正在尋找LVDT的介紹？本文將介紹LVDT基礎(chǔ)知識，包括結(jié)構(gòu)、電路、傳遞函數(shù)、線性范圍、靈敏度等。

線性可變差動(dòng)變壓器（LVDT）是一種機(jī)電換能器，可感測磁芯的機(jī)械位移并在輸出端產(chǎn)生成比例的交流電壓。高分辨率（理論上是無限）、高線性度（0.5%或更好）、高靈敏度和零機(jī)械摩擦是LVDT器件的一些重要特性。

在本文中，我們將介紹LVDT的結(jié)構(gòu)和工作原理。我們還將研究這些傳感器的三個(gè)重要參數(shù)：線性范圍、線性誤差和靈敏度。

LVDT的結(jié)構(gòu)

圖1顯示了基本LVDT的剖面圖和電路模型。它由一個(gè)初級繞組組成，通過可移動(dòng)磁芯耦合到兩個(gè)次級繞組。當(dāng)磁芯移動(dòng)時(shí)，初級繞組和每個(gè)次級繞組之間的磁耦合也會(huì)相應(yīng)變化。這會(huì)在兩個(gè)繞組上產(chǎn)生與位置相關(guān)的電壓信號，可用于確定物體的位置。

圖 1（a）。 LVDT 的剖面圖。圖片由 霍尼韋爾

圖 1（b）。 LVDT的電路模型

兩個(gè)次級繞組是串聯(lián)對置的，這意味著它們串聯(lián)連接，但繞組方向相反。磁芯通常通過非鐵磁棒連接到正在測量運(yùn)動(dòng)的物體上，線圈組件通常固定在固定形式上。

它是如何工作的？

圖2顯示了完美居中的內(nèi)核如何理想地產(chǎn)生零輸出。輸入由適當(dāng)頻率的交流電壓激勵(lì)（V執(zhí)行）。由于兩個(gè)次級線圈對稱纏繞在初級線圈的兩側(cè)，因此中心磁芯導(dǎo)致從初級到兩個(gè)次級的磁耦合相等。當(dāng)次級繞組串聯(lián)相反時(shí)，將在兩個(gè)次級繞組上感應(yīng)出極性相反的相等電壓（VS1= -VS2）。因此，兩個(gè)繞組的電壓將抵消，我們將得到零（V外 = 0）。

圖2. LVDT具有完美居中的核心

如圖3所示，當(dāng)磁芯向上移動(dòng)時(shí)，初級和第一個(gè)次級之間的耦合變得更強(qiáng)。這導(dǎo)致與第二個(gè)次級（|相比，第一個(gè)次級上的交流電壓更大VS1|》|VS2|）和非零輸出 （V外）。請注意，輸出與 V 同相S1 但它的振幅相對較小。

對于圖3所示的示例，輸出最好與V同相執(zhí)行 當(dāng)核心經(jīng)歷向上位移時(shí)。

圖3. 核心向上移動(dòng)的LVDT

磁芯向下位移的典型波形如圖4所示。

圖4. 核心向下移動(dòng)的LVDT

在這種情況下，初級和第二次級之間的磁耦合增加導(dǎo)致|VS2|》 |VS1|。如您所見，我們將有一個(gè)非零 V外理想情況下，相對于激勵(lì)電壓的錯(cuò)相為180°。

傳遞函數(shù)

圖5顯示了典型LVDT的傳遞函數(shù)。x 軸是核心從中心的位置位移。y 軸是輸出交流電壓的幅度。

圖5. 圖片由Ramón Pallás-Areny和John G. Webster提供， 傳感器和信號調(diào)理

在原點(diǎn) （x =0），輸出理想情況下為零。當(dāng)磁芯在任一方向上偏離中心時(shí)，輸出的幅度隨磁芯位移線性增加。請注意，僅測量輸出幅度，我們無法確定磁芯是向左還是向右移動(dòng)。我們需要知道輸出的幅度和相位。

線性范圍

如圖5所示，LVDT僅在有限的磁芯位移范圍內(nèi)表現(xiàn)出線性傳遞函數(shù)。這被指定為 LVDT 的線性范圍。

為什么設(shè)備不再具有超出此范圍的線性關(guān)系？

我們可以想象，當(dāng)從零點(diǎn)位置的磁芯位移超過某個(gè)值時(shí)，從初級繞組耦合到磁芯的磁通量就會(huì)減少。因此，這導(dǎo)致相應(yīng)次級繞組上出現(xiàn)的電壓降低。在具有線性傳遞函數(shù)的情況下，磁芯從其零點(diǎn)位置可以行進(jìn)的最大距離稱為滿量程位移。

LVDT種類繁多，位移范圍低至±100 μm至±25 cm.能夠測量更大范圍的LVDT也可用于實(shí)驗(yàn)室、工業(yè)和潛水環(huán)境。

線性誤差

即使在線性范圍內(nèi)，LVDT輸出與磁芯位移的關(guān)系圖也不是一條完美的直線。輸出可以略微偏離構(gòu)造的直線，以便與輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行最佳擬合。

在器件的標(biāo)稱線性范圍內(nèi)可能導(dǎo)致非線性的一種機(jī)制是磁性材料的飽和。即使磁芯處于零點(diǎn)位置，這也會(huì)產(chǎn)生三次諧波分量。這種諧波可以通過對LVDT輸出施加低通濾波器來抑制。

LVDT輸出與預(yù)期直線擬合的最大偏差被視為線性誤差。線性誤差通常表示為全范圍輸出的+/-百分比。例如， E-100 LVDT 來自Measurement Specialties， Inc. 的最大線性誤差為滿量程范圍的 ±0.5%。

敏感性

靈敏度或傳輸比使我們能夠?qū)⑤敵鲭妷号c磁芯位移相關(guān)聯(lián)。為了確定靈敏度，我們在推薦的驅(qū)動(dòng)級別（3 V有效值 用于 E-100LVDT），并通過滿量程位移將磁芯移離零位置。現(xiàn)在，我們測量兩個(gè)次級繞組上的電壓以找到總輸出電壓（V外）。將這些值代入下式，我們可以找到LVDT靈敏度：

靈敏度通常以每千分之一英寸磁芯位移 （mV/V/mil） 每伏激勵(lì)的毫伏輸出來指定。例如，E-100的靈敏度為2.4mV/V/mil。有了靈敏度，我們可以確定信號調(diào)理電路所需的增益。

LVDT是一種機(jī)電換能器，可用于感測物體的機(jī)械位移。高分辨率（理論上是無限）、高線性度（0.5%或更好）、高靈敏度和零機(jī)械摩擦是LVDT器件的一些重要特性。