المصطلح LVDT أو المحولات التفاضلية الخطية المتغيرة هي محول طاقة خطي كامل متين وخالي من الاحتكاك بشكل طبيعي. لديهم دورة حياة لا نهاية لها عندما يتم استخدامها بشكل صحيح. لأن LVDT التي تسيطر عليها التيار المتردد لا تشمل أي نوع من الإلكترونيات ، كانوا يعتزمون العمل في درجات حرارة منخفضة للغاية تصل إلى 650 درجة مئوية (1200 درجة فهرنهايت) في بيئات غير حساسة. تشمل تطبيقات LVDTs بشكل أساسي الأتمتة وتوربينات الطاقة والطائرات والمكونات الهيدروليكية والمفاعلات النووية والأقمار الصناعية وغيرها الكثير. هؤلاء أنواع محولات الطاقة تحتوي على ظواهر فيزيائية منخفضة وتكرار بارز.
يغير LVDT خلعًا خطيًا من موضع ميكانيكي إلى إشارة كهربائية نسبية بما في ذلك الطور والسعة لمعلومات الاتجاه والمسافة. لا يحتاج تشغيل LVDT إلى رابطة كهربائية بين الأجزاء الملامسة والملف ، ولكن كبديل يعتمد على الاقتران الكهرومغناطيسي.
ما هو LVDT (المحول التفاضلي الخطي المتغير)؟
الشكل الكامل LVDT هو 'المحول التفاضلي الخطي المتغير' هو LVDT. بشكل عام ، LVDT هو نوع عادي من محولات الطاقة. وتتمثل الوظيفة الرئيسية لهذا في تحويل الحركة المستطيلة لجسم ما إلى إشارة كهربائية مكافئة. يستخدم LVDT لحساب الإزاحة ويعمل على المحولات المبدأ.
يشتمل مخطط مستشعر LVDT أعلاه على مجموعة أساسية بالإضافة إلى مجموعة ملف. هنا ، يتم حماية اللب بواسطة الشيء الذي يتم حساب موقعه ، بينما يتم زيادة تجميع الملف إلى هيكل ثابت. تشتمل مجموعة الملف على ثلاثة ملفات ملفوفة بالأسلاك على الشكل المجوف. الملف الداخلي هو الملف الرئيسي ، والذي يتم تنشيطه بواسطة مصدر التيار المتردد. يتم توصيل التدفق المغناطيسي المتولد عن طريق الملف الرئيسي بالملفين الصغيرين ، مما يجعل جهد التيار المتردد في كل ملف.
المحولات التفاضلية الخطية المتغيرة
الفائدة الرئيسية لمحول الطاقة هذا ، عند مقارنتها بأنواع LVDT الأخرى ، هي المتانة. حيث لا يوجد اتصال مادي عبر مكون الاستشعار.
نظرًا لأن الجهاز يعتمد على مزيج التدفق المغناطيسي ، يمكن أن يكون لمحول الطاقة هذا دقة غير محدودة. لذلك يمكن ملاحظة الجزء الأدنى من التقدم بواسطة أداة تكييف إشارة مناسبة ، ويتم تحديد دقة محول الطاقة حصريًا من خلال إعلان DAS (نظام الحصول على البيانات).
بناء المحولات التفاضلية الخطية المتغيرة
يشتمل LVDT على أسطواني سابق ، يحده ملف رئيسي واحد في المحور الأول ويتم لف ملفتي LVDT الصغيرتين على الأسطح. كمية التقلبات في كل من اللفات الصغيرة متكافئة ، لكن يتم عكسها مع بعضها البعض مثل اتجاه عقارب الساعة واتجاه عقارب الساعة.
بناء المحولات التفاضلية الخطية المتغيرة
لهذا السبب ، ستكون الفولتية o / p هي التباين في الفولتية بين الملفين الصغيرين. يتم الإشارة إلى هذين الملفين بـ S1 & S2. يقع قلب حديد التقدير في منتصف الأسطواني السابق. جهد الإثارة للتيار المتردد هو 5-12 فولت وتردد التشغيل يُعطى من 50 إلى 400 هرتز.
مبدأ عمل LVDT
مبدأ العمل للمحول التفاضلي الخطي المتغير أو نظرية العمل LVDT هو الحث المتبادل. الخلع هو طاقة غير كهربائية يتم تغييرها إلى طاقة كهربائية . وكيف يتم تغيير الطاقة يتم مناقشتها بالتفصيل في عمل LVDT.
يعمل LVDT
يمكن تقسيم عمل مخطط دائرة LVDT إلى ثلاث حالات بناءً على موضع قلب الحديد في السابق المعزول.
- في الحالة 1: عندما يكون قلب LVDT في الموقع الفارغ ، فإن كلا من تدفق اللفات الصغيرة سوف يتساوى ، وبالتالي فإن e.m.f المستحثة متشابهة في اللفات. لذلك من أجل عدم التفكك ، فإن قيمة الإخراج (eخارج) تساوي صفرًا لأن كلا من e1 و e2 متساويان. وبالتالي ، فإنه يوضح أنه لم يحدث خلع.
- في الحالة 2: عندما يتم تحويل جوهر LVDT إلى النقطة الفارغة. في هذه الحالة ، يكون التدفق الذي يتضمن ملفًا صغيرًا S1 إضافيًا على النقيض من التدفق المتصل بملف S 2. لهذا السبب ، ستتم إضافة e1 كـ e2. بسبب هذا هخارج(جهد الخرج) موجب.
- في الحالة 3: عندما يتم إزاحة جوهر LVDT إلى النقطة الخالية ، في هذه الحالة ، ستتم إضافة مقدار e2 على أنه e1. بسبب هذا هخارجسيكون جهد الخرج سالبًا بالإضافة إلى أنه يوضح o / p لأسفل على نقطة الموقع.
ما هو ناتج LVDT؟
ناتج جهاز القياس مثل LVDT أو المحول التفاضلي الخطي المتغير هو موجة جيبية من خلال السعة التي تتناسب مع الموقع خارج المركز و 0 ⁰ وإلا 180 درجة على أساس الجانب الموجود من القلب. هنا ، يتم استخدام تصحيح الموجة الكاملة لإزالة تشكيل الإشارة. تحدث أعلى قيمة لخرج المحرك (EOUT) عند أعلى إزاحة أساسية من الموضع الأوسط. إنها دالة سعة لجهد الإثارة الجانبي الرئيسي بالإضافة إلى عامل الحساسية لنوع معين من LVDT. بشكل عام ، إنه كبير جدًا في RMS.
لماذا تستخدم LVDT؟
يعتبر مستشعر الموضع مثل LVDT مثاليًا للعديد من التطبيقات. فيما يلي قائمة بأسباب استخدامها.
الحياة الميكانيكية لانهائية
لا يمكن استبدال هذا النوع من أجهزة الاستشعار حتى بعد ملايين الدورات والعقود.
الأساسية والملف القابل للفصل
تستخدم LVDTs المضخات والصمامات وأنظمة المستوى. يمكن أن يتعرض قلب LVDT للوسائط في درجة الحرارة والضغط العالي عندما يمكن فصل الملفات والمبيت من خلال أنبوب معدني أو أنبوب زجاجي أو الأكمام ، إلخ.
القياس عديم الاحتكاك
قياس LVDT عديم الاحتكاك لأنه لا توجد أجزاء احتكاك ولا خطأ ولا مقاومة.
القرار لانهائي
باستخدام LVDTs ، يمكن أيضًا حساب الحركات الصغيرة بدقة.
التكرار ممتاز
لا تطفو LVDTs وإلا تحصل على ضوضاء أخيرًا حتى بعد عقود.
عدم الحساسية للحركة الأساسية عبر المحاور
لا يمكن المساومة على جودة القياس لا الأحاسيس ولا المتعرجة.
التكرار لاغى
من 300 درجة فهرنهايت إلى 1000 درجة فهرنهايت ، توفر لك هذه المستشعرات دائمًا نقطة مرجعية موثوقة
- غير ضروري للإلكترونيات على متن الطائرة
- الإخراج الكامل
- التخصيص ممكن لأي نوع من التطبيقات
أنواع مختلفة من LVDT
تشمل الأنواع المختلفة من LVDTs ما يلي.
الأسير المحرك LVDT
هذه الأنواع من LVDTs متفوقة لسلسلة العمل الطويلة. ستساعد LVDTs هذه على منع الترتيبات غير الصحيحة لأنها يتم توجيهها والتحكم فيها بواسطة مجموعات مقاومة منخفضة.
المحركات غير الموجهة
تتمتع هذه الأنواع من LVDT بسلوك دقة غير محدود ، وآلية هذا النوع من LVDT هي خطة عدم التآكل التي لا تتحكم في حركة البيانات المحسوبة. يتم توصيل LVDT هذا بالعينة المراد حسابها ، بحيث يكون مناسبًا بشكل ضعيف في الأسطوانة ، بما في ذلك جسم محول الطاقة الخطي ليتم تثبيته بشكل مستقل.
قوة المحرك الموسعة
استخدام آليات الربيع الداخلية ، محركات كهربائية لتحريك المحرك للأمام باستمرار إلى أقصى مستوى يمكن تحقيقه. يتم استخدام هذه المحركات في LVDT للتطبيقات البطيئة الحركة. لا تحتاج هذه الأجهزة إلى أي اتصال بين المحرك والعينة.
تُستخدم محولات الإزاحة المتغيرة الخطية عادةً في أدوات التصنيع الحالية ، أو الروبوتات ، أو التحكم في الحركة ، وإلكترونيات الطيران ، والآلية. يمكن قياس اختيار نوع قابل للتطبيق من LVDT باستخدام بعض المواصفات.
خصائص LVDT
تمت مناقشة خصائص LVDT بشكل أساسي في ثلاث حالات مثل الموضع الفارغ ، والموضع الأيمن الأعلى ، والموضع الأيسر الأعلى.
موقف فارغ
يمكن توضيح إجراء العمل لـ LVDT في مكان محوري فارغ وإلا صفر بالشكل التالي. في هذه الحالة ، يمكن وضع العمود بالضبط في مركز اللفات S1 و S2. هنا ، هذه اللفات هي ملفات ثانوية ، والتي تزيد من توليد التدفق المكافئ وكذلك الجهد المستحث عبر الطرف التالي في المقابل. هذا الموقع يسمى أيضًا الموضع الفارغ.
LVDT في Null Position
تسلسل طور الخرج وكذلك تمايز حجم الخرج فيما يتعلق بإشارات الإدخال التي تستمد الإزاحة وحركة النواة. يشير ترتيب العمود في الموقع المحايد أو الخالي بشكل أساسي إلى أن الفولتية المستحثة عبر اللفات الثانوية المتصلة في سلسلة متكافئة ومتناسبة عكسيًا فيما يتعلق بصافي الجهد الكهربائي.
EV1 = EV2
Eo = EV1– EV2 = 0 فولت
أعلى موقع الحق
في هذه الحالة ، يظهر أعلى موضع صحيح في الشكل أدناه. بمجرد أن يتم إزاحة العمود في الاتجاه الجانبي الأيمن ، يمكن توليد قوة هائلة عبر لف S2 ، من ناحية أخرى ، يمكن إنتاج الحد الأدنى من القوة عبر الملف S1.
LVDT على اليمين
وبالتالي ، فإن 'E2' (الجهد المستحث) أفضل بكثير من E1. يتم عرض معادلات الفولتية التفاضلية الناتجة أدناه.
بالنسبة إلى EV2 = - EV1
أقصى موضع لليسار
في الشكل التالي ، يمكن أن يميل العمود أكثر في اتجاه الجانب الأيسر ، ثم يمكن توليد تدفق عالي عبر ملف S1 ويمكن تحفيز الجهد عبر 'E1' عندما يتم تقليل 'E2'. وترد معادلة هذا أدناه.
بالنسبة إلى = EV1 - EV2
يمكن حساب ناتج LVDT النهائي من حيث التردد أو التيار أو الجهد. يمكن أيضًا تصميم هذه الدائرة باستخدام الدوائر القائمة على متحكم دقيق مثل PIC و Arduino وما إلى ذلك.
LVDT على اليسار
مواصفات LVDT
تشمل مواصفات LVDT ما يلي.
الخطية
أعلى فرق من النسبة المستقيمة بين المسافة المحسوبة ومسافة o / p على مدى الحساب.
- > (0.025 +٪ أو 0.025 -٪) مقياس كامل
- (0.025 إلى 0.20 +٪ أو 0.025 إلى 0.20 -٪) مقياس كامل
- (0.20 إلى 0.50 +٪ أو 0.20 إلى 0.50 -٪) مقياس كامل
- (0.50 إلى 0.90 +٪ أو 0.50 إلى 0.90 -٪) مقياس كامل
- (0.90 إلى +٪ أو 0.90 إلى -٪) مقياس كامل وأعلى
- 0.90 إلى ±٪ مقياس كامل وأعلى
درجات حرارة التشغيل
تشمل درجات حرارة التشغيل لـ LVDT
> -32 درجة فهرنهايت ، (-32-32 درجة فهرنهايت) ، (32 -175 درجة فهرنهايت) ، (175-257 درجة فهرنهايت) ، 257 درجة فهرنهايت وما فوق. نطاق درجة الحرارة التي يجب أن يعمل الجهاز بدقة ضمنها.
نطاق القياس
يشمل نطاق قياس IVDT
0.02 ″ ، (0.02-0.32 ″) ، (0.32 - 4.0 ″) ، (4.0-20.0 ″) ، (± 20.0)
صحة
يشرح النسبة المئوية للفرق بين القيمة الحقيقية لكمية البيانات.
انتاج |
التيار أو الجهد أو التردد
واجهه المستخدم
بروتوكول تسلسلي مثل RS232 ، أو بروتوكول موازي مثل IEEE488.
أنواع LVDT
على أساس التردد أو الرصيد الحالي القائم على التيار المتردد / التيار المتردد أو يعتمد على DC / DC.
LVDT الرسم البياني
يتم عرض مخططات الرسم البياني LVDT أدناه والتي توضح الاختلافات في العمود وكذلك نتائجه من حيث حجم خرج التيار المتردد التفاضلي من نقطة فارغة ومخرج التيار المباشر من الإلكترونيات.
تعتمد القيمة القصوى لإزاحة العمود من الموقع الأساسي بشكل أساسي على عامل الحساسية بالإضافة إلى سعة جهد الإثارة الرئيسي. يظل العمود في الوضع الفارغ حتى يتم تحديد جهد إثارة رئيسي مرجعي للملف الرئيسي للملف.
الاختلافات في رمح LVDT
كما هو مبين في الشكل ، تحدد قطبية DC o / p أو تحول الطور بشكل أساسي موضع العمود للنقطة الفارغة لتمثيل الخاصية مثل خطية o / p لوحدة LVDT.
مثال على المحولات التفاضلية الخطية المتغيرة
طول شوط LVDT هو ± 120 مم ويولد دقة 20mV / mm. لذلك ، 1). ابحث عن أقصى جهد o / p ، 2) جهد o / p بمجرد أن يتم إزاحة النواة بمقدار 110 مم من موقعها الخالي ، ج) موضع اللب من الوسط بمجرد أن يكون جهد o / p 2.75 فولت ، د) ابحث عن التغيير داخل جهد o / p بمجرد أن يتم تحويل اللب من إزاحة + 60 مم إلى -60 مم.
أ). أعلى جهد o / p هو VOUT
إذا كانت حركة بمقدار مم واحد تولد 20 ميللي فولت ، فإن 120 مم من الحركة تولد
VOUT = 20 مللي فولت × 120 مم = 0.02 × 120 = ± 2.4 فولت
ب). VOUT مع 110 مم من الإزاحة الأساسية
إذا كان الإزاحة الأساسية 120 مم تولد ناتجًا 2.4 فولت ، فإن حركة 110 مم تنتج
Vout = إزاحة النواة X VMAX
الصوت = 110 × 2.4 / 120 = 2.2 فولت
إزاحة الجهد من LVDT
ج) موضع اللب عندما VOUT = 2.75 فولت
Vout = إزاحة النواة X VMAX
النزوح = Vout X length / VMax
D = 2.75 × 120 / 2.4 = 137.5 ملم
د). تغيير الجهد من + 60 مم إلى -60 مم
التبادل = + 60 مم - (-60 مم) × 2.4 فولت / 130 = 120 × 2.4 / 130 = 2.215
وبالتالي فإن تغيير جهد الخرج يتراوح من +1.2 فولت إلى -1.2 فولت عندما ينتقل القلب من + 60 مم إلى -60 مم على التوالي.
محولات الإزاحة متوفرة بأحجام مختلفة وبأطوال مختلفة. تُستخدم محولات الطاقة هذه لقياس بضعة مللي مترات إلى 1 ثانية والتي يمكنها تحديد ضربات طويلة. ومع ذلك ، عندما تكون LVDT قادرة على حساب الحركة الخطية داخل خط مستقيم ، فهناك تغيير في LVDT لقياس الحركة الزاوية المعروفة باسم RVDT (المحول التفاضلي المتغير الدوراني).
مزايا وعيوب LVDT
تشمل مزايا وعيوب LVDT ما يلي.
- إن قياس مدى الإزاحة لـ LVDT مرتفع للغاية ، ويتراوح من 1.25 مم إلى -250 مم.
- ناتج LVDT مرتفع جدًا ولا يتطلب أي امتداد. إنها تمتلك شفقة عالية والتي عادة ما تكون حوالي 40V / مم.
- عندما ينتقل القلب داخل قالب مجوف ، وبالتالي لا يوجد فشل في إدخال الإزاحة أثناء فقد الاحتكاك ، لذلك يجعل LVDT جهازًا دقيقًا.
- يُظهر LVDT تباطؤًا صغيرًا وبالتالي فإن التكرار استثنائي في جميع المواقف
- استهلاك الطاقة في LVDT منخفض جدًا حوالي 1 وات كما تم تقييمه بواسطة نوع آخر من محولات الطاقة.
- يغير LVDT الخلع الخطي إلى جهد كهربائي سهل التقدم.
- تستجيب LVDT للابتعاد عن المجالات المغناطيسية ، وبالتالي فهي تحتاج باستمرار إلى نظام لمنعها من الانجراف في المجالات المغناطيسية.
- من المؤكد أن LVDTs أكثر فائدة على النقيض من أي نوع من محول الطاقة الاستقرائي.
- يتلف LVDT بسبب درجة الحرارة وكذلك الاهتزازات.
- يحتاج هذا المحول إلى عمليات نزوح كبيرة للحصول على ناتج تفاضلي كبير
- هذه تستجيب للمجالات المغناطيسية الشاردة
- يجب اختيار أداة الاستقبال للعمل على إشارات التيار المتردد وإلا يجب استخدام مزيل التشكيل n / w إذا كان تيار مستمر / ف
- توجد الاستجابة الديناميكية المحدودة ميكانيكياً من خلال كتلة اللب وكهربائيًا من خلال الجهد المطبق.
تطبيقات المحولات التفاضلية الخطية المتغيرة
تشمل تطبيقات محول الطاقة LVDT بشكل أساسي مكان الاضطرابات التي يجب حسابها والتي تتراوح من تقسيم مم إلى بعض سم فقط.
- يعمل مستشعر LVDT كمحول رئيسي ، وهذا يغير الخلع إلى إشارة كهربائية مباشرة.
- يمكن أن يعمل محول الطاقة هذا أيضًا كمحول ثانوي.
- يستخدم LVDT لقياس الوزن والقوة والضغط أيضًا
- في أجهزة الصراف الآلي لسمك فاتورة الدولار
- تستخدم لاختبار رطوبة التربة
- في آلات صنع الحبوب
- منظف آلي
- يتم استخدامه في الأجهزة الطبية لفحص الدماغ
- يتم استخدام بعض هذه المحولات لحساب الضغط والحمل
- تُستخدم LVDT في الغالب في الصناعات كذلك آليات مؤازرة .
- تطبيقات أخرى مثل توربينات الطاقة والمكونات الهيدروليكية والأتمتة والطائرات والأقمار الصناعية
من المعلومات المذكورة أعلاه أخيرًا ، يمكننا أن نستنتج أن خصائص LVDT لها ميزات وفوائد مهمة معينة ، معظمها مستمد من المبادئ الفيزيائية الأساسية للتشغيل أو من المواد والتقنيات المستخدمة في بنائها. إليك سؤال لك ، ما هو نطاق حساسية LVDT الطبيعي؟
