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行业新闻

现代LVDT在空中,地面和海洋的新应用

2018-07-10

自60多年前商业化推出以来,LVDT线性位置传感器已从最初用作实验室工具发展成为工业,军事,航空航天,海底,井下钻探,核能的关键和可靠线性位移测量的首选技术。电源和过程控制应用。

通过基于微控制器的电子设备和创新的建筑材料和技术,现代LVDT技术在价格,性能和耐用性方面与其他位移传感技术相比具有竞争力。

什么是LVDT?
线性可变差动变压器(LVDT)是一种机电传感器,它将物体的直线运动 - 机械耦合 - 转换成相应的电信号。LVDT线性位置传感器具有多种测量范围,可测量小至百万分之几英寸至±20英寸的运动。

在操作中,LVDT的内部结构包括以一对相同缠绕的次级绕组为中心的初级绕组,所述次级绕组围绕初级绕组对称地间隔开。线圈缠绕在一体式中空形式的热稳定玻璃增强聚合物上,封装在湿气中,包裹在高磁导率磁屏蔽中,然后固定在圆柱形不锈钢外壳中。该线圈组件通常是位置传感器的固定元件。它由AC信号驱动,称为初级激励,通常在0.4-5kHz之间。当磁芯移动时,次级线圈将通过磁感应拾取信号(图1)。LVDT的电输出信号是两个次级绕组之间的差分交流电压,它随着LVDT线圈内磁芯的轴向位置而变化。通常,该AC输出电压通过合适的电子电路转换为更方便使用的高电平DC电压或电流。


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图1.典型LVDT的组件

 

直到最近,使用LVDT线性位置传感器的总成本仍然禁止广泛的工业用途。具体地,正确操作LVDT所需的电子器件是复杂且昂贵的。高密度微电子技术现在可以将信号调理和处理功能集成到LVDT外壳中,而不需要外部盒子。可以校正由LVDT特性或环境引起的误差,使得单元比未校正的LVDT更精确。LVDT现在可以生成与基于计算机的系统和标准化总线直接兼容的数字输出。

新的建筑技术和材料还使LVDT能够在恶劣的环境中运行,包括极端高温和低温,辐射暴露以及海底或真空压力条件下的环境。如今,LVDT线性位置传感器可以在水下,地面甚至空中找到,为不同环境中的应用提供增量反馈。

适用于液压应用的正确行程
LVDT通过监控执行器和气缸的性能精度来提高液压应用中的位置反馈,从而提高运行效率。在大多数液压应用中,汽缸的作用是在越野车辆上移动某物,例如阀门,飞机尾舵或吊杆或铲子。在这些应用中,控制系统需要一个反馈装置,告诉它气缸或执行器移动了多远。例如,如果飞行员想要转动飞机,他会移动操纵杆。飞机的控制系统检测到他已移动操纵杆并向尾舵执行器发送信号以移动尾舵。如果系统无法知道执行器移动了多远,则飞机可能转得太多或不够。

另一个例子是机器人手臂拿起一块玻璃。如果控制系统不知道何时停止臂,则基于来自LVDT的位置反馈,液压缸可以将臂直接驱动通过玻璃板。

尽管线性位置传感器曾被认为对于液压应用而言太长,但是新的缠绕技术(例如计算机化的层缠绕)与其可测量的行程长度相比大大减小了线性位置传感器主体的长度。有利的行程长度比意味着传感器现在可以安装在气缸内部,而在过去传感器主体长度将太长。在LVDT无法安装在气缸内部的其他应用中,其长度减小使得传感器更容易安装在气缸侧面。许多这些气缸和执行器很小并且运动很短; 磁致伸缩传感器曾经是短行程执行器和长度<6英寸的圆柱体的首选解决方案,LVDT现在可以比磁致伸缩传感器短得多,

蒸汽控制阀的位置测量。由于其非凡的可靠性和承受高环境温度的能力,LVDT线性位置传感器被用于发电厂的修复,以更好地监控蒸汽控制阀的位置,从而提高效率并降低运营成本。

典型的两级蒸汽轮机具有调节阀,节流阀,拦截阀和再热截止阀。这些阀门中的每一个都有两个或三个LVDT,冗余地安装在阀门的外部,LVDT的连杆直接或间接连接到阀门的门上。

工厂操作员必须始终知道调速器和节流阀的位置以及再热停止和拦截阀的启动和关闭位置。通常,这些阀门完全打开或完全关闭,具体取决于涡轮机的启动/停止状态。作为调节阀,调节阀和节流阀可以打开25%或40%,具体取决于发电要求。

通常,工厂对阀门位置具有非常精确的控制方案,以提高运行效率并节省燃料。由于错误的阀门设置,工厂操作员操作不当和效率低下的成本可能高达每年数百万美元。

LVDT反馈被发送到涡轮机控制系统,以便它知道阀门打开或关闭的距离。LVDT非常精确,操作员可以依靠它们来确定15英寸行程阀是否真正关闭,在千分之一英寸范围内。LVDT与现代计算机化涡轮控制系统的结合使电力公司每年节省数百万美元。

石油开采。LVDT用于石油工业,用于井下钻探设备的位置反馈控制,例如测量钻孔内径的钻孔范围。LVDT用于钻孔切割器,以确保在切割时获得近乎完美的孔,这种质量称为钻孔椭圆度LVDT可在高达200°C的温度和高达20,000 psi的压力下提供切割钳的连续位置信息。

这些应用的LVDT是定制的,可承受高温和高压。在不导电的化学良性介质中,在高达400°F的连续温度下,单位的额定压力为20,000 psi。通过使用特殊的高熔点焊料等特殊结构材料实现高温额定值。

LVDT线圈组件和可分离芯可以承受极高的压力,因为线圈组件的机械结构被排气(压力平衡)到非导电介质的压力。线圈组件可以承受高压,高温,冲击和振动的组合。

由于其优异的性能和较低的拥有成本,LVDT用于深海石油钻井应用,其中浸没式LVDT的预计MTBF(平均故障间隔时间)超过100万小时。例如,在一个海上钻井应用中,基于LVDT的线性位置传感器连接到海上平台的管道和管道(包括生产立管,悬链线立管,钢筋束和平台支腿和支架),以监测结构运动当管道或管道发生应变时,LVDT会通过2线,环路供电的4-20mA I / O报告位置变化,从而可以采取措施来对抗运动。对于这些结构上的巨大载荷,测量的总运动通常<2 mm。

 

LVDT的不断扩展的实用性
在日常生活中,LVDT可以在ATM机中找到,确保正确分配金钱; 用于军用和商用飞机的飞行控制系统; 以及计量实验室; 钢,铝和造纸厂控制厚度; 工业生产线,以确保适当尺寸的产品; 卫星执行器镜头在外太空; 在油井节流阀的海底。自最早应用具有电输出的传感器以来的六十多年中,LVDT解决了无数的位置测量问题。在未来几年,它将解决更多。


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