선형 가변 차동 변압기

Linear variable differential transformer
LVDT의 절단면. 전류는 A의 1차 코일을 통해 구동되며, B의 2차 코일을 통해 유도 전류가 생성된다.

선형 가변 차변 변압기(LVDT, 선형 가변 변압기,[1][2] 선형 가변 변압기 또는 단순 차동 변압기라고도[3] 함)는 선형 변위기(위치) 측정에 사용되는 전기 변압기의 일종이다. 회전 변위 측정에 사용되는 이 장치의 반대쪽을 회전 가변 차동 변압기(RVDT)라고 한다.

소개

LVDT는 견고하고 절대 선형 위치/변위 변환기로, 본질적으로 마찰이 없으며, 적절히 사용할 경우 사실상 무한 주기 수명을 갖는다. AC 작동 LVDT에는 전자 장치가 없으므로 극저온 또는 최대 1200 °F(650 °C), 열악한 환경 및 높은 진동 및 충격 수준에서 작동하도록 설계할 수 있다. LVDT는 동력 터빈, 유압 장치, 자동화, 항공기, 위성, 원자로 등과 같은 응용 분야에서 널리 사용되어 왔다. 이 변환기는 저 이력 및 우수한 반복성을 가지고 있다.

LVDT는 기계적 기준(0 또는 null 위치)에서 위상(방향)과 진폭(거리) 정보를 포함하는 비례 전기 신호로 위치 또는 선형 변위를 변환한다. LVDT 작동은 이동 부품(프로브 또는 코어 어셈블리)과 코일 어셈블리 사이의 전기적 접촉을 필요로 하지 않고 대신 전자기 결합에 의존한다.

작전

선형 가변 차동 변압기에는 튜브 주위에 3개의 솔레노이드 코일이 엔드 투 엔드로 배치되어 있다. 중앙 코일은 1차 코일이며, 두 개의 외부 코일은 상·하부 2차 코일이다. 위치를 측정할 물체에 부착된 원통형 강자성 코어는 튜브의 축을 따라 미끄러진다. 교류는 1차 전류를 구동하며 2차 전류를 연결하는 노심 길이에 비례하는 각 2차 전류의 전압을 유도한다.[3] 주파수는 보통 1~10kHz 범위에 있다.

노심이 이동함에 따라 두 개의 2차 코일에 대한 1차 코일의 연계가 변화하여 유도 전압의 변화를 일으킨다. 코일은 출력 전압이 상위 2차 전압과 하위 2차 전압 사이의 차이("차동")가 되도록 연결된다. 코어가 두 제 2의 코일 사이에 등거리인 중심 위치에 있을 때, 두 개의 2차 코일에 동일한 전압이 유도되지만, 두 신호는 취소되기 때문에 이론적으로 출력 전압은 0이다. 실제로 1차 전류가 각 2차 전원에 결합되는 방법의 사소한 변화는 코어가 중심일 때 작은 전압이 출력된다는 것을 의미한다.

이 작은 잔류 전압은 위상 편이 때문에 발생하며 흔히 4차 오차라고 불린다. 이는 무효점에 대한 진동을 야기할 수 있고 단순한 측정 어플리케이션에서도 허용되지 않을 수 있기 때문에 폐쇄 루프 제어 시스템에서는 성가신 일이다. 이는 AC에서 2차 전압을 직접 뺄셈으로 동기식 감속법을 사용한 결과다. 현대의 시스템, 특히 안전을 수반하는 시스템은 LVDT의 고장 감지를 요구하며, 정상 방법은 Op-Amps에 근거하여 정밀 반파 또는 전파 정류기를 사용하여 각 2차 시스템을 분리하고 DC 신호를 빼서 차이를 계산하는 것이다. 왜냐하면, 정전압의 경우, 2차 전압의 합은 LVDT의 작동 스트로크 전체에 걸쳐 거의 일정하기 때문에, 그 값은 작은 창 내에 남아 있고, LVDT의 내부 고장으로 인해 합계 전압이 한계치에서 이탈하여 빠르게 검출되어 결함을 야기할 수 있도록 모니터링할 수 있기 때문이다. 표시된 이 방식에는 2차 오차가 없으며, 위치 의존적 차이 전압은 영점(null point)에서 0을 원활하게 통과한다.

어디를 마이크로 프로세서 또는 FPGA의 형태로 디지털 처리를 시스템에서 사용할 수 것을 처리 장치 및 예상 2차 전압의 합에 의해, 측정 independen을 만들기 위해 이차 전압의 차이 구분하여 처리 정확성을 개선하기 ratiometric[4]은 고장 검출을 실시하는 것이 일반적이다.tof 흥분 신호의 정확한 진폭 디지털 처리 용량이 충분할 경우 DAC를 통해 정현상을 발생시키고 멀티플렉스 ADC를 통해 2차 감속(demodulation)을 수행하는 것이 일반화되고 있다.

코어가 상단을 향해 이동하면 하단의 전압이 감소함에 따라 상단의 2차 코일의 전압이 증가한다. 결과 출력 전압은 0에서 증가한다. 이 전압은 1차 전압과 위상이다. 코어가 다른 방향으로 이동하면 출력 전압도 0에서 증가하지만 위상은 1차 위상과 반대다. 출력 전압의 위상은 변위 방향(위 또는 아래)을 결정하며 진폭은 변위량을 나타낸다. 동기식 검출기는 변위와 관련된 서명된 출력 전압을 결정할 수 있다.

LVDT는 긴 가느다란 코일로 설계되어 출력 전압이 최대 수 인치(수백 밀리미터)까지 변위할 수 있도록 한다.

LVDT는 절대 위치 센서로 사용할 수 있다. 전원을 끄더라도 재시동 시 LVDT는 동일한 측정값을 나타내며 위치 정보는 손실되지 않는다. 제대로 구성하면 반복성과 재현성이 가장 큰 장점이다. 또한, 코어의 단축 선형 운동과는 별도로, 축을 중심으로 코어의 회전과 같은 다른 움직임은 측정치에 영향을 미치지 않을 것이다.

슬라이딩 코어가 튜브 내부에 닿지 않기 때문에 마찰 없이 움직일 수 있어 LVDT는 신뢰성이 높은 장치다. 슬라이딩 또는 회전 접점이 없을 경우 LVDT를 환경에 대해 완전히 밀봉할 수 있다.

LVDT는 일반적으로 서보마이즘의 위치 피드백과 공작기계 및 기타 많은 산업 및 과학 용도의 자동화된 측정에 사용된다.

참고 항목

참조

  1. ^ "Borehole stress property measuring system".
  2. ^ http://www.omega.com/manuals/manualpdf/M1120.pdf
  3. ^ a b 바우메이스터 & 마크스 1967, 페이지 16–8
  4. ^ Arun T Vemuri; Matthew Sullivan (2016). "Ratiometric measurements in the context of LVDT-sensor signal conditioning" (PDF). Texas Instruments Industrial Analog Applications Journal. Retrieved 27 October 2017.
  • Baumeister, Theodore; Marks, Lionel S., eds. (1967), Standard Handbook for Mechanical Engineers (Seventh ed.), McGraw-Hill, LCCN 16-12915

외부 링크