LVDT位移传感器工作原理

LVDT位移传感器工作原理

工作原理

差动变压器式位移传感器（LVDT）为电磁感应原理，与传统的电力变压器不同，LVDT是一种开磁路弱磁耦合的测量元件。它采用环氧玻璃布、不锈钢等材料作为线圈骨架，用不同线径的漆包线，在骨架上绕制一组初级线圈，两组次级线圈，其工作方式依赖于在线圈骨架内磁芯的移动，当初级线圈供给一定频率的交变电压（激励电压）时，铁芯在线圈内移动就改变了空间的磁场分布，从而改变了初、次级线圈之间的互感量，次级线圈就产生感应电动势，随着铁心的位置不同，互感量也不同，次级产生的感应电动势也不同，这样就将铁芯的位移量（实际的铁芯是通过测杆与被测物保持相接触，也就是被测物体的位移量）变成了电压信号输出，由于两个次级线圈电压极性相反（参见图一），所以传感器的输出是两个次级线圈电压之差，其电压差值与位移量成线性关系（参见图二）。当铁芯处在线圈正中间位置时，两次级线圈感应电压相等但相位相反，其电压差值为零。当铁芯往右移动时，右边的次级线圈感应的电压大于左边的，两线圈输出的电压差值大小随铁芯位移而成线性变化（*象限的实线段部分），这是LVDT有效测量范围（一半）。当铁芯继续往右移动时，两次级线圈输出电压的差值不与铁芯位移成线性关系，此为缓冲、非测量区（虚线段）。反之，当铁芯自线圈中间位置向左边移动亦然。零点两边的实线段一般是对称的测量范围，只不过两者都是交流信号而相位差180度。实际的LVDT线圈通常与壳体紧固为一体，铁芯与测杆紧固为另一体，当两体间发生相对位移时，就产生位移电压输出。

LVDT位移传感器工作原理

主要特点：

1、使用寿命长

由于铁芯和线圈内壁存在间隙，铁芯在运动的时候与线圈不接触，无摩擦损耗；同时采用优良的生产工艺把骨架和所绕漆包线两者固化为一整体，不会产生断线，开裂等故障，加上其它的优化设计，因此传感器的使用寿命理论上可以是无限的，据国外某机构测试此类传感器的MTBF（平均*时间）可达到300000小时，在实际的正常使用中可达到数十年，其终故障往往是人为造成或变送器电路元器件的寿命决定的。

2、多样的环境适应性

LVDT是少数几种可以应用在多种恶劣环境下的传感器，通过特殊方式进行密封处理的传感器可以防潮、防盐雾，可以放置于承压的液体中、气体密闭容器中，甚至于某些腐蚀性环境中，对核辐射电磁辐射干扰不敏感，能抗振动，具有较宽的工作温度范围-25℃～85℃和满足国军标—55℃～125℃工作温度。机电分体的传感器单独使用可以在200℃下工作。

3、响应速度快

基于非接触测量的实现，对于某些快速运动物体的冲击振动测量，此类传感器可以提供很宽的频率响应。目前我公司部分产品已实现幅频特性0～1000Hz（-3db），并且具有良好的相频特性，很适合于闭环回路中使用，已应用于数控机床，仿形机床和爆破测量等。

4、高线性度

通过不断研发的线圈绕制方法，LVDT的线性度有了显著的提高，我公司在±100mm（0～200mm量程）之内的各种规格产品基本上均有线性度小于0.05%，部分产品的线性度可优于0.02%，达到国内外同类产品的一*水平。

5、高分辨率

由电磁感应原理所决定的任何微小的铁芯运动均会改变所在磁场内次级线圈的感生电动势，使得LVDT理论上具有无限的分辨力。随着设计、工艺和电子元器件性能的不断提高，我公司已将微位移传感器的分辨力从微米级提高到10纳米级，例如量程为1mm的LVDT其分辨力可以达到0.1μm、0.05、0.02、0.01微米。其他量程的传感器分辨力也可以达到满量程读数的0.002%～0.001%F.S。

6、低噪声

对于回弹式的位移传感器，在额定位移输出信号为10.0000V或5.0000V时，其纹波、干扰噪声的峰—峰值电压仅0.2～1.5mVp-p。

7、低的温度漂移

通用型中小量程产品的温度系数在±0.001%/℃～±0.01%/℃.FS。

8、始动漂移小

当接通电源（开机）时，位移读数很快就能基本稳定下来，无需长时间的预热，时间漂移小。

9、无零点残余电压

由于采用了*的检测电路，避免了零点残余电压的存在。

10、重复性好

本公司小量程的LVDT重复精度为零点几微米。

11、很宽的量程覆盖范围

量程为0.1mm～800mm，均能实现较高的线性精度。

12、带载能力强

一台测量仪器能同时带1-30支LVDT工作

13、低故障

这是指在非正常使用下，由于人为的疏忽或误操作而设计的多种措施，以避免传感器受损。

14、功耗低

在双电源供电，输出电压信号时，供电电流﹤10mA

15、输入、输出的多样性

可以输入单或双电源，其电压值自5V～24V或±5V～±15V；输出信号电压自20mV～10V或±20mV～±10V;输出信号电流；4～20mA或0～10mA，并且具有良好的恒流特性。输出信号频率：0～10000Hz（TTL电平方波）。