LVDT – Linearny Przemienny Transformator Różnicowy

LVDT – Linearny Przemienny Transformator Różnicowy

LVDT, czyli Linearny Przemienny Transformator Różnicowy (ang. Linear Variable Differential Transformer), to jedno z najważniejszych urządzeń wykorzystywanych do precyzyjnego pomiaru przemieszczeń liniowych. Dziś postaram się przybliżyć Ci, jak działa LVDT, dlaczego jest tak ceniony w automatyce i pomiarach, oraz w jakich zastosowaniach technicznych znajdziesz to urządzenie. W trakcie wyjaśniania, wpleciemy także zagadnienia dotyczące transformatorów oraz sygnałów AC, które są nieodzowne, aby zrozumieć zasadę działania LVDT.

Budowa i zasada działania LVDT

LVDT składa się z trzech cewek: jednej cewki pierwotnej oraz dwóch cewek wtórnych umieszczonych symetrycznie po obu stronach cewki pierwotnej. Wewnątrz znajduje się ruchomy rdzeń ferromagnetyczny, którego pozycja względem cewek wpływa na indukcyjność i napięcie wyjściowe transformatora.

Podczas pracy, cewka pierwotna jest zasilana prądem zmiennym (AC) o określonej częstotliwości, co powoduje powstanie pola magnetycznego. Ruchomy rdzeń przesuwa się liniowo wzdłuż osi cewek, zmieniając sprzężenie magnetyczne między cewką pierwotną a wtórnymi. W wyniku tego, indukowane napięcia w cewkach wtórnych zmieniają się proporcjonalnie do przesunięcia rdzenia.

Wykres działania i sygnał wyjściowy

Dzięki takiemu rozwiązaniu, napięcie wyjściowe LVDT jest proporcjonalne do przemieszczenia liniowego rdzenia, a znak napięcia informuje o kierunku ruchu. Co ważne, LVDT działa bezkontaktowo, więc nie ma zużycia mechanicznego, co zapewnia bardzo wysoką trwałość i precyzję pomiaru.

Zalety i właściwości LVDT

• Bezkontaktowa praca zapewniająca długą żywotność
• Wysoka dokładność i powtarzalność pomiaru
• Duży zakres pomiarowy
• Odporność na zabrudzenia, wilgoć i inne warunki środowiskowe
• Wysoka liniowość sygnału wyjściowego
• Niska histereza i czułość na wstrząsy

Zastosowania LVDT w praktyce

LVDT jest wykorzystywany wszędzie tam, gdzie wymagana jest dokładna i niezawodna informacja o przemieszczeniu liniowym. Spotkasz je w systemach automatyki przemysłowej, w maszynach CNC, w aparaturze pomiarowej, w lotnictwie do monitorowania ruchów elementów sterujących, a także w badaniach materiałowych i testach wytrzymałościowych. Często stosowane są także w systemach kontroli jakości, gdzie precyzyjny pomiar położenia jest niezbędny.

Przy okazji, LVDT jest typowym przykładem zastosowania transformatora, a jego działanie wiąże się ze zjawiskami elektromagnetycznymi, które poznaliśmy przy okazji omawiania AC – prądu przemiennego. Prąd zmienny jest konieczny do zasilania cewki pierwotnej, co pozwala na indukowanie napięcia w cewkach wtórnych i dokładne pomiary.

Współpraca LVDT z systemami elektronicznymi

Sygnał wyjściowy LVDT to napięcie przemienne o małej amplitudzie, które musi być przetworzone, aby można było go bezpośrednio wykorzystać. W praktyce stosuje się układy demodulujące i wzmacniające, które przekształcają sygnał na postać stałoprądową proporcjonalną do przesunięcia. Dzięki temu dane z LVDT mogą być łatwo odczytywane przez mikrokontrolery, sterowniki PLC czy systemy pomiarowe.

Warto też pamiętać, że aby zapewnić wysoką dokładność pomiaru, niezbędna jest kalibracja LVDT oraz odpowiednia filtracja sygnału. W niektórych zastosowaniach używa się dodatkowych układów kompensacji temperatury lub izolacji galwanicznej, aby zminimalizować wpływ warunków środowiskowych na wynik pomiaru.

Znając działanie LVDT łatwiej będzie Ci zrozumieć inne typy przetworników liniowych, takie jak RVDT (Rotary Variable Differential Transformer) czy czujniki pojemnościowe, które działają na podobnej zasadzie, ale mierzą kąty obrotu lub inne parametry mechaniczne. Jutro możemy zgłębić zagadnienia związane z przetwornikami obrotowymi i porównać je z liniowymi.