LVDT的设计、用途和优势

当可靠、坚固且精确的位置检测至关重要时，LVDT是首选。了解原因……

线性可变差动变压器（LVDT）是一种常见的位置传感器，可将被测物体的线性位置或运动转换为比例电输出，供操作员和控制系统读取。LVDT最常用于测量范围从±0.010英寸（±0.254毫米）到±10英寸（±254毫米）的场合。LVDT可设计用于从低温范围-238°F（-150°C）到高达1000°F（537°C）的温度。LVDT具有无摩擦运行、在恶劣环境中非常坚固、具有出色的精度和重复性，并具有近乎无限的预期使用寿命。

上图显示了当被测物体移动LVDT铁芯时LVDT的原始输出。在大多数应用中，LVDT外壳安装在固定位置，而被测物体机械连接到可移动的LVDT铁芯。我们将更详细地讨论其工作原理。

图1 - 当铁芯在LVDT内移动时，它进一步与进入的次级绕组耦合，并与相反的绕组脱离。S1和S2之间的差值给出与铁芯位置成比例的电信号。

LVDT有两个组件：一个固定外壳，包含单个初级绕组和两个次级绕组S1和S2；以及一个由铁磁材料制成并可移动的铁芯，机械连接到被测物体。外壳和铁芯之间没有物理接触。

单个初级线圈居中于外壳中，并由交流信号激励。通过铁芯磁耦合，在两个对称的次级绕组中感应出电压，这两个次级绕组以串联反向电路连接。有效电压和LVDT输出是每个次级之间的差值。

当铁芯离开LVDT中心（称为零点）时，来自初级的信号将更多地耦合到一个次级。在图1中，当铁芯移动到S1上时，S1的电压输出增加。当铁芯移动到S2上时，S2的输出增加。(S1 – S2)和(S2 – S1)的值分别随着铁芯向S1和S2移动而成为铁芯位置的线性函数。

图2 - 当铁芯在任一方向远离零点时，交流输出增加。

LVDT的典型交流输出如图2所示。当铁芯在LVDT范围内向任一方向远离零点时，电压输出(S1 – S2)和(S2 – S1)成比例增加。

图3 - 当铁芯穿过零点时，LVDT输出的相位突然偏移180°。

图3显示了铁芯与初级和次级绕组之间相位角的关系。当铁芯穿过零点时，输出信号的相位突然偏移180°，如图3所示，使用户或信号调理电子设备能够确定铁芯位于零点的哪一侧。

作为感应变压器，LVDT需要在初级上施加交流激励电压，并在次级上产生交流输出。在现代LVDT中，激励信号要求约为3 Vrms，频率范围为1kHz至10 kHz。支持电子设备和信号调理器提供激励信号并测量输出。信号调理器解调低幅度交流输出，并产生可由大多数仪表和控制系统测量的直流电压、电流或数字输出。

图4 - LVDT信号调理器的输出是线性直流信号，可被大多数控制系统和仪表接受。

除了作为外部组件外，信号调理器还可以内置在LVDT中。通常称为直流LVDT，用户可以提供直流输入，并测量对应于铁芯位置的直流输出。直流LVDT兼具LVDT技术的许多优势，并提供供应和读取直流信号的便利。