LVDT线性可变差动变压器位移传感器的变革

作者：Macro Sensors公司 John Matlack

欢迎访问e展厅 展厅 11 传感器展厅 差压变送器, 压力变送器, 压力传感器, 压力开关, 张力传感器, ... 先进制造技术、新型结构材料和微电子已经使LVDT线性位置传感器发生革命性的变化。以前，LVDT线性位置传感器在使用中受到尺寸和成本的限制，现在却可提供性价比高且精确的线性位置测量，与具有竞争力的技术开展竞争，满足广泛的工业和航天应用的规格要求。 基本操作原理 多年以来，LVDT的基本操作原理保持不变。作为一种机电传感器，LVDT（参见LVDT的剖面图，见图1）由两个基本元件组成：一个静止线圈组件（由位于两个次级线圈之间的初级线圈组成），以及一个可以移动的核芯或电枢。LVDT产生与其核心的位移直接成比例的电输出。交流电载波激励被施加到初级线圈。与初级线圈间隔对称的次级线圈在外部采用串行的相对回路连接。非接触磁性核心的运动改变每个次级线圈与初级线圈的互感，确定从初级线圈到每个次级线圈的感应电压。 如果核芯位于次级线圈之间的中心，则每根次级线圈感应的电压相同，存在180度的异相，因此没有净输出。如果核心被移离中心，则初级线圈与次级线圈的互感将大于另一线圈的互感，将在串行次级线圈中出现压差。对于该操作范围之内的偏心位移，该电压主要是位移的一个线性函数。通常，该交流电输出电压被采用电子回路转换到高电平直流电压或者使用更方便的电流。 新材料扩展了LVDT的应用领域 由于采用新型结构材料，因此LVDT线性位置传感器可以在扩展的环境范围内工作，例如存在极高和极低温度、辐射暴露以及海底或真空压力状态的环境。如果使用合适的外壳，LVDT可以在极端恶劣的化学条件下工作，并在海水和腐蚀性酸以及极高压力和温度与伴随化学品滥用的状况下使用多年。结果是，当用于离岸应用、井下钻和发电等恶劣和深水环境位置测量时，LVDT位置传感器可取代可靠性更低的其它技术。 当采用不锈钢和Inconel 718材料设计用于耐压和耐腐蚀应用时，LVDT组件可以提供多年的可靠操作，即使设备完全暴露于海水。当LVDT浸入含氧量高的浅水或温水中时，基于镍的特殊合金Monel 400具有卓越的性能，可抵抗微生物产生的蚀斑和侵蚀。钛和Hastelloy可以耐压和耐腐蚀，可在最深达7500英尺的海水下以及大约3800psi的外部压力下获取测量数值。 LVDT的精确度和可靠性 采用微电子，可以将信号调整和复杂的处理功能集成于LVDT内部，而不要求使用外部处理盒。过去，采用交流电操作的LVDT线性位置传感器需要独立的信号调整装置输出位移。现在，采用直流电操作的LVDT可以提供直接兼容基于电脑的系统的数字输出。 采用微处理器增强的线性位置传感器也更加精确，因为传感器的特征或环境造成的误差被修正。虽然标准LVDT线性位置传感器的线性度为满刻度输出的+/-0.25%，但是，采用微处理器增强的LVDT可以将其输出线性化到满刻度输出的+/-0.05%。 由于组合ASIC专用集成电路和微处理器，并采用新型LVDT制造材料和工艺，因此现代产品达到的性能是十年或二十年之前的LVDT的数量级。 更短行程、更小直径 过去，LVDT线性位置传感器的长度对于空间有限的应用环境来说显得过长。与其可测量的行程长度相比，新型层绕线圈和改进的微处理器已经大幅降低了线性位置传感器的主体长度。线性位置传感器的行程与长度比率提高（现在高达80%），已经成为机床定位、液压气缸定位、阀门位置感应和自动装配设备的一种可行的位置测量设备。 独特的线圈绕线配置还支持紧凑型直径设计，因此使LVDT线性位置传感器可集成于空间紧密的设备。由于采用轻巧的低质量核心，因此这种线性位置传感器用于具有高动态响应要求的应用或者航天器和卫星等应用中，也十分理想。 性价比 过去，使用LVDT的高成本限制了它的广泛应用。正确操作LVDT所需要的电子器件通常复杂而昂贵。现在，由于使用功率强大、成本低的微电子器件和微处理器，LVDT的成本更具有吸引力，性能已经大幅提高。 自从60多年前作为一种使用有限的实验室测量设备引入以来，LVDT线性位置传感器现在可以为各种应用提供高度可靠的位移反馈，能够测量最低百万分之几英寸到最高±20英寸（±0.5米）的移动。

文章内容仅供参考 (投稿) (5/4/2012)