作者:鮑亞子 深圳市信為科技發展有限公司(總工程師)

一、概述

　　随着我國國民經濟的高速發展，自動化程度的不斷提高，傳感器的用量越來越大，開發高新技術位移傳感器産品具有廣闊的前景。該産品具有精度高，動态特性好，工作可靠，使用方便等特點。

　　差動變壓器式位移傳感器（LVDT）可廣泛應用于航天航空、機械、建築、紡織、鐵路、煤炭、冶金、塑料、化工以及科研院校等國民經濟各行各業，用來測量伸長、振動、物體厚度、膨脹等的高技術産品。

　　深圳市信為科技發展有限公司是專業生産位置傳感器的高科技公司，我公司生産的LVDT有分體式、回彈式、氣動式、耐壓式,及各種定制産品，具有測量精度高，性能穩定，防水，抗沖擊能力強等特點，适合較惡劣環境下使用，是客戶安全放心的選擇。

二、工作原理

　　LVDT(Linear.Variable.Differential.Transformer)是線性可變差動變壓器縮寫。工作原理簡單地說是鐵芯可動變壓器。它由一個初級線圈、兩個次級線圈、鐵芯、線圈骨架、外殼等部件組成。當鐵芯由中間向兩邊移動時，次級兩個線圈輸出電壓之差與鐵芯移動成線性關系。

　　當初級線圈P1，P2之間供給一定頻率的交變電壓時，鐵芯在線圈内移動改變了空間的磁場分布，從而改變了初、次級線圈之間的互感量，次級線圈S11，S22之間就産生感應電動勢，随着鐵心的位置不同，互感量也不同，次級産生的感應電動勢也不同，這樣就将鐵芯的位移量變成了電壓信号輸出，由于兩個次級線圈電壓極性相反,參見圖1,輸出電壓為差動電壓。

圖1：LVDT原理圖

　　當鐵芯往右移動時，次級線圈2感應的電壓大于次級線圈1；當鐵芯往左移動時，次級線圈1感應的電壓大于次級線圈2，兩線圈輸出的電壓差值大小随鐵芯位移而成線性變化。圖2中的虛線範圍内是傳感器的量程，當鐵芯移動行程大于100%時（虛線之外段），兩次級線圈輸出電壓的差值與鐵芯位移線性關系變差。零點兩邊的實線段一般是對稱的測量範圍，兩者都是交流信号而相位差180度。實際的LVDT線圈通常與殼體緊固為一體，鐵芯與測杆緊固為另一體，當兩體間發生相對位移時，就産生位移電壓輸出。

圖2：LVDT的輸出電壓

三、技術性能

四、LVDT具有以下特點:

1、無摩擦測量　　LVDT 的可動鐵芯和線圈之間通常沒有實體接觸，也就是說LVDT 是沒有摩擦的部件。它被用于可以承受輕質鐵芯負荷，但無法承受摩擦負荷的重要測量。 例如，精密材料的沖擊撓度或振動測試， 纖維或其它高彈材料的拉伸或蠕變測試。

2、無限的機械壽命

　　由于LVDT 的線圈及其鐵芯之間沒有摩擦和接觸，因此不會産生任何磨損。這樣LVDT的機械壽命，理論上是無限長的。在對材料和結構進行疲勞測試等應用中，這是極為重要的技術要求。此外，無限的機械壽命對于飛機、導彈、宇宙飛船以及重要工業設備中的高可靠性機械裝置也同樣是重要的。

3、無限的分辨率　　LVDT的無摩擦運作及其感應原理使它具備兩個顯著的特性。第一個特性是具有真正的無限分辨率。這意味着 LVDT 可以對鐵芯最微小的運動作出響應并生成輸出。外部電子設備的可讀性是對分辨率的唯一限制。

4、零位可重複性　　LVDT 構造對稱，零位可回複。LVDT的電氣零位可重複性高，且極其穩定。用在閉環控制系統中，LVDT 是非常出色的電氣零位指示器。

5、徑向不敏感　　LVDT對于鐵芯的軸向運動非常敏感，徑向運動相對遲鈍。這樣，LVDT 可以用于測量不是按照精準直線運動的物體，例如，可把LVDT耦合至波登管的末端測量壓力。

6、輸入/輸出隔離　　LVDT被認為是變壓器的一種，因為它的勵磁輸入（初級）和輸出（次級）是完全隔離的。LVDT無需緩沖放大器，可以認為它是一種有效的模拟信号元件。在要求信号線與電源地線隔離的測量和控制回路中，它的使用非常方便。

7、堅固耐用

　　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固耐用的變送器。即使受到工業環境中常有的強大沖擊、巨幅振動，LVDT 也能繼續發揮作用。鐵芯與線圈分離LVDT 鐵芯與線圈彼此分離，在鐵芯和線圈内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，線圈組實現氣密封，不再需要對運動構件進行動态密封。對于加壓系統内的線圈組，隻需使用靜态密封即可。

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

9、LVDT與光栅，磁栅，等高精度測長儀器相比有以下幾個優點缺點：　　優點：動态特性好，可用于高速在線檢測，進行自動測量，自動控制。光栅、磁栅等測量速度一般為1.5m/s以内，隻能用于靜态測量。　　LVDT可在強磁場，大電流，潮濕，粉塵等惡劣環境下使用。　　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150g/11ms ，振動頻率2KHZ加速度20g。體積小，價格低，性能價格比高。

五、如何合理選擇我公司的LVDT位移傳感器？

　　選型時,考慮的主要技術因素有哪些呢？這裡為大家介紹一下：

　　1、 位移量程。位移量程指要求測量的位移量有多大,有2.5、5、10、15、25、50、100、250、500 mm等規格。量程選擇和實際需要最好相近為宜，如實際用8 mm量程，那個選10mm規格即可。

　　2、輸出信号。傳感器輸出的信号常規的有4-20mA、0-5V、0-10V、RS-485數字式、等。一般要求遠距離傳輸(超過20米)，最好采用電流輸出或數字輸出，如果是多根傳感器同時使用且距離遠，采用數字RS-485輸出較好。　　3、線性誤差。位移測量時的誤差值,用相對值表示，比如量程5mm的LVDT，線性誤差為0.25%，表示測量位移時的誤差值5mm×0.25%=1.25um。　　4、分辨率。分辨率是指傳感器能夠測量的最小變化大小。對于LVDT位移傳感器,最小分辨率最高可達0.01um，磁尺位移傳感器最高分辯率達1um，數字輸出的位移傳感器的分辨率為16-Bit。

　　5、傳感器工作環境。比如産品是否需要具備耐高低溫，是否需要耐壓，是否需要具備防塵防水防油以及抗電磁波輻射的功能。有些傳感器對環境的粉塵比較敏感，比如光栅傳感器的工作環境一定要無塵，且不能有振動,傳感器需要經常擦拭幹淨，否則會影響檢測，而LVDT或磁尺可适合惡曆的工作環境。

　　6.測頭的連接方式。有分體式和回彈式兩種選擇,如果在被測件上便于打孔固定的情況上，應選擇分體式的LVDT，如果被測件上隻能接觸表面測量，那需要選擇回彈式LVDT。

　　7、動态響應。傳感器是用于測量動态或準靜态場所,LVDT位移傳感器動态頻率最高可達300HZ, 對于動态要求高于10HZ，回彈式LVDT将不适應。

　　8、安裝方式。傳感器的機械尺寸、固定方式,可以根據客戶具體使用環境設計安裝夾具。

六、SOWAY産品應用實例

　　1.風機新能源法蘭間隙測量：海上風機發電的固定葉輪的法蘭間隙需要在線測量法蘭上的螺铨是否松動，以防因螺铨松動發生事故。我公司的産品SDVB20Z-6，測量位移0-6mm,精度0.25%，分辯率1um，輸出RS485-RTU數字輸出信号。傳感器具有防潮防鹽霧，傳感器的主體部分和測頭夾具部分分别用膠粘貼在法蘭的兩邊，當螺铨松動時，法蘭間隙發生變化，傳感器産品已申請了國家新型實用專利産品。

　　2.汽車玻璃生産: 汽車玻璃由于是一個曲面, 在測量産品是否合格時要求一次多點測量,如外型尺寸和曲面的尺寸,利用我公司生産的SDVB8-8型回彈式LVDT應用在測量汽車玻璃的曲面,同時可測20 ~60個點位,測量精度高，重複性好，傳感器可互換。該産品已申請國家發明專利。

　　3.比例閥門: 用LVDT精确測量雙向比例閥的閥芯的位置，以便輸出0-5V或4-20mA的标準電流信号經過與預先設定的值進行比較後輸出一個調節信号給與閥相連的電磁開關線圈，以便在閉環閥門控制系統中動态精确控制閥芯的位置，我公司生産的SDVG20-8 型SDVG20-40LVDT應用在比例閥的位置檢測與控制中。

　　4.挖掘機手柄測控: 挖掘機手柄上面安裝4隻(或者2隻)LVDT位移傳感器，可以精确測量手柄的位置以便通過液壓缸來控制挖掘機的動作，我公司生産的SDVG12-10型LVDT應用在挖掘機的手柄控制杆位置測量，同時測出前後左右。

　　5.汽車變速箱: 汽車變速箱中的擋位切換位置可以用我公司 SDVG20Z-35型LVDT進行準确測量，并輸出一個電壓信号到主控闆上，通過CAN總線傳到相應的控制部分。

　　6.飛機組裝: 我公司生産的LVDT位移傳感器 SDVH20系列用于測量飛機的組裝生産線上，用于機身拼接過程中鉚釘杆的合理壓縮變形程度。

　　7.LVDT特别适合用于測量制動裝置的摩損，可以通過測量氣缸和制動卡鉗之間的傳動裝置連杆的行程來測量磨損。

　　8.車輛懸挂減振系統: LVDT由于是非接觸式并且耐用,适合用于氣車的懸挂減振系統的測量控制。

　　9.回彈式 SDVH8-2用測量火車輪外徑檢測,分辨率0.1um, 精度1um。

　　10. LVDT用于注塑機的控制進料等工作。

　　11.印滾筒間距： LVDT主體通常安裝在定滾筒上，磁心安裝在動滾筒上。随着滾筒間距的變化，LVDT輸出模拟電壓或電流信号，作為位置信号反饋。LVDT是一種堅固耐用的工業傳感器，可以承受多塵環境下的高溫和震動。

　　12.石油管道的偏移監測：石油管道受外力（如風力）會産生偏移，偏移嚴重會脫離支架或造成管道斷裂，為了實時監測管道的偏移，采用公司的防爆産品SDVG28-60的LVDT産品。

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