Sensor

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— 민감도 (mV/V/%FS)

x— 코어 배기량 (mm)

작동 방식

이 계산기는 정밀 계측 엔지니어, 항공우주 액추에이터 설계자 및 CNC 기계 개발자에게 필수적인 변위의 LVDT (선형 가변 차동 변압기) 출력 전압을 계산합니다.LVDT는 선형 위치를 근본적으로 무한한 분해능의 AC 전압으로 변환하는 전자 기계 센서입니다.이 센서는 자유롭게 움직이는 강자성 코어가 있는 원통형 구조의 1차 권선 1개와 2차 권선 2개로 구성됩니다.1차의 AC 자극 (일반적으로 1~10kHz) 은 2차측에서 전압을 유도합니다. 코어가 중심에 있을 때는 2차 전압이 같거나 반대여서 차동 출력이 전혀 없습니다.코어 변위는 위치에 비례하는 전압 불균형을 초래합니다. Vout = S Vex (x/FS), 여기서 S는 mm당 mV/V 단위의 감도 (일반적으로 1-5mV/V/mm), Vex는 흥분 진폭, x는 변위, FS는 풀 스트로크입니다.MIL-PRF-24042 (성능 사양: 트랜스듀서, 선형 가변 차동, 일반 사양) 및 SAE ARP4187 (선형 가변 차동 변압기의 항공우주 권장 사례) 에 따라 정밀 LVDT는 스트로크의 +/ -80% 에 대해 +/ -0.1% 의 선형성과 무한 분해능 (신호 컨디셔닝에 의해서만 제한됨) 을 달성합니다.LVDT 교정 추적성은 NIST SP 811 (SI에 대한 NIST 가이드) 및 IEEE 표준 1451.4 (센서 및 액추에이터용 스마트 트랜스듀서 인터페이스를 위한 IEEE 표준 — 혼합 모드 통신 프로토콜 및 트랜스듀서 전자 데이터시트 형식) 를 따릅니다.온도 계수는 일반적으로 하니웰, 매크로 센서 및 TE 커넥티비티 제조업체별로 +/ -0.02% /C입니다.

계산 예제

문제: 유압 서보 밸브 피드백 시스템의 매크로 센서 GHSA-750-500 LVDT (스트로크 +/-12.7mm, 감도 2.5mV/V/mm) 에 대한 신호 컨디셔닝을 설계합니다.자극은 5kHz에서 3Vrms이고 풀 스트로크에서는 10V 출력을 목표로 합니다.

해결 방법: 1.풀 스트로크 감도: 2.5 mV/V/mm* 12.7 mm = 풀 스트로크 시 31.75 mV/v 2.풀스트로크 출력: VOUT_FS = 31.75 mV/V * 3V = 95.25mV rms 3.필수 디모듈레이터+앰프 게인: G = 10V/0.09525V = 105V/V 4.AD598 LVDT 시그널 컨디셔너를 사용하십시오 (하나의 IC에서 엑시테이션 + 디모드+DC 출력) 5.AD598 게인 세트: Rg = 62.5k/ (G/10 - 1) = 62.5k/9.5 = 6.58kΩ 6.대역폭: AD598 필터 캡으로 설정, 서보 안정성을 위해 10Hz 사용 (100ms 응답) 7.해상도: AD598 노이즈는 15uV rms -> 15 uV/ (95.25mV/12.7mm) = 2um입니다. 8.선형성 오류: +/ -0.1% * 12.7 밀리미터 = +/-12.7 음

결과: Rg = 6.8kOhm의 AD598 스트로크는 +/-12.7mm 스트로크에서 +/-10V 출력을 제공합니다.해상도는 2um이며, LVDT 해상도가 아닌 전자 노이즈에 의해 제한됩니다.

실용적인 팁

✓전용 LVDT 신호 컨디셔너 IC (AD598, AD698, LDC1614) 를 사용하여 단일 패키지로 자극, 위상 감지 복조 및 필터링을 제공합니다. AD598 은 아날로그 디바이스 데이터시트당 단일 9-36V 전원으로 작동합니다.
✓자극 주파수를 LVDT 사양에 맞추기: 낮은 주파수 (100Hz-1kHz) 는 코어의 와전류 손실을 줄이고, 높은 주파수 (5-10kHz) 는 동적 위치 측정을 위한 대역폭을 개선합니다. 최적은 일반적으로 2-5kHz입니다.
✓코어가 축 방향으로만 움직이도록 기계적으로 유도해야 합니다. 횡방향으로 움직이거나 기울이면 비선형성이 발생하고 가이드 베어링의 조기 마모가 발생할 수 있습니다. 레이디얼 클리어런스는 MIL-PRF-24042 기준 50um 미만이어야 합니다.

흔한 실수

✗DC 자극 적용: 트랜스포머 커플링은 시간에 따라 변하는 자기장에서만 작동하기 때문에 LVDT에는 AC 자극 (일반적으로 1~10kHz 사인파) 이 필요합니다. DC는 기본 변압기 이론에 따라 출력을 생성하지 않습니다.
✗DC 전압계로 LVDT 출력 측정: 원시 출력은 진폭과 변위에 대한 AC 비례이며, 위상 감지 복조기 (AD598, AD698) 는 이를 부호 변위에 비례하는 양극 DC로 변환합니다.
✗선형 스트로크 범위 초과: 정격 스트로크의 +/ -80% 를 초과하면 출력이 점점 비선형적이 됩니다 (편차 2-5%). 매크로 센서 애플리케이션 가이드에 따라 필요한 것보다 25% 더 큰 스트로크의 LVDT를 사용하십시오.

자주 묻는 질문

위치 측정용 전위차계보다 LVDT가 더 좋은 이유는 무엇입니까?

LVDT는 비접촉식 (코어와 권선 사이의 마찰이 없음) 이고 분해능이 무한하며 (양자화 없음) 수명이 길고 (전위차계의 경우 MIL-PRF-24042 당 1억 사이클 초과, 전위차계의 경우 1~1천만 사이클) 오염에 영향을 받지 않습니다.전위차계는 와이퍼 마모, 유한 분해능 단계 (권선 피치에 따라 다름), 접촉 저항 변동성 등의 문제가 있습니다.LVDT의 가격은 전위차계의 경우 5~50달러인 반면, SAE ARP4187 신뢰성 사양에 따라 신뢰성이 높은 애플리케이션 (항공우주, 원자력, 의료 기기) 에 필요합니다.

LVDT와 RVDT의 차이점은 무엇입니까?

LVDT (선형 가변 차동 변압기) 는 일반적인 스트로크가 +/-1mm ~ +/-500mm인 선형 변위를 측정합니다.RVDT (회전식 가변 차동 변압기) 는 로터리 코어와 동일한 원리를 사용하여 각도 회전을 측정합니다. 일반적인 범위는 +/-40도이므로 선형성이 좋습니다.완전한 360도 회전 측정의 경우 리졸버 (유사한 원리, 다중 극 쌍) 가 대신 사용됩니다.LVDT와 RVDT 모두 하니웰 및 무그 사양 시트에 따라 +/ -0.1% 의 선형성을 달성합니다.

위상 감지 복조기 없이 LVDT를 사용할 수 있습니까?

크기 전용 감지 (방향 정보 없음) 에 수정된 절대값 감지를 사용할 수 있습니다. 출력은 중심 방향에 관계없이 항상 양수입니다.서보 시스템에 필요한 양방향 측정의 경우, 자극과의 0/180도 위상 관계에서 변위 부호를 결정하려면 위상 감지 (PSD) 또는 락인 증폭기가 필수입니다.통합 시그널 컨디셔너 (AD598, AD698) 에는 PSD가 포함되어 있습니다. 맞춤형 설계의 경우 여기 오실레이터를 참조하여 아날로그 멀티플라이어 (AD633) 또는 동기 복조를 사용하십시오.