什么是LVDT?

什么是LVDT的？
LVDT是线性可变差动变压器，机电换能器的常见的类型，可以转换成一个对象，它耦合成相应的电信号，机械直线运动的缩写。 LVDT的线性位置传感器都是现成的，可以测量高达百万分之几英寸到几英寸的小变动，但也能够测量±20英寸（±0.5米）的位置。

图1显示了一个典型的LVDT的组成部分。变压器的内部结构由初级绕组之间的一对相同的伤口二次绕组，间隔对称主中心。线圈绕在一个单件的镂空表，热稳定的玻璃纤维增强聚合物对水分封装，包裹在高渗透性磁屏蔽，然后在一个圆柱形不锈钢外壳保护。这个线圈组装位置传感器通常是固定的元素。

一个LVDT移动元素是一个单独的管状电枢磁场渗透性的材料被称为核心，这是免费的内线圈的空心孔，轴向移动和机械耦合的对象，其地位正在测量。这个孔通常是大到足以提供大量的核心和孔之间的径向间隙，和线圈之间没有身体接触。

在操作中，LVDT的初级绕组通电交替适当的幅度和频率，众所周知，作为主要的激励电流。 LVDT的电输出信号是差两个二次绕组，其中的核心内LVDT线圈轴向位置变化之间的交流电压。通常这种交流输出电压转换成合适的电子电路，以高水平的直流电压或电流是更方便地使用。
图1

这剖视图中的一个LVDT环保强大的功能，使是显而易见的。
LVDT的工作如何？
图2说明LVDT的核心是在不同的轴向位置时，会发生什么。 LVDT的初级绕组，P是一个恒定的振幅AC电源通电。因此，开发的磁耦合由相邻的次级绕组，S1和S2的核心。如果核心是位于S1和S2之间的中途，平等通量耦合到各中学，使电压，E1和E2，分别为S1和S2绕组引起的，是平等的。在这个参考中途核心位置称为空点，差分输出电压，（素E1 - E2），基本上是零。

如图2所示，如果核心是接近到S1到S2移动比，更多的磁通耦合到S1和少到S2，因此感应电压E1增加，而E2下降，导致差分电压（素E1 - E2 ）。相反，如果核心移近到S2，更通量耦合S2和少到S1，所以E2是E1降低增加，造成的差分电压（E2 - E1的）。
图2
图3A显示，差分输出电压，EOUT幅度如何，具有核心地位的变化。 EOUT的*大核心排水量从空值取决于初级励磁电压和特定的LVDT的灵敏度系数的幅度，但通常是RMS的几伏。此交流输出电压，EOUT，参照主要的激励电压，相角保持不变，直到核心的中心通过零点，突然180度相位角的变化，如图3B所示图形。

这180度的相移，可以通过适当的电路用于确定从零点的核心方向。这是显示在图3C，代表着核心的位置关系到零点输出信号的极性。该图显示了一个LVDT输出超过其指定的范围内的核心运动是非常线性的，但该传感器可减少一些输出线性扩展的范围内使用。

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虽然LVDT 是变压器的一种，但是需要一个固定振幅及频率的AC 电源才能正常地操作。此电源和一般所知的AC 电源不同，通常是3Vrms @2.5kHz ～ 3．0kHz 。供给LVDT 所需之激磁电源，是一般我们所知之LVDT 信号放大器所具备的功能之一。其他的功能包括将LVD T 的低准位AC 输出电压转换为高准位的DC 信号，在使用上会比较方便。另外，当LVDT 的铁心通过原点时，利用相位检出器可从180 度的相位移来判断铁心移动的方向，以及输出信号的零点准位调整。图-6 所示为右侧内含放大器之DC LVDT 的剖面图，放大电路之模块应有封胶保护，但为了说明起见，未显示出来。

为什么要采用LVDT位移传感器？

由于LVDT位移传感器本身操作之基本物理原理或本身结构所采用之材料及技术，因而具备某些特性和优点。

无摩擦操作

LVDT *重要的特性之一就是无摩擦操作。在一般的操作之下，LVDT 的铁心和线圈组件结构之间没有机械式的接触，如摩擦、拖曳或其他可造成摩擦之因素。此特性在材料测试，振动位移测量以及高分辨率尺寸测量系统特别有用。

分辨率无限大

因为LVDT 是利用无摩擦结构之电磁耦合原理的方式操作，所以能够测量极微小之铁心位置的变化量。此无限解析之能力，只受限于LVDT 信号放大器的分辨率和输出显示器的位数。因而，LVDT 亦具有**之重复性。

机械寿命无限长

通常LVDT 的铁心和线圈组件结构之间没有接触，所以，没有任何组件彼此之间会相互摩擦或磨损，此意味着LVDT 具有无机械寿命限制之特性。此特性在高信赖度要求之应用方面，如航空器、卫星、太空飞行器以及核能设备安装等，特别的重要。另外，在很多工业过程控制以及工厂自动化控制系统方面，对此特性也有高度的需求。

不会因为超出量测范围而受损

大部分LVDT 的内膛两端是没有封闭的。若因操作不慎，超出其额定之量测行程，铁心会完全通过传感器的线圈组件结构，并不会造成任何的损坏。这种不因超出位移行程而破坏之特性，使得LVDT 在材料破坏测试设备方面，如附着于测试组件以便测试其张力之张力计，是一个很理想的传感器,参考HSTA750系列。

单轴感应

LVDT 只对铁心沿着线圈的轴线运动会有反应，而通常对于铁心横向交叉轴的运动或铁心的径向位置是不感应的。所以，对于非准线安装或漂浮移动的应用场合，以及当LVDT 的移动并不是很**的呈一直线时，LVDT 仍能正常的工作，而不会有任何反效果。

可分离之线圈及铁心

因为在LVDT 的铁心和线圈组件之间，只有磁耦合的交互作用，所以在铁心和内膛的管壁之间可以插入非磁性的管子，而将铁心和线圈组件隔离。利用这种作法，可以将加压之流体封装在隔离用之管子内，那么当线圈组件被释压时，铁心便会自由移动。在油压系统之比例阀或伺服阀，做为线轴位置回授用之LVDT，常常利用此特性，参考HSIR750系列。

耐环境特性佳

LVDT 因为所采用之材料以及组装结构的技术，是一种非常坚固耐用的传感器，可适用于各种不同的操作环境。线圈绕组以环氧树脂封装之后，放入不锈钢管内，可达到**之防潮防湿的效果，而且耐振性及耐冲击性佳。此外，由于内部的高透磁性屏蔽，使得受外部AC 磁场效应的影响降到*低。

外壳及铁心皆是采用防腐蚀之金属材料，而且外壳也有增强隔绝磁场的效果。在某些应用场合，当传感器必须暴露于易燃或腐蚀性之蒸汽及液体，或加压之流体下来操作时，可以利用各种熔接加工处理方法，将外壳和线圈组件结构整个完全密封起来。

通常LVDT 适用的操作温度范围非常的宽广，但是，若有需要，也可特别订制而专门应用于低温的环境。或者采用特殊的材料，可适用于像核子反应炉等需要耐高温及辐射的应用场合。

零点重复性

LVDT 本身的零点位置是非常的稳定，而且重复性高，即使超出其适用之操作温度范围，亦是如此。此特性使得LVDT 在闭回路控制系统以及高性能伺服平衡仪器方面的应用，是一个很好的零点位置传感器。

快速动态反应

在一般的操作情况下，此无摩擦之特性，使得LVDT 能够很快的反应出铁心位置的变化量。LVDT 本身的动态反应，仅受限于铁心之微小质量的惯性效应。通常，LVDT 感应系统的反应速度，是取决于放大器的特性。

**值输出

LVDT 是一个**值输出组件，不同于增量型的输出组件。此意味着，即使电源关闭时，LVDT 送出的位置数据并不会消失。当测量系统重新启动时，LVDT 的输出值会和电源关闭之前一样。