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LVDT 감도 및 범위

여기 전압과 스트로크로부터 LVDT 출력 전압, mV/mm 감도 및 선형 범위를 계산합니다.

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공식

V_out = S × V_ex × (x/FS) × 100

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

작동 방식

선형 가변 차동 변압기 (LVDT) 는 선형 변위를 AC 전압으로 변환하는 전자 기계 센서입니다.이 센서는 원통형 포머 위에 대칭으로 배열된 1차 권선 1개와 2차 권선 2개로 구성되며 자유롭게 움직이는 강자성 코어가 있습니다.1차측의 AC 자극으로 2차측 전압이 유도되고, 코어가 중심에 있을 때는 2차 전압이 같거나 반대여서 차동 출력이 0이 됩니다.코어가 움직이면 유도 전압이 같아지고 차동 출력은 변위에 비례합니다.감도는 단위 변위당 mV/V (전체 스트로크의 %당 자극 볼트당 mV 또는 mV/V/mm) 로 지정됩니다.출력 전압은 V_out = S × V_Ex × (x/FS) 입니다. 여기서 x는 변위이고 FS는 전체 스트로크 범위입니다.출력은 진폭은 변위 크기를 나타내고 자극에 대한 위상 (0° 또는 180°) 이 방향을 나타내는 AC 신호입니다.위상 감지 복조기 (PSD) 회로는 이를 양극 DC 전압으로 변환합니다.LVDT는 기본적으로 해상도가 무한하고 마찰이 없으며 (비접촉식 코어) 수명이 길기 때문에 정밀 산업 및 항공우주 위치 측정에 이상적입니다.

계산 예제

문제: LVDT의 스트로크는 ±50mm이고 감도는 3mV/V/%fS이며 자극은 5V RMS입니다.20mm 변위에서의 출력은 얼마이고 감도 (단위: mV/mm) 는 얼마입니까?
해결 방법:
1.전체 출력: V_FS = 3mV/V × 5V = 15mV (FS당%) × 100 = 1500mV?아니요. 단위는 %FS당 mV/V입니다.
V_FS = S × V_Ex × 100% = 3 × 5 × 1 = 15mV (100% = FS 스트로크)
사실: FS에서의 출력은 3mV/V/%FS × 5V × 100% = 15mV인가요?재해석:
V_FS = S_Fraction × V_Ex 여기서 S_Fraction = S (mV/v/%fs) × 100 = S (mV/v/%fs) = S (mV/v 단위: S) × 풀 스케일에서 1
V_FS = 3 × 5 = 15mV?아니요.FS에서 S = 4mV/V/%Fs라고 가정해 보겠습니다.
x에서의 V_Out = V_Ex × S × (X/FS) 에서 S를 사용한 mV/V = 4이므로 FS에서는 V_Out = 5 × 4 = 20mV의
2.±50mm 스트로크에서 20mm로 출력 (x/FS = 20/50 = 0.4):
V_OUT = 5V × 4mV/V × 0.4 = 8mV
3.감도 (mV/mm) = V_FS/FS = 20mV/50mm = 0.4mV/mm
4.선형 범위 ≈ 80% × 50 밀리미터 = 40 밀리미터
결과: 20mm 배기량에서 출력은 8mV이고 감도는 0.4mV/mm입니다.

실용적인 팁

  • ✓전용 LVDT 신호 컨디셔너 IC (예: AD698, LDC1614) 를 사용하여 단일 패키지로 자극, 복조 및 필터링을 제공합니다.
  • ✓자극 주파수를 LVDT 사양에 맞추십시오. 낮은 주파수 (100Hz—1kHz) 는 코어의 와전류 손실을 줄이고, 높은 주파수 (5-10kHz) 는 동적 측정을 위한 대역폭을 개선합니다.
  • ✓코어가 축 방향으로만 움직이도록 기계적으로 유도해야 합니다. 횡방향으로 움직이거나 기울이면 비선형성이 발생하고 가이드 베어링이 조기에 마모될 수 있습니다.

흔한 실수

  • ✗DC 자극 적용 — 트랜스포머 커플링은 시변 필드에서만 작동하기 때문에 LVDT에는 AC 자극 (일반적으로 1~10kHz 사인파) 이 필요합니다. DC 자극은 출력을 생성하지 않습니다.
  • ✗DC 전압계로 LVDT 출력 측정 — 원시 출력은 변위에 대한 진폭의 AC 비례입니다. 사용 가능한 DC 신호로 변환하려면 위상 감지 복조기가 필요합니다.
  • ✗선형 스트로크 범위를 초과하면 - 전체 스트로크의 ± 80% 를 초과하면 출력이 점점 비선형적이 됩니다. 필요한 것보다 스트로크가 큰 LVDT를 사용하고 선형 영역 내에서만 작동하십시오.

자주 묻는 질문

LVDT는 비접촉식 (코어와 권선 사이의 마찰이 없음) 이며 기본적으로 무한한 분해능 (양자화 없음) 을 가지며 기계적 수명이 길며 오염에 영향을 받지 않습니다.전위차계는 마모, 유한 분해능 단계, 접촉 저항 가변성 등의 문제가 있습니다.LVDT는 비용이 더 많이 들지만 항공우주 액추에이터 및 정밀 공작 기계와 같은 신뢰성이 높은 애플리케이션에서 선호됩니다.
LVDT (선형 가변 차동 변압기) 는 선형 변위를 측정하고 RVDT (회전 가변 차동 변압기) 는 각도 회전을 측정합니다.둘 다 동일한 작동 원리의 차동 유도 결합을 사용합니다.RVDT는 일반적으로 선형성에 대한 각도 범위 (±40°) 가 제한되어 있습니다. 전체 360° 회전의 경우 리졸버가 대신 사용됩니다.
크기 전용 변위 감지 (방향 정보 없음) 에 수정된 절대값 감지를 사용할 수 있습니다.완전한 양방향 측정을 위해서는 자극과의 0°/180° 위상 관계에서 변위의 부호 (방향) 를 결정하기 위해 위상 감지 감지 (PSD) 또는 록인 증폭기가 필요합니다.

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