Τι είναι ένας γραμμικός διαφορικός μετασχηματιστής

Ένα εναλλασσόμενο ρεύμα που ρέει σε ένα πρωτεύον πηνίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για να προκαλέσει μια εναλλασσόμενη τάση σε δύο δευτερεύοντα πηνία. Εάν οι δύο δευτερεύουσες περιελίξεις είναι πανομοιότυπες ως προς τα χαρακτηριστικά τους και οι δύο διαδρομές των γραμμών μαγνητικού πεδίου που διέρχονται από αυτά τα πηνία είναι επίσης ίδιες, τότε οι δύο δευτερεύουσες τάσεις που παράγονται θα είναι ίσες. Μια συσκευή με αυτή τη δομή ονομάζεται διαφορικός μετασχηματιστής.

Ένας διαφορικός μετασχηματιστής μπορεί να έχει έναν πυρήνα αέρα ή έναν μαγνητικό πυρήνα.

Δύο δευτερεύουσες περιελίξεις μπορούν να συνδεθούν είτε σε φάση είτε σε αντιφασικό, στην πρώτη περίπτωση οι τάσεις τους προστίθενται μεταξύ τους και στη δεύτερη περίπτωση αφαιρείται η μία από την άλλη.

Ένα πρωτεύον τύλιγμα χρησιμοποιείται για την κίνηση δύο συμμετρικών δευτερευόντων περιελίξεων, το τελευταίο από τα οποία μπορεί να συνδεθεί έτσι ώστε οι δευτερεύουσες τάσεις να προστίθενται ή να αφαιρούνται η μία από την άλλη.

Εάν δύο πηνία συνδέονται σύμφωνα με ένα σχέδιο αφαίρεσης, τότε στις ίδιες τιμές των τάσεων τους, η συνολική δευτερεύουσα τάση θα είναι μηδέν.Εάν τα χαρακτηριστικά του μαγνητικού κυκλώματος ενός από αυτά τα πηνία τροποποιηθούν σκόπιμα σε σύγκριση με τα χαρακτηριστικά του μαγνητικού κυκλώματος του άλλου πηνίου, τότε οι δύο δευτερεύουσες τάσεις θα διαφέρουν και η διαφορά τους δεν θα είναι μηδενική.

Υπό αυτές τις συνθήκες, η φάση της συνολικής δευτερεύουσας τάσης δείχνει ποια διαδρομή των γραμμών μαγνητικού πεδίου έχει τη μεγαλύτερη αντίσταση, ενώ το πλάτος αυτής της τάσης αντανακλά την τιμή της διαφοράς απροθυμίας.

Εάν η ίδια ενέργεια χρησιμοποιείται για την αύξηση της μαγνητικής αντίστασης μιας διαδρομής και για τη μείωση της μαγνητικής αντίστασης της άλλης διαδρομής, τότε η τάση εξόδου που αντανακλά αυτήν την ενέργεια φτάνει στη μέγιστη τιμή της και η συνάρτηση μεταφοράς θα έχει τη μεγαλύτερη δυνατή γραμμικότητα.

Δεδομένου ότι δεν υπάρχουν δύο δευτερεύουσες περιελίξεις και δύο διαδρομές γραμμών μαγνητικού πεδίου που δεν μπορούν να γίνουν ακριβώς το ίδιο, ένας διαφορικός μετασχηματιστής έχει πάντα μια καθορισμένη τάση εξόδου, ακόμη και με μηδενικό χρήσιμο σήμα στην είσοδο.

Επιπλέον, τα χαρακτηριστικά των μαγνητικών κυκλωμάτων είναι μη γραμμικά. Ως αποτέλεσμα αυτής της μη γραμμικότητας, εμφανίζονται ακόμη και αρμονικές συνιστώσες της θεμελιώδους συχνότητας της εφαρμοζόμενης κύριας τάσης διέγερσης, οι οποίες δεν μπορούν να αντισταθμιστούν πλήρως σε καμία διάταξη των δευτερευόντων περιελίξεων.

Η απροθυμία ενός σιδηρομαγνητικού κυκλώματος διακένου αέρα είναι συνάρτηση του πλάτους του διακένου με ισχυρή μη γραμμικότητα. Ως αποτέλεσμα, η επαγωγή ενός πηνίου που τυλίγεται γύρω από ένα τέτοιο κύκλωμα είναι επίσης μια μη γραμμική συνάρτηση του πλάτους του διακένου.

Ταυτόχρονα, εάν υπάρχουν δύο περισσότερο ή λιγότερο πανομοιότυπες διαδρομές των γραμμών του μαγνητικού πεδίου, η καθεμία με ένα διάκενο αέρα, και εάν το πλάτος του ενός διακένου αυξάνεται όσο μειώνεται το πλάτος του άλλου, τότε η διαφορά στη μαγνητική αντίσταση αυτών τα μονοπάτια μπορεί να ποικίλλουν αρκετά γραμμικά.

Οι βασικές αρχές του διαφορικού μετασχηματιστή ενσωματώνονται στην πράξη σε μια ποικιλία ειδικών σχεδιαστικών διαμορφώσεων για πολλούς διαφορετικούς σκοπούς.

Γραμμικός μεταβλητός διαφορικός μετασχηματιστής (LVDT) είναι ένας παθητικός μετατροπέας (αισθητήρας) που λειτουργεί με βάση την αρχή της αμοιβαίας επαγωγής και μπορεί να χρησιμοποιηθεί για τη μέτρηση μετατόπισης, καταπόνησης, πίεσης και βάρους.

Τις περισσότερες φορές, χρησιμοποιώντας το NS μπορούν να χρησιμοποιηθούν για τη μέτρηση της μετατόπισης στην περιοχή πολλών χιλιοστών έως εκατοστών, μετατρέποντας απευθείας το I'm displacement σε ηλεκτρικό σήμα.

Η αυτεπαγωγή του πηνίου κοντά ή μέσα στο οποίο βρίσκεται η σιδηρομαγνητική ράβδος είναι συνάρτηση της συντεταγμένης της θέσης αυτής της ράβδου σε σχέση με το πηνίο με ισχυρή μη γραμμικότητα.

Εάν μια τέτοια ράβδος είναι ένα σιδηρομαγνητικό κύκλωμα κάποιου διαφορικού μετασχηματιστή, τότε η δευτερεύουσα διαφορική τάση μπορεί να χρησιμεύσει ως δείκτης της μετατόπισης της ράβδου, ανάλογα αρκετά γραμμικά από αυτή τη μετατόπιση.

Το πρωτεύον τύλιγμα συνδέεται με μια πηγή AC. Οι δύο δευτερεύουσες περιελίξεις S1 και S2 έχουν ίσο αριθμό στροφών και είναι τοποθετημένες σε σειρά το ένα απέναντι από το άλλο.

Έτσι το EMF που προκαλείται σε αυτές τις περιελίξεις είναι 180° εκτός φάσης μεταξύ τους και έτσι το συνολικό αποτέλεσμα ακυρώνεται.

Η θέση του συμμετρικού σιδηρομαγνητικού πυρήνα που παρέχεται στο σχεδιασμό του διαφορικού μετασχηματιστή μπορεί να προσδιοριστεί από τη φάση και το πλάτος της δευτερεύουσας τάσης.

Η απόλυτη διαφορά μεταξύ των δύο δευτερευουσών τάσεων υποδεικνύει την απόλυτη τιμή της μετατόπισης της ράβδου σε σχέση με τη θέση κέντρου ή μηδέν και η φάση αυτής της διαφορετικής τάσης δείχνει την κατεύθυνση της μετατόπισης.

Η καμπύλη B / I ενός γραμμικού μεταβλητού διαφορικού μετασχηματιστή φαίνεται στο σχήμα.

Ένα παράδειγμα χρήσης ενός γραμμικού διαφορικού μετασχηματιστή για την παροχή ακριβούς ανατροφοδότησης θέσης για την παρακολούθηση και τον έλεγχο βαλβίδων σε χημικές μονάδες, μονάδες ηλεκτροπαραγωγής και γεωργικό εξοπλισμό:

Υποβρύχιοι αισθητήρες μετατόπισης LVDT D5W:

Αυτοί οι μορφοτροπείς έχουν σχεδιαστεί για να μετρούν τη μετατόπιση και τη θέση. Παρέχουν ακριβή μέτρηση της θέσης του οπλισμού (συρόμενο τμήμα) σε σχέση με το περίβλημα του αισθητήρα μετατόπισης.

Οι υποβρύχιοι μετατροπείς μετατόπισης έχουν σχεδιαστεί για να λαμβάνουν μετρήσεις ενώ είναι βυθισμένοι σε κατάλληλα υγρά. Τα μη μαγνητικά υγρά μπορούν να πλημμυρίσουν τον σωλήνα οπλισμού χωρίς να επηρεάσουν τη λειτουργία του μετατροπέα. Αυτοί οι μετατροπείς είναι διαθέσιμοι σε εκδόσεις μη ελεγχόμενης ή ελατηρίου επιστροφής.

Κατά την αυτοματοποίηση διαφόρων τεχνολογικών διαδικασιών, χρησιμοποιούνται συχνά διμερείς μετατροπείς με διαφορικό μετασχηματιστή με σιδηρομαγνητικό πυρήνα, ο οποίος εισάγεται στα άκρα του σε ίσες αποστάσεις στα δύο δευτερεύοντα πηνία.

Καθώς η ράβδος κινείται αξονικά, κινείται βαθύτερα σε ένα από αυτά τα πηνία και εκτείνεται από το άλλο.Η απόλυτη διαφορά μεταξύ των δύο δευτερευουσών τάσεων υποδεικνύει την απόλυτη τιμή της μετατόπισης της ράβδου σε σχέση με τη θέση κέντρου ή μηδέν και η φάση αυτής της διαφορετικής τάσης δείχνει την κατεύθυνση της μετατόπισης.

Περιστροφικός μετασχηματιστής διαφορικού AC:

Ένας περιστροφικός μεταβλητός διαφορικός μετασχηματιστής είναι ένας παθητικός μετασχηματιστής που βασίζεται στην αρχή της αμοιβαίας επαγωγής. Χρησιμοποιείται για τη μέτρηση της γωνιακής μετατόπισης.

Ο σχεδιασμός του είναι παρόμοιος με αυτόν ενός γραμμικού μεταβλητού διαφορικού μετασχηματιστή εκτός από την κατασκευή του πυρήνα.

Το πρωτεύον τύλιγμα συνδέεται με μια πηγή AC. Οι δύο δευτερεύουσες περιελίξεις S1 και S2 έχουν ίσο αριθμό στροφών και είναι τοποθετημένες σε σειρά το ένα απέναντι από το άλλο.

Πλεονεκτήματα του γραμμικού διαφορικού μετασχηματιστή:

• Δεν υπάρχει φυσική επαφή μεταξύ του πυρήνα και των πηνίων.

• Υψηλή αξιοπιστία;

• Γρήγορη απάντηση;

• Μεγάλη διάρκεια ζωής.

Είναι ο πιο ευρέως χρησιμοποιούμενος επαγωγικός αισθητήρας λόγω της υψηλής ακρίβειας του.