线性位置传感器获得认可

今天的工业过程控制应用越来越多地使用自动化系统来优化操作，确保更安全，更高效的过程。这些自动化系统中使用的线性位置传感器提供对产品参数，控制状态和机器控制器输出的高精度反馈。

无论是作为独立组件还是作为控制或安全系统的一部分，线性位置传感器(也称为LVDT)都能够在各种操作和环境条件下提供从微英寸到几英尺的线性位移测量，具有高精度和可靠性。从本质上讲，LVDT线性位置传感器通过提供关于产品位置的反馈在机器控制中起着重要作用。在某种程度上，是LVDT线性位置传感器保证了机器的正常运行。

LVDT的力学

基本而言，LVDT线性位置传感器是一种将线性位置或运动转换为比例电输出的机电设备(见图1)。更具体地说，LVDT位置传感器产生的电输出信号与单独的可移动磁芯的位移成正比。通常，LVDT内的铁芯连接到需要位置反馈的设备上的移动元件上。

基本LVDT设计包括三个要素:

1. 一次绕组
2. 两个相同的次级绕组
3. 可移动的磁枢或“磁芯”。

初级绕组用交流电源励磁，产生磁场，当铁芯置于中心或“零”位置时，两个次级绕组的电压相等。次级线是串联对置的，因此它们的组合输出表示它们所指示的电压差，在这种情况下为零。当磁芯向左或向右移动时，感应电压的差异会产生与磁芯位移成线性比例的输出。它的相位从零点的一边到另一边变化180度。

在石油和天然气行业，紧凑型lvdt用于井下钻井设备的位置反馈控制，例如测量钻孔内径的井眼瞄准镜。该技术固有的传感器线圈组件和可分离磁芯可以承受极高的环境压力，因为线圈组件的机械配置对非导电介质的压力进行了排气(压力平衡)。由于传感器线圈组件可以承受高压、高温、冲击和振动，因此LVDT能够在空间有限且环境恶劣的井下钻井设备中进行测量。

在工作中，LVDT的初级绕组由适当幅度和频率的交流电激励，称为初级激励。LVDT线性位置传感器的电输出信号是两个次级绕组之间的交流差分电压，该差分电压随LVDT线圈内磁芯的轴向位置而变化。通常这种交流输出电压通过适当的电子电路转换为高电平直流电压或电流，以便于计算机或其他数字输出设备使用。

因为LVDT的铁芯和线圈结构之间通常没有接触，所以没有部件可以摩擦或磨损。这意味着LVDT线性位置传感器具有无限的机械寿命。这个因素在许多工业过程控制和工厂自动化系统中是非常理想的。

加强在过程控制中的应用

最近在建筑材料、制造技术和低成本微电子技术方面的创新使LVDT线性位置传感器发生了革命性的变化，成为一种更可靠、更具成本效益的过程控制应用技术。在过去，正确操作LVDT线性位置传感器所需的电子设备既复杂又昂贵，限制了它们在位移测量过程控制应用中的广泛应用。

现代ASIC和微处理器赋予LVDT技术更复杂的处理功能，并在传感器外壳内实现信号调理，因此LVDT产生的数字输出直接与基于计算机的系统和标准化数字总线兼容。因此，今天的线性位置传感器可以在更广泛的质量控制，检测设备和工业计量应用中提供更准确和精确的尺寸测量，包括在线零件检测，伺服环定位系统和制造过程控制。

对于传感器必须在极端环境中工作的应用，与电容式、磁致伸缩和其他高频技术不同，传感元件可以与电子电路隔离。交流操作的lvdt通过长达31米(100英尺)的长电缆连接，可以与远程定位的电子设备一起工作，为传感器供电，并放大和解调其输出。然后，输出显示在合适的读出器上和/或输入到基于计算机的数据采集系统中，用于统计过程控制。这种将数据传输到远程计算机的能力使得线性位置传感器在质量保证方案中很受欢迎。

更小的直径，新的材料

虽然线性位置传感器一度被认为对于空间有限的应用太长，但新的绕线技术和基于计算机的绕线机允许在保持或增加行程长度的同时减小线性位置传感器体。随着行程长度比的提高(现在高达80%)，LVDT线性位置传感器成为机床定位、液压缸定位和阀门位置传感的可行位置测量设备。

更小的非接触式线性位置传感器还具有轻质低质量核心，非常适合具有高动态响应要求的过程控制应用(见图2)，例如塑料注塑机，自动检测设备以及需要位移反馈以确保机器正常运行的不同机器人应用。

lvdt还可以在各种机械和电气设计中进行配置，以满足各种过程控制应用的测量和环境要求。新型耐腐蚀/高温材料，如蒙奈尔或因康奈尔，使LVDT线性位置传感器能够在更恶劣的环境中工作，包括极端高温和低温、辐射暴露或真空压力条件。对于传感器必须承受暴露于易燃或腐蚀性蒸汽和液体，或在加压流体中工作的应用，其外壳和线圈组件可以使用各种焊接工艺进行密封。

例如，在发电应用中(见图3)，针对高温和轻度抗辐射设计的线性位置传感器可以在电厂中发挥作用，为核蒸汽和燃气轮机控制阀的位置提供反馈，从而提高电厂效率，降低运行成本。

在典型的电厂中，蒸汽轮机包含许多控制阀——再热停止阀、截流阀、调速器阀和节流阀。通常，工厂对阀门位置有非常精确的控制方案，以提高运行效率和节省燃料。在电力或蒸汽工厂的恶劣环境中，线性位置传感器可以确定阀门是否完全打开或关闭，误差在千分之一英寸以内，并向远程电子设备提供输出，如果某些设备工作不正常，操作员可以监控这些电子设备。lvdt与现代计算机涡轮控制系统的结合每年为电力公司节省数百万美元。

作为过程控制系统的一部分，传感器在燃气轮机的预测性维护中也发挥着重要作用，用于监测壳体膨胀和轴承振动。当安装在涡轮壳体上时，密封的LVDT位置传感器测量壳体膨胀，提供线性输出，操作人员可以利用该线性输出来确定涡轮壳体在启动、运行和关闭期间的适当热增长。

设计用于承受冲击和重冲击的lvdt用于印刷机和染料工业中机器操作的机械控制，因为操作不当可能导致染料破碎，导致机器倒塌，而印刷机的模糊力可能导致畸形和不合规格的零件。弹簧加载的LVDT位置传感器安装在压力机上，这样当冲床与成形的金属接触时，传感器的柱塞就会被压缩。LVDT的输出被反馈到机器的控制系统中，提供关于压机移动了多远以及何时停止的反馈。

六十多年来，LVDT线性位置传感器一直作为测量和控制系统的一部分，提供了许多过程控制系统无法运行的基本信息。从三十多年前作为实验室工具的有限使用，LVDT线性位置传感器已经发展成为一种高度可靠和具有成本效益的线性反馈设备，使其成为一系列工业过程控制应用中关键和可靠的线性位移测量的首选技术。

可以联系到宏观传感器公司的艾琳·奥托eileeno@macrosensors.com．

本文出现在《应用自动化》的增刊中控制工程和设备工程．

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