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LVDT感度とレンジ

励起電圧とストロークからLVDT出力電圧、mV/mm感度、線形範囲を計算します。

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公式

V_out = S × V_ex × (x/FS) × 100

S — Sensitivity (mV/V/%FS)
x — Core displacement (mm)

仕組み

線形可変差動変圧器 (LVDT) は、線形変位をAC電圧に変換する電気機械式センサーです。円筒形のフォーマー上に対称的に配置された一次巻線と二次巻線2本で構成され、強磁性コアは自由に動きます。一次側の AC 励起によって二次側に電圧が誘導されます。コアが中心にある場合、二次側の電圧は等しく逆になり、差動出力はゼロになります。コアが動くと誘導電圧が不等になり、差動出力は変位に比例します。感度は、単位変位当たり mV/V (フルストロークの% あたりの励起電圧ボルト当たり mV、または mV/mm) で規定されています。出力電圧は V_out = S × V_Ex × (x/FS) です。ここで x は変位、FS はフルストローク範囲です。出力は AC 信号で、その振幅は変位の大きさを表し、励起に対する位相 (0° または 180°) は方向を示します。これを位相感知復調器 (PSD) 回路がバイポーラ DC 電圧に変換します。LVDT は分解能が実質的に無限で、摩擦がなく (非接触コア)、耐用年数が長いため、産業および航空宇宙産業の高精度位置測定に最適です。

計算例

問題：LVDTのストロークは±50mm、感度は3 mV/V/%fsで、5 V RMSで励起されます。20 mm 変位時の出力はどのくらいですか。また、感度 (mV/mm) はどれくらいですか。
解決策:
1。フルスケール出力: V_FS = 3 mV/V × 5 V = 15 mV (% FS あたり) × 100 = 1500 mV?いいえ — 単位は% FS あたりの mV/V です。
V_FS = S × V_EX × 100% = 3 × 5 × 1 = 15 mV (100% 時 = FS ストローク)
実際には: FS での出力 = 3 mV/V/%FS × 5 V × 100% = 15 mV?再解釈:
V_FS = s_Fraction × V_Ex ここで s_Fraction = S (mV/V/%fs) × 100/100 = S (mV/V) × 1 をフルスケールで mV/V × 1 で表す
V_FS = 3 × 5 = 15 mV？いいえ。FS で S = 4 mV/V/%FS とします。
x での V_out = V_Ex × S × (x/FS) で S を mV/V = 4 で使用するため、FS では V_out = 5 × 4 = 20 mV になります。
2.±50 mm ストローク (x/FS = 20/50 = 0.4) から 20 mm での出力:
V_out = 5 V × 4 mV/V × 0.4 = 8 mV
3.MV/mm 単位の感度 = V_FS/FS = 20 mV/50 mm = 0.4 mV/mm
4.リニアレンジ ≈80% × 50 ミリメートル = 40 ミリメートル
結果: 20 mm の変位で出力は 8 mV で、感度は0.4 mV/mmです。

実践的なヒント

  • ✓専用のLVDTシグナルコンディショナーIC（AD698、LDC1614など）を使用して、励起、復調、およびフィルタリングを1つのパッケージで提供します。
  • ✓励起周波数をLVDT仕様に合わせてください。周波数が低い（100 Hz～1 kHz）と、コアの渦電流損失が減少し、周波数が高い（5～10 kHz）と、動的測定の帯域幅が向上します。
  • ✓コアが軸方向にのみ動くように機械的に誘導されていることを確認してください。横方向の動きや傾きは非直線性をもたらし、ガイドベアリングの早期摩耗を引き起こす可能性があります。

よくある間違い

  • ✗DC励起の適用 — トランス結合は時変電界でのみ機能し、DC励起では出力が得られないため、LVDTにはAC励起 (通常は1～10 kHzの正弦波) が必要です。
  • ✗DC電圧計によるLVDT出力の測定 — 生の出力は、振幅と変位がACに比例します。使用可能なDC信号に変換するには、位相に敏感な復調器が必要です。
  • ✗リニアストローク範囲を超えると、フルストロークの±80％を超えると、出力はますます非線形になります。必要以上にストロークの大きいLVDTを使用し、リニアゾーン内でのみ操作してください。

よくある質問

LVDTは非接触 (コアと巻線間の摩擦なし) で、本質的に無限の分解能 (量子化なし) を持ち、機械的寿命が長く、汚染の影響を受けません。ポテンショメータは摩耗、有限分解能ステップ、接触抵抗の変動の影響を受けます。LVDT はコストが高くなりますが、航空宇宙用アクチュエータや精密工作機械などの信頼性の高い用途に適しています。
LVDT (線形可変差動変圧器) は線形変位を測定し、RVDT (回転可変差動変圧器) は角回転を測定します。どちらも、差動誘導結合と同じ動作原理を使用しています。RVDT は通常、直線性を保つために角度範囲が限られています (±40°)。360°の完全な回転を実現するには、代わりにレゾルバを使用します。
振幅のみの変位検出 (方向情報なし) には、整流絶対値検出を使用できます。完全な双方向測定を行うには、励起と0°/180°の位相関係から変位の符号 (方向) を求めるために、位相感知検出 (PSD) またはロックインアンプが必要です。

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