LVDT位移傳感器工作原理

工作原理

差動變壓器式位移傳感器（LVDT）為電磁感應原理，與傳統(tǒng)的電力變壓器不同，LVDT是一種開磁路弱磁耦合的測量元件。它采用環(huán)氧玻璃布、不銹鋼等材料作為線圈骨架，用不同線徑的漆包線，在骨架上繞制一組初級線圈，兩組次級線圈，其工作方式依賴于在線圈骨架內磁芯的移動，當初級線圈供給一定頻率的交變電壓（激勵電壓）時，鐵芯在線圈內移動就改變了空間的磁場分布，從而改變了初、次級線圈之間的互感量，次級線圈就產生感應電動勢，隨著鐵心的位置不同，互感量也不同，次級產生的感應電動勢也不同，這樣就將鐵芯的位移量（實際的鐵芯是通過測桿與被測物保持相接觸，也就是被測物體的位移量）變成了電壓信號輸出，由于兩個次級線圈電壓極性相反（參見圖一），所以傳感器的輸出是兩個次級線圈電壓之差，其電壓差值與位移量成線性關系（參見圖二）。當鐵芯處在線圈正中間位置時，兩次級線圈感應電壓相等但相位相反，其電壓差值為零。當鐵芯往右移動時，右邊的次級線圈感應的電壓大于左邊的，兩線圈輸出的電壓差值大小隨鐵芯位移而成線性變化（*象限的實線段部分），這是LVDT有效測量范圍（一半）。當鐵芯繼續(xù)往右移動時，兩次級線圈輸出電壓的差值不與鐵芯位移成線性關系，此為緩沖、非測量區(qū)（虛線段）。反之，當鐵芯自線圈中間位置向左邊移動亦然。零點兩邊的實線段一般是對稱的測量范圍，只不過兩者都是交流信號而相位差180度。實際的LVDT線圈通常與殼體緊固為一體，鐵芯與測桿緊固為另一體，當兩體間發(fā)生相對位移時，就產生位移電壓輸出。

LVDT位移傳感器工作原理

主要特點：

1、使用壽命長

由于鐵芯和線圈內壁存在間隙，鐵芯在運動的時候與線圈不接觸，無摩擦損耗；同時采用優(yōu)良的生產工藝把骨架和所繞漆包線兩者固化為一整體，不會產生斷線，開裂等故障，加上其它的優(yōu)化設計，因此傳感器的使用壽命理論上可以是無限的，據國外某機構測試此類傳感器的MTBF（平均*時間）可達到300000小時，在實際的正常使用中可達到數十年，其終故障往往是人為造成或變送器電路元器件的壽命決定的。

2、多樣的環(huán)境適應性

LVDT是少數幾種可以應用在多種惡劣環(huán)境下的傳感器，通過特殊方式進行密封處理的傳感器可以防潮、防鹽霧，可以放置于承壓的液體中、氣體密閉容器中，甚至于某些腐蝕性環(huán)境中，對核輻射電磁輻射干擾不敏感，能抗振動，具有較寬的工作溫度范圍-25℃～85℃和滿足國軍標—55℃～125℃工作溫度。機電分體的傳感器單獨使用可以在200℃下工作。

3、響應速度快

基于非接觸測量的實現，對于某些快速運動物體的沖擊振動測量，此類傳感器可以提供很寬的頻率響應。目前我公司部分產品已實現幅頻特性0～1000Hz（-3db），并且具有良好的相頻特性，很適合于閉環(huán)回路中使用，已應用于數控機床，仿形機床和爆破測量等。

4、高線性度

通過不斷研發(fā)的線圈繞制方法，LVDT的線性度有了顯著的提高，我公司在±100mm（0～200mm量程）之內的各種規(guī)格產品基本上均有線性度小于0.05%，部分產品的線性度可優(yōu)于0.02%，達到國內外同類產品的一*水平。

5、高分辨率

由電磁感應原理所決定的任何微小的鐵芯運動均會改變所在磁場內次級線圈的感生電動勢，使得LVDT理論上具有無限的分辨力。隨著設計、工藝和電子元器件性能的不斷提高，我公司已將微位移傳感器的分辨力從微米級提高到10納米級，例如量程為1mm的LVDT其分辨力可以達到0.1μm、0.05、0.02、0.01微米。其他量程的傳感器分辨力也可以達到滿量程讀數的0.002%～0.001%F.S。

6、低噪聲

對于回彈式的位移傳感器，在額定位移輸出信號為10.0000V或5.0000V時，其紋波、干擾噪聲的峰—峰值電壓僅0.2～1.5mVp-p。

7、低的溫度漂移

通用型中小量程產品的溫度系數在±0.001%/℃～±0.01%/℃.FS。

8、始動漂移小

當接通電源（開機）時，位移讀數很快就能基本穩(wěn)定下來，無需長時間的預熱，時間漂移小。

9、無零點殘余電壓

由于采用了*的檢測電路，避免了零點殘余電壓的存在。

10、重復性好

本公司小量程的LVDT重復精度為零點幾微米。

11、很寬的量程覆蓋范圍

量程為0.1mm～800mm，均能實現較高的線性精度。

12、帶載能力強

一臺測量儀器能同時帶1-30支LVDT工作

13、低故障

這是指在非正常使用下，由于人為的疏忽或誤操作而設計的多種措施，以避免傳感器受損。

14、功耗低

在雙電源供電，輸出電壓信號時，供電電流﹤10mA

15、輸入、輸出的多樣性

可以輸入單或雙電源，其電壓值自5V～24V或±5V～±15V；輸出信號電壓自20mV～10V或±20mV～±10V;輸出信號電流；4～20mA或0～10mA，并且具有良好的恒流特性。輸出信號頻率：0～10000Hz（TTL電平方波）。