LVDT位移传感器传感器原理

LVDT工作过程中，铁心的运动不能超出线圈的线性范围，否则将产生非线性值，因此所有的LVDT均有一个线性范围。

LVDT位移传感器传感器特点

LVDT位移传感器主要特点

（1）原理直观、结构简单、工作可靠、使用寿命长；

图1

（3）分辨率高、应用广、适合于不同的应用；

（4）结构对称、零位可恢复。

（5）应用于小型制冷剂，如自由活塞式斯特林制冷机时，受到安装空间的限制。

LVDT位移传感器其他特点

1、响应速度快：基于非接触测量的实现，对于某些快速运动物体的冲击振动测量，此类传感器可以提供很宽的频率响应。

图2 5000XS直线位移传感器^[1]

3、高分辨率：由电磁感应原理所决定的任何微小的铁芯运动均会改变所在磁场内次级线圈的感生电动势，使得LVDT位移传感器理论上具有无限的分辨力。随着设计、工艺和电子元器件性能的不断提高。

4、低噪声：对于回弹式的位移传感器，在额定位移输出信号为10.0000V或5.0000V时，其纹波、干扰噪声的峰—峰值电压仅0.2～1.5mVp-p。

5、低的温度漂移：通用型中小量程产品的温度系数在±0.001%/℃～±0.01%/℃。FS。

6、始动漂移小：当接通电源（开机）时，位移读数很快就能基本稳定下来，无需长时间的预热，时间漂移小。

7、无零点残余电压：由于采用了的检测电路，避免了零点残余电压的存在。

8、重复性好：重复精度可达零点几微米甚至更小。

9、很宽的量程覆盖范围：在较宽的量程范围内LVDT位移传感器均能实现较高的线性精度。

图3 HR10000位移传感器

11、低故障：这是指在非正常使用下，由于人为的疏忽或误操作而设计的多种措施，以避免传感器受损。

12、功耗低：在双电源供电，输出电压信号时，供电电流﹤10mA。

13、输入、输出的多样性：可以输入单或双电源，其电压值自5V～24V或±5V～±15V;输出信号电压自20mV～10V或±20mV～±10V;输出信号电流;4～20mA或0～10mA，并且具有良好的恒流特性。输出信号频率：0～10000Hz。

LVDT位移传感器优点

1,无摩擦测量

LVDT 的可动铁芯和线圈之间通常没有实体接触， 也就是说 LVDT 是没有摩擦 的部件。 它被用于可以承受轻质铁芯负荷， 但无法承受摩擦负荷的重要测量。 例 如，精密材料的冲击挠度或振动测试， 纤维或其它高弹材料的拉伸或蠕变测试。

2,无限的机械寿命

由于 LVDT 的线圈及其铁芯之间没有摩擦和接触，因此不会产生任何磨 损。这样 LVDT 的机械寿命，理论上是无限长的。在对材料和结构进行疲劳测试 等应用中，这是极为重要的技术要求。此外，无限的机械寿命对于飞机、、宇宙飞船以及重要工业设备中的高可靠性机械装置也同样是重要的。

3,无限的分辨率

LVDT 的无摩擦运作及其感应原理使它具备两个显著的特性。 个特性是具 有真正的无限分辨率。 这意味着 LVDT 可以对铁芯最微小的运动作出响应并生成输出。外部电子设备的可读性是对分辨率的限制。

4,零位可重复性

LVDT 构造对称，零位可回复。LVDT 的电气零位可重复性高，且极其稳定。用在闭环控制系统中，LVDT 是非常出色的电气零位指示器。

5,径向不敏感

LVDT 对于铁芯的轴向运动非常敏感，径向运动相对迟钝。这样，LVDT 可以 用于测量不是按照精准直线运动的物体，例如，可把 LVDT 耦合至波登管的末端 测量压力。

6,输入/输出隔离

LVDT 被认为是变压器的一种，因为它的励磁输入（初级）和输出（次级）是 隔离的。LVDT 无需缓冲放大器，可以认为它是一种有效的模拟信号元件。 在要求信号线与电源地线隔离的测量和控制回路中，它的使用非常方便。

7,坚固耐用

制造 LVDT 所用的材料以及接合这些材料所用的工艺使它成为坚固耐用 的变送器。即使受到工业环境中常有的强大冲击、巨幅振动，LVDT 也能继续发 挥作用。铁芯与线圈分离 LVDT 铁芯与线圈彼此分离，在铁芯和线圈内壁间插入非磁性隔离物，可以把加压的、 腐蚀性或碱性液体与线圈组隔离开。这样，线 圈组实现气密封， 不再需要对运动构件进行动态密封。 对于加压系统内的线圈组， 只需使用静态密封即可。

8,环境适应性

LVDT 是少数几个可以在多种恶劣环境中工作的变送器之一。例如，密封型 LVDT 采用不锈钢外壳，可以置于腐蚀性液体或气体中。有时，LVDT 被要求在恶劣的环境下工作。例如，在类似液氮的低温环境中或核辐射环境。虽然在大 多数情况下，LVDT 具有无限的工作寿命（理论上） ，置于恶劣环境下的 LVDT，工作寿命却因环境不同而各不相同。^[2]

LVDT位移传感器应用领域

飞机组装

金属外壳装配工将GCD-SE 测量头用在手动工具上，测量机身拼接过程中柳钉杆的合理压缩形变程度。这个工具还被以内过来测量28.5VDC，最小工作电流为6mA,适用于各种便携式电池供电的测量应用。

火车制动系

LVDT 适宜于测量制动磨损，可以通过测量气缸和制动卡钳之间传动装置连杆的行程来测量制动磨损。

汽车零部件测量

汽车零部件，如汽车刹车盘，刹车片在出厂前，都要进行厚度，孔径，跳动的测量，由多跟LVDT传感器进行多个行位的综合测量，对应的测量结果输入至PLC或者工控电脑，工控电脑的SPC软件对测量数据进行分析，统计，从而达到对生产产品质量综合管控的目的。常见的汽车零部件测量系统如图所示

图4 ^[3]

物料测试仪

不管是恶劣的环境中还是纯理论的实验室研究，凡是需要对物料进行测试，LVDT都能提供解决方案。LVDT主体可以安装在固定的位置，将核心部分放置在无料中来测量张力或压缩蠕变（可能需要特殊的紧固装置）。当对物料施以负荷时，物料会伸长（或压缩）。LVDT可以在长达数周甚至数月的时间内，随时压力和（或）温度（1000 ℉）的不断变化，监测即使是最细微的运动（小于0.0001英寸）。LVDT是一种绝压设备，若出现电力损耗的情况，会在电力恢复后返回到原始读数的位置，从而节省测试所耗费的时间。

RVIT-Z 角度传感器外形小，采用全面非接触式设计，是不允许有摩擦力或拉力的粘度计等应用的标准部件。

ATM和商业设备馈送和阻塞检测

LVDT 可在自动柜员机配送系统的送纸轮上使用，以检测双馈送和无馈送状况。复印机采用LVDT 来检测纸张的厚度和误馈送。LVDT比机械开关更具有优势。

线性输出可以通过软件来调整限位值，而不必对限位开关进行机械式的调整。由于MHR系列产品的磁心部分质量小，可靠性和重复性高，因此特别适用于此类应用。对于OEM来说，批量生产LVDT比生产限位开关更具有成本效益。

四轮定位设备

AccuStar系列倾角仪是四轮定位设备制造的标准传感器，可用于测量外倾角和后倾角。^[4]

LVDT位移传感器常见问题

在使用LVDT位移传感器的过程中难免会出现一些故障和各种问题，以下是几种常见的情况：

1、传感器显示的参数不正确

这种情况大多数属于定位不准。可以将传感器取出来重新放置，调整安装的位置。如未解决，重新检查安装以及线路问题。（少数情况为传感器的制作问题，如一些小参数值为传感器制定的精确度不准）

2、LVDT位移传感器输出不正常

通常表现为磁环脱落、供电不足、接线不牢、安装不牢及工作盲区等问题，首先调整传感器的安装。如没有解决，就检查磁环、电源、电线、接线等，看下问题所在。

3、安装注意事项

安装时重要的就是要平面，并且要注意周围有无磁场问题，尽量远离磁场。然后被检测对象要与传感器材质一致，并且大于探头面的1.5倍。^[5]