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Sensor

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

Vout=S×Vex×(x/FS)×100V_out = S × V_ex × (x/FS) × 100
S— 感度 (mV/V/%FS)
x— コア変位 (mm)

仕組み

この計算機は、変位によるLVDT（線形可変差動変圧器）出力電圧を計算します。これは、精密計測技術者、航空宇宙アクチュエータ設計者、CNC機械開発者にとって不可欠です。LVDT は、線形位置を本質的に無限の分解能で AC 電圧に変換する電気機械式センサーです。このセンサーは、自由に動く強磁性コアを備えた円筒形フォーマー上の一次巻線と二次巻線2本で構成されています。一次側の AC 励起 (通常は 1 ～ 10 kHz) によって 2 次側に電圧が誘導されます。コアが中心にある場合、2 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。コアの変位は位置に比例して電圧の不均衡を引き起こします。Vout = S Vex (x/FS)。ここで、SはmV/V/mm単位の感度 (通常は1～5mV/mm)、Vexは励起振幅、xは変位、FSはフルストロークです。MIL-PRF-24042（性能仕様：トランスデューサ、線形可変差動、一般仕様）およびSAE ARP4187（線形可変差動変圧器の航空宇宙推奨慣行）によると、高精度LVDTはストロークの+/ -80％で+/ -0.1％の直線性を達成し、無限分解能は無限大です（信号調整によってのみ制限されます）。LVDTキャリブレーションのトレーサビリティは、NIST SP 811（NISTのSIガイド）とIEEE規格1451.4（センサーとアクチュエータのスマートトランスデューサーインターフェースに関するIEEE規格-混合モード通信プロトコルおよびトランスデューサー電子データシート形式）に準拠しています。温度係数は、ハネウェル、マクロセンサー、TE コネクティビティのメーカー別では通常 +/ -0.02% /℃です。

計算例

問題：油圧サーボバルブフィードバックシステムのマクロセンサーGHSA-750-500 LVDT（ストローク+/-12.7 mm、感度2.5 mV/mm）用の信号調整を設計します。励起は5kHzで3 Vrmsで、フルストローク時の出力は10Vを目標としています。

解決策: 1。フルストローク感度:2.5 mV/V/mm * 12.7 mm = 31.75 mV/V (フルストローク時) 2.フルストローク出力:Vout_FS = 31.75 mV/V * 3V = 95.25 mV rms 3.必要な復調器+アンプゲイン:G = 10V/0.09525V = 105 V/V 4.AD598 LVDT シグナル・コンディショナー（励起+デモド+DC 出力を 1 つの IC 内蔵）を使用してください。 5.AD598 ゲインセット:Rg = 62.5k/(G/10-1) = 62.5k/9.5 = 6.58 kOhm 6.帯域幅:AD598 のフィルタ・キャップで設定。サーボの安定性を保つには 10 Hz を使用 (100 ms 応答) 7.解像度:AD598 のノイズは 15 uV rms-> 15 uV/(95.25 mV/12.7 mm) = 2 um 8.直線性誤差:+/ -0.1% * 12.7 mm = +/-12.7 um

結果:Rg = 6.8 kOhm の AD598 は、+/-12.7 mm のストロークで +/-10 V の出力が得られます。分解能は 2 um で、LVDT 分解能ではなく、電子ノイズによって制限されます。

実践的なヒント

  • ✓専用のLVDTシグナル・コンディショナIC（AD598、AD698、LDC1614）を使用して、励起、位相感応復調、フィルタリングを1つのパッケージで提供します。アナログ・デバイセズのデータシートによると、AD598は9〜36Vの単一電源で動作します。
  • ✓励起周波数をLVDT仕様に合わせる：周波数が低い（100 Hz〜1 kHz）とコア内の渦電流損失が減少し、周波数が高い（5〜10 kHz）と動的位置測定の帯域幅が向上します。最適な周波数は、通常2〜5 kHzです。
  • ✓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。半径方向のクリアランスは、MIL-PRF-24042あたり50um未満である必要があります

よくある間違い

  • ✗DC励起の適用：トランス結合は時間的に変化する磁場でのみ機能するため、LVDTにはAC励起（通常は1〜10 kHzの正弦波）が必要です。DCは基本的なトランス理論では出力を生成しません。
  • ✗DC電圧計によるLVDT出力の測定：生の出力は、振幅が変位に比例するAC出力です。位相に敏感な復調器（AD598、AD698）は、それを符号付き変位に比例するバイポーラDCに変換します
  • ✗リニアストローク範囲を超える:定格ストロークの +/ -80% を超えると、出力の非線形性が増します (偏差 2-5%)。マクロセンサーアプリケーションガイドで規定されているストロークよりも 25% 大きいストロークの LVDT を使用してください

よくある質問

LVDT は非接触 (コアと巻線間の摩擦なし)、無限の分解能 (量子化なし)、長寿命 (ポテンショメータでは 100 万サイクルから 1000 万サイクルまで MIL-PRF-24042 あたり 1 億サイクル以上) を備え、汚染の影響を受けません。ポテンショメータは、ワイパーの摩耗、有限な分解能ステップ (巻線ピッチに依存)、および接触抵抗の変動の影響を受けます。LVDT の価格は 50 ～ 500 ドルで、ポテンショメータは 5 ～ 50 ドルですが、SAE ARP4187 信頼性仕様に従い、信頼性の高いアプリケーション (航空宇宙、原子力、医療機器) では必須です。
LVDT (リニア可変差動トランス) は、+/-1 mm～+/-500 mmの標準ストロークで線形変位を測定します。RVDT（ロータリー可変差動変圧器）は、ロータリーコアと同じ原理を使用して角回転を測定します。直線性が良好であれば、標準範囲は+/-40度です。360度回転の完全な測定には、代わりにレゾルバ (同様の原理、複数の極ペア) を使用します。LVDTとRVDTはどちらも、ハネウェルとムーグの仕様書に従って+/ -0.1% の直線性を達成しています。
振幅のみの検出 (方向情報なし) には、整流された絶対値検出を使用できます。出力はコアの方向に関係なく常に正です。サーボシステムで必要な双方向測定では、励起と0/180度の位相関係から変位符号を決定するために、位相感知検出 (PSD) またはロックインアンプが必須です。内蔵シグナルコンディショナ（AD598、AD698）にはPSDが含まれています。カスタム設計の場合は、アナログ乗算器（AD633）または励起発振器からの基準による同期復調を使用してください。

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