“零位置”）时，感应到两个次级线圈中的每个中的初级磁通量完全相同。由于两个次级线圈彼此异相缠绕180 o，因此两个次级绕组中的两个感应电动势会相互抵消，因为V SEC1 = V SEC2的值，因此最终的次级输出电压为零（V OUT = 0）。因此，零伏表示磁芯在其零位完全居中。

当铁芯从该零位置或零位置稍微向一侧或另一侧位移时，由于铁磁芯的耦合效应，在一个次级线圈中感应出的磁通量将大于另一侧。这导致两个次级线圈变得不平衡，这是因为感应到离芯更远的次级线圈的电压变小，而感应到离芯最近的次级线圈的电压变大。两个次级绕组之间的这种磁不平衡会产生一个输出电压（V OUT），该电压相对于施加在初级励磁线圈绕组上的峰值电压的正弦频率。

显然，两个次级输出（一个方向上的V SEC1 -V SEC2和另一个方向上的V SEC2 -V SEC1）之间的差分电压将是RMS电压乘以相移余弦。因此，可移动铁芯从其中心零位置到一端或另一端（其行程长度）的位移越大，输出电压就越大。

输出信号的极性和大小取决于可动铁芯的方向和位移量，其本身由所连接物体的运动确定。这种位移的结果是差分电压输出，该电压随铁芯位置线性变化。因此，这种类型的位置传感器的均方根输出电压既具有作为磁芯位移的线性函数的幅度，又具有指示运动方向的极性，如图所示。
LDVT输出电压
从上方的位置-电压曲线图中可以看出，随着铁芯从其范围的一端通过中心位置移动到另一端，初级线圈和两个次级线圈中的任意一个线圈之间都会出现更大的磁链。输出电压在相反的方向上从最大值变为零，然后再次返回最大值，其变化量与磁芯从零开始的位移量有关。这使LVDT能够产生输出AC信号，其幅度表示从中心“ null”位置开始的移动量，并且其相角表示可移动磁芯的移动方向。

将对象连接到磁芯可以使线性可变差动变压器传感器提供有关对象位置的相当精确的信息。当对它们的输出进行校准以产生每毫米的特定电压（例如20或200 mV / mm）时，范围或行程可以从几毫米到几百毫米。也就是说，一毫米的芯位移将产生200 mV的电压输出。如果将输出电压（0 o或180 o）的相角与初级线圈励磁电压（0 o）的相角进行比较，则可以知道磁芯位于次级线圈的哪一半，从而知道铁芯的方向。

与基于电阻电位计的传感器相比，可变差分变压器具有许多优势，可用于位置测量。LVDT具有很好的线性度，即其输出的位移电压极佳，精度极高，分辨率高，灵敏度高，并且由于线圈与铁芯之间没有机械连接，因此无摩擦，因此无摩擦而且没有零件磨损。同样，变压器部分的名称也意味着初级绕组和次级绕组之间存在电气隔离，从而实现了更大的电气连通性。

由于LVDT的初级，次级绕组和铁心之间唯一的相互作用是磁耦合，因此LVDT的初级和次级绕组通常被密封在环氧树脂中，整个传感器被封装在金属外壳中，从而可以安全地用于各种场合。潮湿或恶劣的环境条件。

线性可变差动互感器换能器的典型用途主要是在工业应用中用作压力换能器，在这种情况下，被测压力推向隔膜以产生线性运动，该线性运动被LVDT转换成电压信号，或者用于机器人的测量头中。 LVDT内芯弹簧加载的检查工具和量规，以使其返回某个预设参考点。由于需要零点重复性，它们在伺服或闭环控制系统中也可以用作零位传感器。

LVDT示例1线性可变差动变压器的行程长度为±150mm，分辨率为40mV / mm。确定：a）LVDT的最大输出电压; b）当磁芯从零位移动120mm时的输出电压; c）当输出电压为3.75伏时，磁芯从中心位置移开; d）当LVDT的最大输出电压变化时。核心从+ 80mm位移到-80mm位移。

a）。最大输出电压V OUT
如果1mm的运动产生40mV，则150mm的运动产生：
b）。核心位移为120mm时的V OUT
如果150mm的芯位移产生6伏的输出，则120mm的运动产生：

C）。V OUT = 3.75伏时的核心位置

d）。电压从+ 80mm位移到-80mm位移

因此，当磁芯分别从+ 80mm移至-80mm时，输出电压从+3.2伏​​变为-3.2伏。
位移传感器有多种长度和尺寸，可以测量几毫米，甚至可以测量长行程。但是，虽然LVDT能够测量直线上的线性运动，但是LVDT却有一种变化，它可以测量角运动，称为旋转可变差动变压器或RVDT。

旋转可变差动变压器基于电位计的传感器易于使用且易于使用，但是电阻式电位计由于滑动刮水器与其电阻轨道之间的接触而遭受机械磨损，并且在刮水器沿电阻轨道滑动并在其上弹起时会产生电噪声。旋转式可变差动变压器的基本原理与以前的LVDT相同，只是使用了旋转铁磁芯。

在这里，变压器铁芯不是笔直的，而是形成一个圆的一部分（与环形变压器相同），从而使传感器能够测量所附着物体的角位移。RVDT的铁磁可移动芯基于其角位置与次级线圈耦合，因此可以测量角位移。

RVDT的电气操作与线性版本的电气操作完全相同，因为它基于改变初级线圈和次级线圈之间的互感耦合。初级线圈仍由交流激励电流（通常在千赫兹，kHz范围内）驱动，这会在每个串联的次级线圈中感应出交流电流。可移动铁磁芯在体内旋转而不是滑动。

旋转可变差动变压器的主要缺点之一是它只能在相对狭窄的角旋转范围内运行。尽管从理论上讲，它们能够进行连续的旋转和速度测量，但典型的RVDT的输出仅在距零零位（0 o）约±60 o或以下的范围内才是真正的线性，这主要是由于磁耦合的限制。除此之外，输出信号开始变得非线性并且用处不大。同样，它们的灵敏度要小得多，以至于它们的线性表亲每旋转一度产生大约2至5mV。

线性可变差动变压器摘要我们在有关线性可变差动变压器的教程中看到，LVDT是一种位置传感器，用于测量从几毫米到几百毫米的较小线性（直线）位移。LVDT没有直接的滑动机械接触或运动部件，不会磨损，因此与电阻线性电位器型位移传感器相比，它实际上无摩擦，提供了更高的电气性能和使用寿命。

LVDT由一个变压器组成，该变压器具有一个初级绕组和两个次级绕组，彼此的电相位差为180 o。LVDT还包含一个可移动芯。当磁芯处于其中心位置时，两个次级绕组中感应的电压相等且相反，从而提供零输出信号。当磁芯远离中心位置移动时，一个次级绕组中的感应电压将大于另一个，从而产生一个信号，其幅度与线性位移量成正比，并且其相位表示行进方向。因此，LVDT产生的差分电压输出随铁芯位置线性变化，输出电压的相位角变化180 o 当核心从空位置的一侧移到另一侧时。

如果将测得的LVDT内芯的位移从线性运动更改为旋转或角运动，则该设备将成为旋转可变差动变压器（RVDT）。但是，RVDT的输出信号在相对较小的角度旋转范围内是真正线性的，因此不适合测量整个360 o旋转。