LVDT培訓(xùn)課件2011

1、LVDT工作原理、分類及特點工作原理、分類及特點 主講：張裕悝主講：張裕悝 圖1-1 LVDT結(jié)構(gòu)示意圖和電原理圖LVDT工作原理工作原理 全世界第一個LVDT商業(yè)化產(chǎn)品于1948年在美國Schaevitz公司誕生，經(jīng)過60多年的發(fā)展，LVDT產(chǎn)品已被全球大多數(shù)國家在機械、電力、電子、汽車、航空航天、冶金、煤炭、石油、交通、輕工、紡織、建材、水利等行業(yè)的工礦企業(yè)、研究所、大學(xué)、國防軍工等單位廣泛用于自動控制和自動測量。 LVDT 位移傳感器全稱為： Linear Variable Differential Transformer 線性 可變 差動 變壓器 LVDT位移傳感器的工作原理簡單地說是

2、鐵芯可動變壓器，結(jié)構(gòu)示意圖如圖1-1所示。LVDT工作原理工作原理 LVDT由一個初級線圈P、兩個次級線圈S1和S2、鐵芯以及線圈骨架、外殼、等部件組成。當(dāng)鐵芯在線圈中心位置時，次級線圈S1、S2所感應(yīng)的電壓相等，由于輸出是反向串接，所以輸出電壓為零（實際上還有很小的零位電壓V0）。如圖1-1所示，當(dāng)鐵芯向左移動時，線圈S1和線圈P之間互感量MX增加，次級線圈S1感應(yīng)電壓V1升高，同時線圈S2與線圈P互感量減小，次級線圈S2感應(yīng)電壓V2降低，兩線圈電壓的代數(shù)和V=V1+V2（因為S1和S2是反向串接，V1和V2相位差180，實際值V=V1-V2）隨著鐵芯向左移動呈線性增加。 當(dāng)鐵芯向右移動時，

3、兩線圈電壓變化相應(yīng)與之相反V1+V2的代數(shù)和隨鐵芯向右移動輸出VS線性增加，但此時相位與向左移動相差180，圖1-1（c）表示次級電壓與鐵芯距離之間關(guān)系，即輸出特性。這樣就將非電量-位移轉(zhuǎn)變成電壓，完成傳感器的功能。 這里要特別指出，LVDT和一般變壓器有本質(zhì)上的區(qū)別，變壓器為強電磁耦合，次級電壓在滿負載和空載差別非常大。而LVDT為弱電磁耦合，要求負載阻抗很大，次級產(chǎn)生的感應(yīng)電流很小，由此產(chǎn)生的附加磁場不干擾激勵磁場分布，這是與普通變壓器完全不同的概念，表現(xiàn)出了LVDT的獨特性質(zhì)。LVDT工作原理工作原理 直流LVDT，更確切地說應(yīng)該稱為位移變送器。它是在位移傳感器LVDT基礎(chǔ)上，外加電路，

4、不論多大行程，都可以使其輸出均為05V，或010V標(biāo)準(zhǔn)電壓信號，或420mA標(biāo)準(zhǔn)電流信號的變送器，其方框圖如圖1-2：圖1-2LVDT的特點的特點1.結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，壽命長，線性度好，重復(fù)性好，性能價格比高，利稅 率高。2.精度：最高精度可達0.05%，一般為0.25%、0.5%。3.絕對誤差：最高可達0.1m。4.重復(fù)性：好，最高可達0.1m。5.靈敏度：高，一般每mm位移輸出為數(shù)百mv, 最高可達幾伏。6.分辨率：高，一般為0.1m，最高可達10-4m。7.測量范圍：寬，0.1mm500mm甚至更大。8.工作溫度范圍：大，一般為-55+150可擴展到+300，傳感器或變送 器分為三級：

5、 商業(yè)級：0+70 工業(yè)級：-40+85 軍 級：-55+125 9. 時間常數(shù)小，動態(tài)特性好，頻帶寬一般為200HZ（5ms）最高可500HZ （2ms）。 10.毛利率高：50%。LVDT的特點的特點LVDT與光柵，磁柵，同步感應(yīng)器等高精度測長儀器相比有以下幾個優(yōu)點：1. 動態(tài)特性好，可用于高速在線檢測，進行自動測量，自動控制。光柵、磁柵等測量速度一般為1.5m/s以內(nèi)，只能用于靜態(tài)測量。2. LVDT可在強磁場，大電流，潮濕，粉塵等惡劣環(huán)境下使用。3. 可以做成在特殊條件下工作的傳感器，如耐高壓，高溫，耐輻射全密封在水下工作。4. 可靠性非常好，能承受沖擊1000g/11ms，振動：頻率

6、2000HZ 加速度20g。5. 體積小，價格低，性能價格比高。LVDT分類分類 交流交流LVDT 技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)交流LVDT的技術(shù)指標(biāo)：輸入電壓: 3Vrms (120Vrms)激勵頻率: 2.5KHz (110KHz)線性度: 0.5%;0.25%;0.2%;0.1%靈敏度: 3 240 mV/V/mm (0.07 6.0 mV/V/0.001”)動態(tài)頻率: 行程 0 6 mm 6 mm 500 Hz 200Hz (-3dB)行程：0.127mm 508mm 0.005” 20”零位電壓: 0.5% FSO負載阻抗: 100K工作溫度：-55 150溫度系數(shù)：零位 0.005%FS/ 滿

7、度 0.01%FS/沖擊: 1000g 11ms振動: 20g 2kHz 從以上技術(shù)指標(biāo)可知，交流LVDT充分體現(xiàn)了LVDT的特點，特別是工作溫度為-55C+150C，能承受1000g/11ms沖擊，20g 2KHz振動特性是其他任何測量產(chǎn)品所不能比擬的。 交流LVDT的不足之處是不能遠傳，使用時要配信號調(diào)節(jié)器。直流直流LVDT 技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)直流LVDT是將信號調(diào)節(jié)器小型化之后，裝入LVDT之內(nèi)。直流LVDT的技術(shù)指標(biāo)：雙向輸出 單向輸出輸入電壓: 15VDC +8.5+28VDC輸入電流: 25mA 10mA輸出負載阻抗（最?。?2K輸出紋波: 25mVrms 10mVrms輸出電壓:

8、 010VDC 05VDC輸出阻抗: 2 動態(tài)頻率: 200Hz工作溫度： -25 +85儲存溫度： -25 +95線性度： 0.25% FS穩(wěn)定性： 30分鐘預(yù)熱之后為0.10%溫度系數(shù)： 零位 0.01% FS / 滿度 0.6，最高達78%6. 要求比例輸出：= 0.50.0047. 承受壓力 1015MPa8. 交流單行程輸出主要產(chǎn)品有：CW-HKAC12-65、CW-HKAC15-55、CW-HKAC15-25 航空傳感器航空傳感器小行程小行程LVDT 小行程LVDT如圖1-13，CW-HKAC9.5-1.5。圖1-13技術(shù)指標(biāo)：行程：1.5mm外形：9.5 x 25.4mm線性度：

9、0.3%工作溫度：-55 +150溫漂： 0.015% FS / 航空傳感器航空傳感器高穩(wěn)定性高一致性高穩(wěn)定性高一致性LVDT 結(jié)構(gòu)要求如圖1-14所示，CW-HKAC12-65，外徑公差為 圖1-140.010.0213電氣技術(shù)指標(biāo)如下：行程：65 mm靈敏度一致性： =0.50.008工作溫度：-55 +160溫漂： 0.015% FS /交叉干擾：18MVABABVVV +V 航空傳感器航空傳感器不對稱輸出不對稱輸出LVDT 外形圖見圖1-15，CW-HKAC15-55。 圖1-15 主要技術(shù)指標(biāo)： 激勵電壓和頻率：30.03 Vrms，1800Hz18Hz 行程：-44mm +66mm

10、 機械行程：-46mm +68mm 輸出電壓：1 Vrms01.5 Vrms 1% 工作溫度：-55 +150 溫漂： 0.015% FS / 航空傳感器航空傳感器高壓高壓LVDT 外形圖見圖1-16所示，CW-HKAC13-25。 圖1-16主要技術(shù)指標(biāo)： 激勵電壓和頻率：3Vrms 3000Hz 行程：25mm 輸出電壓：01.5 Vrms 1% 零點電壓：20mVrms 線性度：0.8%工作溫度：-55 +160溫漂：0.01% FS /輸入阻抗：300 OHMS輸出阻抗：2K OHMS絕緣電阻：10 M承受壓力：10MPa 航空傳感器航空傳感器大行程高穩(wěn)定性大行程高穩(wěn)定性LVDT 外形

11、圖見圖1-17，CW-HKAC20-384，行程與體長之比為78%。圖1-17 特種特種LVDT 高溫高溫LVDT 主要技術(shù)指標(biāo)： 輸入電壓和頻率：3Vrms 2.5KHz 行程：25mm 線性度：0.25% 靈敏度：18mV/V/mm 工作溫度：-50 +300 輸入阻抗：600 OHMS 20% 骨架用12.7x 1.6 x 164mm陶瓷 管，絕緣墊片是可承受800的 HP6M-3無機膠白云母墊片。高精度高穩(wěn)定性防幅射高精度高穩(wěn)定性防幅射LVDT 主要技術(shù)指標(biāo)： 激勵頻率：2.5KHz 激勵電壓：3Vrms (5 Vrms Max) 行程：40mm 機械行程：50mm 線性度：0.1%F

12、S 靈敏度：15mV/V/mm 工作溫度：0 155 溫漂：0.01%/ (+10+70) 抗輻射：50 M Gray 外形圖見圖1-18圖1-18 特種特種LVDT 高精度高穩(wěn)定性防幅射LVDT的應(yīng)用，歐洲大型強子對撞機工作原理示意圖如下。圖1-19 特種特種LVDT 歐洲大型強子對撞機客戶測試報告 特種特種LVDT 大型強子對撞機簡介： 大型強子對撞機是世界上最大、能量最高的粒子加速器，旨在探究宇宙起源，它建在法國與瑞士邊境下一條16.7英里（約合27公里）長的環(huán)形隧道內(nèi)，如圖1-20，由歐洲核子研究中心負責(zé)管理。 大型強子對撞機共有4臺探測器構(gòu)成，它們分別安裝在環(huán)形隧道的4個地下巨洞內(nèi)，

13、分布在大型強子對撞周圍。其中，ALICE探測器高16米、重約1萬噸，如圖1-21。 大型強子對撞機創(chuàng)造了一個迷你版本的“宇宙大爆炸”，如圖1-22，而宇宙正是誕生于大約140億年前的大爆炸。報道稱，實驗的成功將開啟粒子物理學(xué)研究的新世紀(jì)。 據(jù)報道，迷你版“宇宙大爆炸”是通過令鉛離子高速撞擊產(chǎn)生的，撞擊產(chǎn)生的溫度是太陽核心溫度的100萬倍，重現(xiàn)了大爆炸后宇宙的瞬間狀況。 特種特種LVDT 圖1-20 大型強子對撞機環(huán)形隧道圖1-21 大型強子對撞機結(jié)構(gòu)圖 圖1-22 迷你“宇宙大爆炸”效果圖 特種特種LVDT 超高溫或超低溫防幅射超高溫或超低溫防幅射LVDT 工作溫度從-195550可以抵抗高達

14、1011rads或109gray的輻射，實物照片見圖1-23。圖1-23主要技術(shù)指標(biāo)： 輸入電壓： 3 Vrms（標(biāo)稱） 頻率范圍： 400Hz至5KHz工作溫度： -320F至+1022F （- 195至550）溫度允限： -450F至+1200F （-270至650）零點電壓： 0.5% 滿量程輸出耐受沖擊： 10g （11毫秒）振動允限： 10g （2KHz）線圈材料： 陶瓷外殼材料： AISI 304系列不銹鋼導(dǎo)線： 28 AWG 固態(tài)鎳，MgO絕緣，標(biāo)準(zhǔn)全長72英寸（180厘米）；直徑3/16英寸（4.75毫米），最小彎道半徑1/2英寸（12.5毫米）的不銹鋼護套。雙余度雙余度LVD

15、T 外形如圖1-24，每個外殼中裝兩個相同的LVDT。圖1-24 特種特種LVDT 主要技術(shù)指標(biāo)： 輸入電壓和頻率：7Vrms 3KHz1% 行 程：0 1.5inch 輸出電壓：0.73.5 Vrms 0.1 不同行程 0 50% 100% Vrms 0.70.1 2.10.1 3.50.1 工作溫度：-40 +121 負載阻抗：10K OHMS 相 位： 10高靈敏度高分辨率高靈敏度高分辨率LVDT 外形見圖1-25。圖1-25 特種特種LVDT 技術(shù)指標(biāo)： 激勵電壓和頻率：7.00.07 Vrms 180018Hz 行程： 0.5mm 零點電壓： 8m Vrms 線性度： 0.3%FS

16、溫度漂移： 0.015%FS/ 重復(fù)性： 0.15% 絕緣電阻： 10M OHMS 工作溫度： -55 +150實測0.5mm輸出為1.07 Vrms，靈敏度高達305.7mv/v/mm，分辨率為0.1m， 51/2 數(shù)字電壓表 行程0.1m 可顯示000.214mv。 超小型超小型LVDT 外形圖見圖1-26，外形尺寸4.77x19，行程1.25mm，實物照片見 圖1-27所示。微型LVDT的特點：它特別適用于對微型組件進行多點測 量。鐵芯重量基本上可以忽略不計。生產(chǎn)時需要采用極其復(fù)雜的裝配工 藝。線圈用細如毛發(fā)的金屬絲繞成。導(dǎo)線焊接和一些精密的裝配活由技術(shù) 嫻熟的專業(yè)人員借助雙目顯微鏡進行

17、。外殼可屏蔽電磁。圖1-26 特種特種LVDT 技術(shù)指標(biāo)： 輸入電壓：1 Vrms（最大） 頻率范圍：2.5kHz 至 20kHz 工作溫度：-65F至300F （-25C至85C） 零點電壓： 1.0%FS 耐受沖擊：1000g/11ms 振動允限：20g/2kHz 線圈材料：層狀玻璃纖維環(huán)氧樹脂 外殼材料：ASI 400系列磁性不銹鋼 導(dǎo)線： 36 AWG 多芯銅，聚四氟乙烯絕緣 圖1-27 國內(nèi)外國內(nèi)外LVDT產(chǎn)品性能比較產(chǎn)品性能比較 型號項目美國MEAS1HR050美國RDP公司英國SangamoAG/1.5美國TRANS-TEK0290-0000國內(nèi) 安傳WY-3L精度0.1%0.2

18、5%0.1%0.3%0.5%0.1%0.3%0.5%0.5%0.3% 0.2%0.1% 0.05%靈敏度mv/v/mm23215015010415溫漂零 位滿 度0.005%/C0.01%/C0.01%/C0.01%/C0.005%/C0.01%/C0.02%/C0.01%/C0.025%/C工作溫度-50C 150C-40C 125C-40C 120C-46C 121C-10C 70C沖擊1000g 11ms10g 11ms振動20g 2KHz1g 60-150Hz 國內(nèi)外國內(nèi)外LVDT產(chǎn)品性能比較產(chǎn)品性能比較 從以上產(chǎn)品數(shù)據(jù)可以看出國內(nèi)外LVDT產(chǎn)品差距：1. 國內(nèi)產(chǎn)品靈敏度低，特別是小行程LVDT例如2.5mm,國內(nèi)靈敏度15mv/v/mm, 國外靈敏度：100 232mv/v/mm。2.工作溫度范圍：國內(nèi)-10 +70 僅為商業(yè)級水平。國外一般為-50 +125 達軍級水平，Schaevitz公司可達-55 +150 。3.滿度溫度系數(shù)差距較大。 國內(nèi)為：250PPm/ 300PPm/,即0.025%/ 0.03%/。 國外為：50PPm/ 100PPm/,即0.005%/ 0.01%/。 注：JB/T 9257-1999標(biāo)準(zhǔn) 溫度每變化10，零點和量程變化 0.1級 0.2級 0.3級 0.5