LVDT nedir?
LVDT, Lineer Değişken Diferansiyel Transformatörün kısaltmasıdır. Mekanik olarak bağlandığı bir nesnenin doğrusal hareketine karşılık gelen bir elektrik sinyaline dönüştürebilen yaygın bir elektromekanik transdüser türüdür.
LVDT doğrusal konum sensörleri, mikron seviyelerinden yarım metreye kadar ölçüm aralıkları sunabilmektedir. Şekil 1 tipik bir LVDT’nin bileşenlerini göstermektedir.
Transformatörün iç yapısı, birincil etrafında simetrik olarak aralıklı, aynı şekilde sarılmış bir çift ikincil sargı arasında ortalanmış bir birincil sargıdan oluşur. Bobinler, termal olarak stabil cam takviyeli polimerden tek parça içi boş bir form üzerine sarılır, neme karşı kapsüllenir, yüksek geçirgenliğe sahip manyetik bir kalkanla sarılır ve ardından silindirik paslanmaz çelik bir muhafaza içine sabitlenir. Bu bobin tertibatı genellikle konum sensörünün sabit elemanıdır.
Bir LVDT’nin hareketli elemanı, manyetik olarak geçirgen malzemeden yapılmış ayrı bir boru şeklindeki düzenektir. Bu, bobinin içi boş deliği içinde eksenel olarak hareket etmekte serbest olan ve konumu ölçülen nesneye mekanik olarak bağlanan çekirdek olarak adlandırılır. Bu delik tipik olarak, çekirdek ile bobin arasında fiziksel temas olmaksızın çekirdek ve delik arasında önemli radyal boşluk sağlayacak kadar büyüktür. Çalışma sırasında, LVDT’nin birincil sargısına, birincil uyarma olarak bilinen uygun genlik ve frekanstaki alternatif akımla enerji verilir. LVDT’nin elektrik çıkış sinyali, LVDT bobini içindeki çekirdeğin eksenel konumuna göre değişen iki ikincil sargı arasındaki diferansiyel AC voltajıdır. Genellikle bu AC çıkış voltajı, uygun elektronik devre ile kullanımı daha uygun olan yüksek seviyeli DC voltajına veya akıma dönüştürülür.
Bir LVDT Nasıl Çalışır?
Şekil 2, LVDT’nin çekirdeği farklı eksenel konumlarda olduğunda neler olduğunu göstermektedir. LVDT’nin birincil sargısı P, sabit genlikli bir AC kaynağı tarafından enerjilendirilir. Bu şekilde geliştirilen manyetik akı, çekirdek tarafından bitişik ikincil sargılar olan S1 ve S2’ye bağlanır. Nüve S1 ve S2’nin ortasına yerleştirilirse, her bir sekondere eşit akı bağlanır, böylece sırasıyla S1 ve S2 sargılarında indüklenen E1 ve E2 gerilimleri eşit olur. Sıfır noktası olarak bilinen bu referans orta nüve konumunda, diferansiyel voltaj çıkışı, (E1 – E2), esasen sıfırdır. Şekil 2’de gösterildiği gibi, nüve S1’e S2’den daha yakın hareket ettirilirse, S1’e daha fazla ve S2’ye daha az akı bağlanır, bu nedenle indüklenen voltaj E1 artarken E2 azalır ve diferansiyel voltaj (E1 – E2) ile sonuçlanır. Tersine, nüve S2’ye yaklaştırılırsa, S2’ye daha fazla ve S1’e daha az akı bağlanır, bu nedenle E1 azalırken E2 artar ve diferansiyel voltaj (E2 – E1) ile sonuçlanır.
Şekil 3A, diferansiyel çıkış voltajı EOUT’un büyüklüğünün nüve konumuna göre nasıl değiştiğini göstermektedir. Çekirdeğin sıfırdan maksimum yer değiştirmesindeki EOUT değeri, birincil uyarma voltajının genliğine ve belirli LVDT’nin hassasiyet faktörüne bağlıdır, ancak tipik olarak birkaç volt RMS’dir. Bu AC çıkış voltajının faz açısı, EOUT, birincil uyarma voltajına referansla, nüvenin merkezi sıfır noktasını geçene kadar sabit kalır, burada faz açısı Şekil 3B’de grafik olarak gösterildiği gibi aniden 180 derece değişir. Bu 180 derecelik faz kayması, uygun devre aracılığıyla nüvenin boş noktadan yönünü belirlemek için kullanılabilir. Bu durum Şekil 3C’de gösterilmektedir; burada çıkış sinyalinin polaritesi çekirdeğin boş noktayla olan konumsal ilişkisini temsil etmektedir. Şekilde ayrıca bir LVDT’nin çıkışının belirtilen nüve hareketi aralığında çok doğrusal olduğu, ancak sensörün çıkış doğrusallığında bir miktar azalma ile daha geniş bir aralıkta kullanılabileceği gösterilmektedir.
LVDT ve RVDT’nin avantajları aşağıdaki gibidir:
– LVDT çok az sürtünme direnci (sadece hava direnci) ile kontaksız teknolojidir.
– Manyetik ve mekanik histerezis ihmal edilebilir.
– Çıkış direnci çok düşüktür.
– Gürültü ve parazitlere karşı duyarlı değildir
– Sonsuz çözünürlük mümkündür.
LVDT algılayıcısının kullanışlı uygulama yerlerinden birisi de aygıtların kalite kontrolü ve ölçekleme aygıtı (gauging) olarak kullanılmasıdır. Bu durumda LVDT nüvesine ölçme başlığının önceden ayarlanmış referans pozisyonuna gelebilmesi için bir yay monte edilmiştir.
RVDT nedir ?
LVDT ile aynı prensipte çalışır; tek farkı döner ferromanyetik nüve kullanılmasıdır. RVDT’nin öncelikli kullanılma yeri açısal yer değişiminin ölçümüdür. Ölçümün doğrusal aralığı % 1 civarında doğrusalsızlık hatası ile ±40° dir.
Lineer Değişken Diferansiyel (LVDT) ve Lineer Değişken Endüktif Transdüserler (LVIT) mutlak konum transdüserleri, mükemmel çözünürlük ve tekrarlanabilirlik ile doğru ölçümler yapar. Bu sensörler, son derece uzun çevrim ömrü ve neredeyse sonsuz çözünürlük için sürtünmesiz, temassız endüktif manyetik kaplin özelliğine sahiptir. En zorlu uygulama gereksinimleri için çeşitli hazır ve özel tasarım muhafaza seçenekleri mevcuttur.
