前言

LVDT(Linear.Variable.Differential.Transformer)是線性可變差動(dòng)變壓器縮寫，簡(jiǎn)單地說(shuō)是鐵芯可動(dòng)變壓器。所以，LVDT位移傳感器也可稱之為L(zhǎng)VDT差動(dòng)變壓器式位移傳感器，它由一個(gè)初級(jí)線圈、兩個(gè)次級(jí)線圈、鐵芯、線圈骨架、外殼等部件組成。當(dāng)鐵芯由中間向兩邊移動(dòng)時(shí)，次級(jí)兩個(gè)線圈輸出電壓之 差與鐵芯移動(dòng)成線性關(guān)系（位移傳感器的種類）。電子器件設(shè)計(jì)者就是利用這一原理制造出LVDT位移傳感器。那么，什么是LVDT位移傳感器呢（什么是位移傳感器）?如圖所示，即為常見(jiàn)的LVDT位移傳感器。小編通過(guò)搜集整理資料對(duì)LVDT位移傳感器的構(gòu)成原理（位移傳感器原理）及特點(diǎn)進(jìn)行了歸納總結(jié)。

常見(jiàn)的LVDT位移傳感器
 

LVDT差動(dòng)變壓器式位移傳感器的構(gòu)成原理：

LVDT的結(jié)構(gòu)由鐵心、銜鐵、初級(jí)線圈、次級(jí)線圈組成，如右圖所示，

LVDT差動(dòng)變壓器式位移傳感器的構(gòu)成

當(dāng)初級(jí)線圈 P1，P2 之間供給一定頻率的交變電壓時(shí)，鐵芯在線圈內(nèi)移動(dòng)改變了空間的磁場(chǎng)分布，從而改變了初、次級(jí)線圈之間的互感量，次級(jí)線圈 S11，S22 之間就產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，隨著鐵心的位置不同，互感量也不同，次級(jí)產(chǎn)生的感應(yīng) 電動(dòng)勢(shì)也不同，這樣就將鐵芯的位移量變成了電壓信號(hào)輸出，由于兩個(gè)次級(jí)線圈 電壓極性相反, ,輸出電壓為差動(dòng)電壓。

當(dāng)鐵芯往右移動(dòng)時(shí)，次級(jí)線圈 2 感應(yīng)的電壓大于次級(jí)線圈 1;當(dāng)鐵芯往左移動(dòng)時(shí)，次級(jí)線圈 1 感應(yīng)的電壓大于次級(jí)線圈 2，兩線圈輸出的電壓差值大小隨鐵芯位移而成線性變化。

初級(jí)線圈、次級(jí)線圈分布在線圈骨架上，線圈內(nèi)部有一個(gè)可自由移動(dòng)的桿狀銜鐵。當(dāng)銜鐵處于中間位置時(shí)，兩個(gè)次級(jí)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)相等，這樣輸出電壓為0;當(dāng)銜鐵在線圈內(nèi)部移動(dòng)并偏離中心位置時(shí)，兩個(gè)線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)不等，有電壓輸出，其電壓大小取決于位移量的大小。

為了提高傳感器的靈敏度，改善傳感器的線性度、增大傳感器的線性范圍，設(shè)計(jì)時(shí)將兩個(gè)線圈反串相接、兩個(gè)次級(jí)線圈的電壓極性相反，LVDT輸出的電壓是兩個(gè)次級(jí)線圈的電壓之差，這個(gè)輸出的電壓值與鐵心的位移量成線性關(guān)系。

LVDT工作過(guò)程中，鐵心的運(yùn)動(dòng)不能超出線圈的線性范圍，否則將產(chǎn)生非線性值，因此所有的LVDT均有一個(gè)線性范圍。

1,無(wú)摩擦測(cè)量

LVDT 的可動(dòng)鐵芯和線圈之間通常沒(méi)有實(shí)體接觸， 也就是說(shuō) LVDT 是沒(méi)有摩擦 的部件。 它被用于可以承受輕質(zhì)鐵芯負(fù)荷， 但無(wú)法承受摩擦負(fù)荷的重要測(cè)量。 例 如，精密材料的沖擊撓度或振動(dòng)測(cè)試， 纖維或其它高彈材料的拉伸或蠕變測(cè)試。

2,無(wú)限的機(jī)械壽命

由于 LVDT 的線圈及其鐵芯之間沒(méi)有摩擦和接觸，因此不會(huì)產(chǎn)生任何磨 損。這樣 LVDT 的機(jī)械壽命，理論上是無(wú)限長(zhǎng)的。在對(duì)材料和結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞測(cè)試 等應(yīng)用中，這是極為重要的技術(shù)要求。此外，無(wú)限的機(jī)械壽命對(duì)于飛機(jī)、導(dǎo)彈、宇宙飛船以及重要工業(yè)設(shè)備中的高可靠性機(jī)械裝置也同樣是重要的。

3,無(wú)限的分辨率

LVDT 的無(wú)摩擦運(yùn)作及其感應(yīng)原理使它具備兩個(gè)顯著的特性。 第一個(gè)特性是具 有真正的無(wú)限分辨率。 這意味著 LVDT 可以對(duì)鐵芯最微小的運(yùn)動(dòng)作出響應(yīng)并生成 輸出。外部電子設(shè)備的可讀性是對(duì)分辨率的唯一限制。

4,零位可重復(fù)性

LVDT 構(gòu)造對(duì)稱，零位可回復(fù)。LVDT 的電氣零位可重復(fù)性高，且極其穩(wěn)定。用在閉環(huán)控制系統(tǒng)中，LVDT 是非常出色的電氣零位指示器。

5,徑向不敏感

LVDT 對(duì)于鐵芯的軸向運(yùn)動(dòng)非常敏感，徑向運(yùn)動(dòng)相對(duì)遲鈍。這樣，LVDT 可以 用于測(cè)量不是按照精準(zhǔn)直線運(yùn)動(dòng)的物體，例如，可把 LVDT 耦合至波登管的末端 測(cè)量壓力。

6,輸入/輸出隔離

LVDT 被認(rèn)為是變壓器的一種，因?yàn)樗膭?lì)磁輸入(初級(jí))和輸出(次級(jí))是 完全隔離的。LVDT 無(wú)需緩沖放大器，可以認(rèn)為它是一種有效的模擬信號(hào)元件。 在要求信號(hào)線與電源地線隔離的測(cè)量和控制回路中，它的使用非常方便。

7,堅(jiān)固耐用

制造 LVDT 所用的材料以及接合這些材料所用的工藝使它成為堅(jiān)固耐用 的變送器。即使受到工業(yè)環(huán)境中常有的強(qiáng)大沖擊、巨幅振動(dòng)，LVDT 也能繼續(xù)發(fā) 揮作用。鐵芯與線圈分離 LVDT 鐵芯與線圈彼此分離，在鐵芯和線圈內(nèi)壁間插入非磁性隔離物，可以把加壓的、 腐蝕性或堿性液體與線圈組隔離開。這樣，線 圈組實(shí)現(xiàn)氣密封， 不再需要對(duì)運(yùn)動(dòng)構(gòu)件進(jìn)行動(dòng)態(tài)密封。 對(duì)于加壓系統(tǒng)內(nèi)的線圈組， 只需使用靜態(tài)密封即可。

8,環(huán)境適應(yīng)性

LVDT 是少數(shù)幾個(gè)可以在多種惡劣環(huán)境中工作的變送器之一。例如，密封型 LVDT 采用不銹鋼外殼，可以置于腐蝕性液體或氣體中。有時(shí)，LVDT 被要求在極端惡劣的環(huán)境下工作。例如，在類似液氮的低溫環(huán)境中或核輻射環(huán)境。雖然在大 多數(shù)情況下，LVDT 具有無(wú)限的工作壽命(理論上) ，置于惡劣環(huán)境下的 LVDT，工作壽命卻因環(huán)境不同而各不相同。

9,LVDT 與光柵，磁柵，等高精度測(cè)長(zhǎng)儀器相比有以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)：

優(yōu)點(diǎn)：動(dòng)態(tài)特性好，可用于高速在線檢測(cè)，進(jìn)行自動(dòng)測(cè)量，自動(dòng)控制。光柵、 磁柵等測(cè)量速度一般為 1.5m/s 以內(nèi)，只能用于靜態(tài)測(cè)量。 LVDT 可在強(qiáng)磁場(chǎng)，大電流，潮濕，粉塵等惡劣環(huán)境下使用。 可以做成在特殊條件下工作的傳感器，如耐高壓，高溫，耐輻射，全密土封在水下工作。 可靠性非常好，能承受沖擊達(dá) 150g/11ms ，振動(dòng)頻率 2KHZ 加速度 20g。體 積小，價(jià)格低，性能價(jià)格比高。

總結(jié)

LVDT線性差動(dòng)變壓器式位移傳感器主要用于測(cè)量如位移、距離、伸長(zhǎng)、移動(dòng)、厚度、膨脹、液位、應(yīng)變、壓縮、重量等各種物理量。在航天、航空、電力、石油化工、機(jī)械、軍工、紡織、汽車、煤炭、地震監(jiān)測(cè)、高等院校及科研院所等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。本文主要介紹了LVDT位移傳感器的工作原理、特點(diǎn)等基礎(chǔ)知識(shí)。