خرید LVDT

در دنیای پیچیده تجهیزات صنعتی و کنترلی، دقت در درجه اول اهمیت قرار دارد. به همین جهت یکی از اجزای کلیدی که در مرکز توجه قرار می‌گیرد، سنسور LVDT است. این حسگرها که به دلیل دقت و قابلیت اطمینان خود مشهور هستند، نقشی اساسی در کاربردهای مختلف در صنایع ایفا می‌کنند. در این نوشتار قصد داریم در خصوص سنسور LVDT و نحوه کار کرد آن توضیح دهیم. علاوه بر این نکاتی که در هنگام خرید یک سنسور LVDT باید به آن توجه کنیم را نیز بررسی خواهیم کرد. بنابراین در صورتی که قصد خرید و یا تنها آشنایی با سنسور LVDT را دارید پیشنهاد می‌کنیم تا پایان این نوشتار با ما همراه باشید.

سنسور LVDT چیست و چگونه کار می‌کند؟

سنسور  LVDT (Linear Variable Differential Transformer)  یک تجهیز ابزار دقیقی است که برای اندازه گیری دقیق میزان جابجایی خطی مورد استفاده قرار می‌گیرد. سنسور LVDT  به طور گسترده‌ای  در کاربردهای صنعتی و مهندسی استفاده می‌شود که در آن اندازه گیری دقیق حرکت یا موقعیت ضروری است. در  ادامه اجزای اصلی و نحوه عملکرد سنسور LVDT آمده است.

سنسورهای LVDT بر اساس یک اصل ساده و در عین حال مبتکرانه کار می‌کنند. یک سنسور LVDT  از یک سیم پیچ اولیه، دو سیم پیچ ثانویه و یک هسته متحرک تشکیل شده است. هنگامی‌که یک ولتاژ AC به سیم پیچ اولیه اعمال می‌شود، القای الکترومغناطیسی رخ می‌دهد و ولتاژهایی را در سیم پیچ‌های ثانویه ایجاد می‌کند. موقعیت هسته متحرک که به طور پیچیده با جسم اندازه گیری شده مرتبط است، دامنه ولتاژهای القایی را تعیین می‌کند. سپس این تغییرات دقیقاً به اندازه‌گیری‌های جابجایی خطی تبدیل می‌شود.

اجزای کلیدی سنسور LVDT

• سیم پیچ اولیه: فرآیند القای الکترومغناطیسی را با دریافت ولتاژ AC آغاز می‌کند.
• سیم پیچ‌های ثانویه: دو سیم پیچ در دو طرف سیم پیچ اولیه که بر اساس موقعیت هسته متحرک ولتاژ خروجی تولید می‌کنند.
• هسته متحرک: هسته ای که دقیقاً ماشین کاری شده است و به صورت خطی حرکت می‌کند. هسته متحرک بر ولتاژهای القا شده در سیم پیچ‌های ثانویه تأثیر می‌گذارد.

شرح کامل عملکرد LVDT

LVDT بر اساس اصل القای متقابل کار می کند و جابه جایی که یک انرژی غیر الکتریکی است را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. تعداد حلقه‌ها در هر دو سیم پیچ ثانویه برابر است، اما مخالف هم هستند، یعنی، اگر سیم پیچ ثانویه سمت چپ در جهت عقربه‌های ساعت باشد، سیم پیچ ثانویه سمت راست در جهت عقربه‌های ساعت خواهد بود، بنابراین ولتاژ خروجی خالص برابر با تفاوت ولتاژ بین دو سیم پیچ ثانویه است. دو سیم پیچ ثانویه به عنوان S1 و S2 نمایش داده می‌شود. هسته آهنی Esteem در مرکز کلاف استوانه‌ای قرار دارد که می‌تواند به حرکت رفت و برگشتی داشته باشد. ولتاژ تحریک AC ۵ تا ۱۲ ولت است و فرکانس عملیاتی ۵۰ تا ۴۰۰ هرتز داده می‌شود.

عملکرد LVDT را بر اساس  ۳ موقعیت هسته آهنی درون کلاف عایقی بررسی می کنیم.

مورد ۱: در صورت استفاده از یک نیروی خارجی که جابجایی است، اگر هسته در موقعیت صفر باقی بماند بدون ارائه هیچ حرکتی، ولتاژ القا شده در هر دو سیم پیچ ثانویه برابر است که باعث می‌شود خروجی خالص برابر با صفر شود. یعنی Esec1-Esec2=0

مورد ۲: زمانی که نیروی خارجی اعمال شود و هسته آهنی به سمت چپ حرکت کند، ولتاژ emf القا شده در سیم پیچ ثانویه 1 بیشتر است نسبت به emf القا شده در سیم پیچ ثانویه 2. بنابراین، خروجی خالص به صورت Esec1-Esec2 خواهد بود.

مورد ۳: زمانی که نیروی خارجی اعمال شود و هسته آهن به سمت راست حرکت کند، ولتاژ emf القا شده در پیچ ثانویه 2 بیشتر است نسبت به ولتاژ emf القا شده در پیچ ثانویه 1. بنابراین، ولتاژ خروجی خالص به صورت Esec2-Esec1 خواهد بود

مزایای سنسور LVDT

سنسورهای LVDT دارای مزایای متعددی هستند به همین دلیل در صنایع مختلف به طور فراوانی مورد استفاده قرار می‌گیرند. برخی از برجسته ترین مزایای سنسور LVDT عبارتند از :

• دقت: سنسورهای LVDT به دلیل دقت بالا بسیار محبوب و پرکاربرد هستند، این سنسورهای برای اندازه گیری‌ها بسیار کوچک گزینه ایده‌آلی هستند.
• طول عمر: سنسور LVDT به علت عدم تماس مستقیم بین قطعات مختلف آن ساسیش و احتمال شکستگی کمی‌دارند به همین دلیل طول عمر این سنسورها بسیار زیاد است.
• قابلیت اطمینان: حسگر LVDT به لطف طراحی قوی خود، حتی در شرایط محیطی سخت، قابلیت اطمینان بسیار بالایی دارند.
• کالیبراسیون ساده: با توجه به رابطه خطی بین موقعیت هسته و ولتاژهای القایی، کالیبراسیون حسگرهای LVDT بسیار ساده است.
• برخی مزایای دیگر شامل : رزولوشن(Resolution) بالا، خطی بودن(linearity) خیلی خوب، هیستر زیس کم،

معایب LVDT

• برای تولید ولتاژ‌های بالا نیاز به جابجایی بسیار بالا است
• . نیاز به پوشش دارد زیرا حساس به میدان مغناطیسی است.
• عملکرد ترانسدیوسر توسط ارتعاشات تحت تاثیر قرار می‌گیرد.
• به شدت تحت تاثیر تغییرات دما قرار می‌گیرد.

کاربردهای سنسور LVDT

حسگرهای LVDT به علت مزایایی زیادی که دارند و به آنها اشاره شد کاربرد بسیار گسترده ای در زمینه‌های مختلف صنعتی دارند برخی از مهمترین کاربردهای سنسور LVDT عبارتند از :

1. صنعت هوافضا:

در صنعت هوافضا، که دقت از اهیمت حیاتی برخوردار است، حسگرهای LVDT نقشی اساسی دارند. از این حسگرها برای اندازه گیری میزان انحراف بال هواپیما و یا میزان سطح مخزن سوخت استفاده می‌شود.

2. صنایع خودرو سازی

در بخش خودرو، حسگرهای LVDT برای چندین کار مهم از جمله کنترل سیستم تعلیق و یا اندازه گیری موقعیت دقیق موتور مورد استفاده قرار می‌گیرند.

3. ساخت قطعات و کنترل کیفیت:

در  صنایع تولیدی که دقت و ابعاد دقیق اهمیت غیر قابل انکاری دارد، سنسورهای LVDT برای فرآیندهای ماشین کاری و یا کنترل کیفیت به وفور استفاده می‌شوند.

4. نیروگاه‌ها:

در صنعت نیروگاهی و تولید برق ، سنسورهای LVDT برای موارد زیادی از جمله اندازه گیری میزان لرزش پره‌های توربین و یا میزان جابجایی ژنراتور استفاده میشوند.

5. تجهیزات پزشکی و بیومکانیک:

حسگرهای LVDT به طور گسترده در کاربردهای پزشکی برای اندازه گیری دقیق میزان جابجایی اجزای پمپ و یا کنترل پمپ‌ها برای تزریق میزان دقیق داروها مورد استفاده است

6. تحقیقات بیومکانیکی:

در بیومکانیک، سنسورهای LVDT به مطالعه حرکت انسان کمک می‌کنند و اندازه‌گیری‌های دقیقی را برای تحقیقات در زمینه‌هایی مانند آنالیز راه رفتن و حرکت مفاصل فراهم می‌کنند.

انواع حسگرهای LVDT

سنسورهای LVDT بر حسب نوع کاربرد و نیازی که موجود است در انواع مختلفی وجود دارند. در ادامه به برخی از رایج‌ترین انواع این سنسورها اشاره می‌کنیم.

سنسورهای LVDT اندازه گیری موقعیت خطی:

سنسور LVDT موقعیت خطی برای اندازه گیری دقیق موقعیت خطی طراحی و ساخته شده اند. این سنسورها در صنایع مختلی استفاده میشوند و دقت بسیار بالایی دارند.

سنسورهای LVDT اندازه گیری موقعیت چرخشی:

این نوع از سنسورها برای اندازه گیری میزان چرخش یک محور طراحی و مورد استفاده قرار می‌گیرند. سنسورهای LVDT اندازه گیری موقعیت چرخشی برای کاربردهایی مانند سنجش موقعیت محور بسیار ایده ال هستند.

سنسورهای LVDT اندازه گیری فشار و نیرو:

سنسورهای LVDT به اندازه گیری موقعیت محدود نمی‌شوند. یک دسته از سنسورهای LVDT برای اندازه گیری میزان فشار و نیرو طراحی شده اند. این نوع از سنسورها نیز در صنایع مختلفی کاربرد دارد.

سنسورهای اتوماسیون صنعتی:

یک سری از سنسورهای LVDT که برای اتوماسیون صنعتی طراحی شده‌اند. . این حسگرها به عملکرد یکپارچه فرآیندهای تولید کمک می‌کنند.

تفاوت بین LVDT و RVDT

LVDT و RVDT یک مبدل غیرفعال است. LVDT مخفف(linear voltage differential transformer) ترانسفورماتور دیفرانسیل ولتاژ خطی است و جهت اندازه گیری جابه جایی خطی استفاده میشود، در حالی که RVDT مخفف (rotary voltage differential transformer)ترانسفورماتور دیفرانسیل ولتاژ دوار است و جهت اندازه گیری جابه جایی زاویه ای کاربر دارد. تفاوت های ایندو به صورت زیر است:

LVDT – تبدیل جابه‌جایی‌های خطی به سیگنال‌های الکتریکی متناوب ،RVDT  تبدیل جابه‌جایی‌های زاویه‌ای به سیگنال‌های الکتریکی.

. LVDT – هسته در حرکت خطی است،  RVDTهسته دایره‌ای است.

LVDT –  برای تبدیل حرکت‌های خطی به سیگنال‌های الکتریکی استفاده می‌شود، RVDT  برای تبدیل حرکت‌های چرخشی به سیگنال‌های الکتریکی استفاده می‌شود

LVDT – برای جابجای خطی که تا چند صد میلیمتر طول دارد، RVDT  ۳۶۰ درجه عمل می‌کند اما محدوده عمل خطی + یا – ۴۰ درجه است

LVDT –  شکل هسته مستطیل است، RVDT  هسته بادامک شکل است.

. LVDT – محدوده ولتاژ ورودی از ۱ ولت تا ۲۴ ولت RMS است، RVDT  تا ۳ ولت RMS

LVDT -حساسیت ۲.۳ میلی‌ولت بر ولت بر درجه چرخش است، RVDT  حساسیت ۲ تا ۳ میلی‌ولت بر ولت بر درجه چرخش است.

LVDT – محدوده فرکانس عمل از ۵۰ هرتز تا ۲۰ کیلوهرتز است، RVDT  محدوده فرکانس عمل از ۴۰۰ هرتز تا ۲۰ کیلوهرتز است

LVDT – کاربرد آن در اندازه‌گیری نیرو، فشار، وزن، جابجایی است، RVDT  در برنامه‌های کنترل دقیق مختلفی مانند عملیات توربین، سیستم‌های رادار و غیره استفاده می‌شود.

هنگام خرید سنسور LVDT باید به چه مواری توجه کنیم؟

هنگام خرید سنسور LVDT باید به چندین مورد توجه داشت تا مطمئن شویم سنسور انتخابی با نیازها و شرایط کاری ما مطابقت دارد. برخی از مهمترین مواردی که باید در نظر داشت را در ادامه توضیح می‌دهیم.

1. محدوده اندازه گیری:

محدوده اندازه گیری و جابجایی  احتمالی را تعیین کنید، سپس سنسوری را انتخاب کنید که محدوده اندازه گیری مورد نیاز شما را به خوبی پوشش دهد.

2. دقت

دقت سنسور LVDT را ارزیابی کنید. سطح مورد نیاز از دقت اندازه گیری را برای نیاز خود در نظر بگیرید و سنسوری را انتخاب کنید که آن الزامات را برآورده یا فراتر از آن باشد.

3. شرایط محیطی:

سنسوری را خریداری کنید که متناسب با شرایط محیط کاری شما باشد. برخی از حسگرهای LVDT برای مقاومت در برابر دماهای بالا، غوطه ور شدن در مایعات یا قرار گرفتن در معرض مواد خورنده طراحی شده‌اند. سنسوری را انتخاب کنید که بتواند به طور موثر در محیط مورد نظر کار کند.

4. نوع سیگنال خروجی:

سنسورهای LVDT معمولاً خروجی‌های آنالوگ را ارائه می‌دهند. نوع سیگنال خروجی (آنالوگ یا دیجیتال) که برای سیستم شما مناسب‌تر است را تعیین کنید.

5. پاسخ فرکانس:

پاسخ فرکانس سنسور LVDT را ارزیابی کنید، به خصوص اگر برنامه شما شامل حرکات با فرکانس بالا باشد. برخی از LVDT‌ها برای کنترل تغییرات سریع در جابجایی طراحی شده اند که آنها را برای کاربردهای دینامیکی مناسب می‌کند.

6. نصب

هنگام خرید سنسور LVDT سنسوری را خریداری کنید که به راحتی بر روی تجهیز مورد نظر شما نصب شود و با استاندارهای مورد نیاز شما مطابقت داشته باشد.

7. کالیبراسیون و تکرارپذیری:

فرآیند کالیبراسیون سنسور LVDT را بررسی کرده و تکرارپذیری آن را ارزیابی کنید. یک سنسور با قابلیت تکرار خوب، اندازه گیری‌های سازگار و قابل اعتماد را ارائه می‌دهد.

8. هزینه:

هزینه سنسور LVDT را  متناسب با میزان بودجه و سرمایه خود ارزیابی کنید. در  عین حال که رعایت الزامات برنامه مهم است، مقرون به صرفه بودن را نیز در نظر بگیرید.