قسمت متحرک یک LVDT شامل یک میله فولادی از جنس مواد مغناطیسی می باشد که به آن هسته می گویند ، هسته می تواند آزادانه در داخل سیلندر سیم پیچی شده ای که در بالا توضیح داده شد حرکت کند. این پیستون به قطعه ای که قرار است مقدار جابجایی اش اندازه گیری شود متصل است و به همراه آن در سیلندر جابجا می شود. سیلندر به اندازه کافی فضا برای جابجایی هسته بدون این که تماس فیزیکی با بدنه سیلندر داشته باشد را دارا می باشد.
در عمل سیم پیچ اولیه LVDT توسط جریان متناوب با دامنه و فرکانس مناسب تحریک می شود. سیگنال الکتریکی خروجی LVDT تفاضل بین سیم پیچ ثانویه است ، که با جابجایی موقعیت محوری پیستون درون هسته تغییر می کند. معمولاً این ولتاژ AC خروجی توسط مدارهای الکترونیکی به ولتاژ یا جریان DC تقویت شده تبدیل می شود تا بتوان از آن استفاده کرد.
سنسور LVDT چگونه کار می کند؟
شکل پایین نشان می دهد زمانی که هسته در موقعیتهای محوری مختلف قرار دارد چه اتفاقی رخ می دهد. سیم پیچ اولیه LVDT که با ‘P’ نشان داده شده است با یک منبع تغذیه AC تغذیه شده است. شار مغناطیسی توسط کوپل هسته و سیم پیچ ثانویه مجاور S1 , S2 توسعه یافته است. اگر هسته در بین مسیر S1 و S2 قرار بگیرد شار مساوی به هر دو سیم پیچ ثانویه کوپل می شود و در نتیجه ولتاژ القاء شده E1 و E2 در هر دو سیم پیچ یکسان خواهد بود. ابن نقطه به عنوان موقعیت مرجع صفر در نظر گرفته می شود به طوریکه ولتاژ خروجی برابر با تفاضل ولتاژهای E1 و E2 است بنابر این ولتاژ موقعیت مرجع برابر صفر است.
همانطور که در شکل نشان داده شده است اگر هسته به سیم پیچ S1 نسبت به سیم پیچ S2 نزدیک تر باشد ، شار بیشتری به S1 و شار کمتری به S2 منتقل می شود. بنابر این ولتاژ القاء شده E1 افزایش و ولتاژ القاء شده E2 کاهش میابد ، در نتیجه ما در خروجی ولتاژ تفاضلی (E1-E2) را داریم. این موضوع به صورت عکس نیز برقرار است یعنی اگر هسته به S2 نزدیکتر باشد شار بیشتری به در S2 و شار کمتری در S1 القاء می شود در نتیجه ما در خروجی (E2-E1) را خواهیم داشت.
در شکل پایین (A) چگونگی تغییر مقدار ولتاژ تفاضلی خروجی EOUT را نسبت به جابجایی موقعیت خطی هسته نشان داده است. مقدار EOUT را نسبت به جابجایی هسته از نقطه مرجع صفر (Null) تا مقدار حداکثر را نشان می دهد. در شکل (B) زاویه ولتاژ خروجی EOUT سنسور را نشان می دهد ، تا زمانی که موقعیت هسته در موقعیت مرجع (Null) باشد مقدار ولتاژ خروجی برابر صفر است اما به محض جابجا شدن هسته مقدار فاز ولتاژ خروجی به اندازه ۱۸۰ درجه تغییر می کند. این تغییر ۱۸۰ درجه را می توان به عنوان تعیین جهت حرکت پیستون نسبت به نقطه صفر با استفاده از مدار الکترونیکی مناسب استفاده کرد. که این موضوع در شکل (C) نشان داده شده است. در شکل (C) قطبیت سیگنال خروجی متناسب با موقعیت هسته نسبت به نقطه صفر را نشان می دهد. همچنین در این شکل نشان داده شده است که ولتاژ خروجی سنسور در محدوده مشخص شده ای بسیار خطی است اما در خارج از این محدوده مقداری ولتاژ خروجی سنسور افت می کند.
مدار الکترونیکی پشتیبان سنسور LVDT :
اگر چه LVDT یک ترانسفورماتور الکتریکی است اما برای استفاده از آن نیاز به یک ولتاژ AC با دامنه و فرکانس متفاوت نسبت به ولتاژ معمولی نیاز است (معمولا ۳ Vrms و ۳KHz). که این ولتاژ توسط مدارهای الکترونیکی خاصی برای راه اندازی LVDT تهیه می شود.
وظایف دیگر این مدار الکترونیکی تبدیل ولتاژ خروجی LVDT که یک ولتاژ AC صعیف است به ولتاژ DC قوی تر جهت استفاده راحت تر از ولتاژ خروجی سنسور است همچنین این مدر الکترونیکی وظیفه رمز گشایی کردن جهت حرکت پیستون نسبت به نقطه صفر و نیز تنظیم نقطه صفر را نیز دارد.
چرا از LVDT استفاده می شود؟
سنسور LVDT دارای مزایای خاص از لحاظ ساختار فیزیکی و مکانیکی دارد که موجب استفاده از آن در بسیاری از کاربردها می شود:
۱- کارکرد بدون هیچ گونه اصطکاک: به دلیل این که هسته هیچ گونه اصطکاکی با ثانویه ندارد از این ویژگی در تست مواد ، اندازه گیری جابجایی ارتعاش ، سیستم های اندازه گیری در علوم هوایی با دقت بالا استفاده می شود.
۲- دقت نا محدود
۳- عمر طولانی از لحاظ مکانیکی
۴- استحکام در برابر ضربه
۵- حساسیت فقط نسبت به حرکت محوری
۶- قابلیت جدایش هسته از سیم پیچ
۷- مقاوم در برابر عوامل محیطی (رطوبت ، گرد و غبار و …)
۸- تکرار پذیری نقطه صفر (بی نیاز از کالیبره شدن پی در پی)
۹- پاسخ دینامیکی سریع
۱۰- خروجی مطلق (با قطع شدن تغذیه موقعیت فعلی از بین نمی رود و با وصل مجدد برق میتوان مجدداً از آن موقعیت اندازه گیری را شروع کرد).
منبع: Bargh-info.Blog.ir
