Индуктивные датчики перемещения (LVDT): принцип работы, типы, применение — Производство и поставка электростанций, Бензиновые и дизельные генераторы от 1 до 100 кВт. Мини ТЭЦ на базе двигателя Стирлинга.

Как работают индуктивные датчики перемещения LVDT. Какие бывают типы индуктивных датчиков. Где применяются датчики LVDT. Каковы преимущества использования индуктивных датчиков перемещения.

Содержание

Принцип работы индуктивных датчиков перемещения LVDT

Индуктивные датчики перемещения типа LVDT (Linear Variable Differential Transformer) работают на принципе электромагнитной индукции. Основными элементами такого датчика являются:

Первичная обмотка
Две вторичные обмотки
Подвижный ферромагнитный сердечник

Принцип действия LVDT датчика заключается в следующем:

На первичную обмотку подается переменное напряжение фиксированной частоты (обычно 1-10 кГц).
Это создает переменное магнитное поле вокруг обмоток.
При перемещении сердечника изменяется индуктивная связь между первичной и вторичными обмотками.
Разность напряжений на вторичных обмотках пропорциональна смещению сердечника.

Таким образом, выходной сигнал датчика линейно зависит от положения сердечника, что позволяет точно измерять линейные перемещения.

Основные типы индуктивных датчиков перемещения

Существует несколько основных типов индуктивных датчиков перемещения:

1. LVDT датчики со свободным перемещением сердечника

Это классический тип LVDT датчика, где ферромагнитный сердечник свободно перемещается внутри катушек. Подходит для измерения относительно больших перемещений (до нескольких сотен мм).

2. LVDT датчики с пружинным возвратом

В этом типе сердечник прижимается пружиной к измеряемому объекту. Используются для меньших диапазонов измерения, обеспечивают постоянный контакт с объектом.

3. Индуктивные датчики с плоской катушкой

Имеют плоскую конструкцию катушек, что позволяет сделать датчик очень компактным. Подходят для ограниченных пространств.

4. Дифференциальные индуктивные датчики

Содержат две пары катушек, что позволяет измерять как линейные, так и угловые перемещения с высокой точностью.

Ключевые области применения LVDT датчиков

Индуктивные датчики перемещения LVDT широко используются в различных отраслях промышленности и науки:

Машиностроение и станкостроение

Контроль положения режущего инструмента
Измерение биений и вибраций вращающихся деталей
Позиционирование в системах ЧПУ

Авиационная и космическая промышленность

Системы управления положением закрылков и рулей
Контроль деформаций элементов конструкции
Системы автопилота

Автомобильная промышленность

Системы активной подвески
Контроль положения педалей и рулевого управления
Измерение хода поршней в двигателях

Гидравлические и пневматические системы

Измерение положения штоков цилиндров
Контроль перемещения клапанов и золотников
Системы позиционирования в гидроприводах

Преимущества использования индуктивных датчиков LVDT

Индуктивные датчики перемещения LVDT обладают рядом важных преимуществ:

Высокая точность и линейность измерений

Бесконтактный принцип работы, отсутствие износа
Высокая надежность и длительный срок службы
Устойчивость к вибрациям и ударным нагрузкам
Возможность работы в агрессивных средах
Широкий диапазон рабочих температур
Высокое быстродействие

Благодаря этим качествам LVDT датчики незаменимы во многих ответственных применениях, где требуется высокая точность и надежность измерений линейных перемещений.

Выбор индуктивного датчика перемещения

При выборе LVDT датчика для конкретного применения следует учитывать следующие ключевые параметры:

Диапазон измерения
Требуемая точность и линейность
Рабочая частота
Выходной сигнал (аналоговый/цифровой)
Условия эксплуатации (температура, вибрации и т.д.)
Габаритные размеры
Тип крепления

Правильный выбор датчика позволит обеспечить оптимальное соотношение цены и качества измерений для решения конкретной задачи.

Современные тенденции в разработке LVDT датчиков

В настоящее время развитие индуктивных датчиков перемещения идет по следующим основным направлениям:

Миниатюризация конструкции
Повышение точности и линейности
Расширение диапазона рабочих температур
Интеграция цифровых интерфейсов
Разработка беспроводных LVDT датчиков
Применение новых материалов сердечников

Эти инновации позволяют расширить область применения LVDT датчиков и повысить эффективность их использования в современных измерительных системах.

Заключение

Индуктивные датчики перемещения LVDT являются надежным и точным инструментом для измерения линейных перемещений в широком спектре промышленных и научных применений. Их бесконтактный принцип работы, высокая точность и надежность делают их незаменимыми во многих ответственных системах измерения и управления.

Постоянное совершенствование технологии LVDT датчиков открывает новые возможности их применения в современной технике и промышленности. При правильном выборе и использовании эти датчики способны обеспечить высокое качество измерений в самых сложных условиях эксплуатации.

21125-13: WA Датчики перемещения индуктивные

Назначение

Датчики перемещений индуктивные WA (далее — датчики) предназначены для измерений перемещений механизмов, узлов и деталей в испытательном и обрабатывающем оборудовании.

Описание

Датчик состоит из корпуса, внутри которого расположены измерительные обмотки, сердечник и измерительный щуп, выступающий наружу. В соответствующем исполнении вместо щупа применен плунжер, который служит для соединения с перемещающимся объектом. Электрическое подключение датчика производится через электронный блок WA-Electronic, входящий в комплект поставки.

Датчики выпускаются в двух модификациях: WAх/L (со свободно перемещающимся плунжером) и WAх/T (с подпружиненным щупом), где х — обозначает диапазон измерения.

В зависимости от диапазонов измерений применяется следующее обозначение: датчики с плунжером — WA2/L, WA10/L, WA20/L, WA50/L, WA100/L, WA200/L, WA300/L, WA500/L; датчики с подпружиненным щупом — WA2/T, WA10/T, WA20/T, WA50/T, WA100/T.

Принцип действия всех датчиков одинаковый и основан на изменении индуктивности датчика при перемещении сердечника относительно неподвижных измерительных обмоток и последующем преобразовании линейных перемещений в пропорциональный электрический сигнал.

Показание датчика считывается вольтметром. Питание датчика осуществляется от источника питания, подключенного по мостовой схеме. Входное сопротивление датчика 350±35 Ом, выходное сопротивление 680±68 Ом.

В датчиках с подпружиненным щупом WA2/T, WA10/T, WA20/T и WA50/T измерительное усилие в начальном положении составляет приблизительно 2,4Н при постоянной пружины 0,116 Н/мм, а в датчике WA100/T — приблизительно 2 Н при постоянной пружины 0,063 Н/мм.

На рисунке 1 показан внешний вид датчика перемещений индуктивного WAх/L с плунжером, а на рисунке 2 — внешний вид датчика перемещений индуктивного WA с измерительным щупом

Технические характеристики

Название характеристики	Датчики WAx/L с плунжером	Датчики WAx/T со щупом
Диапазоны измерений перемещений, мм	0-2; 0-10; 0-20; 0-50; 0-100; 0-200; 0-300; 0-500	0-2; 0-10; 0-20; 0-50; 0-100
Пределы допускаемой основной приведенной к верхнему пределу измерений погрешности, %	± 0,1
Пределы допускаемой дополнительной погрешности измерений перемещений, вызванной изменением температуры окружающего воздуха на 10 °С в диапазоне рабочих температур, % от текущего значения	± 0,1
Номинальное напряжение питания, В	2,5
Несущая частота тока питания, кГц	4,8
Габаритные размеры не более (диаметр х длина*), мм
— корпус датчика	12 х (69 — 581,8)	12 х(130 -372,6)
— плунжер (щуп)	(1,2 — 3,7) х (40 -534)	5,5 х (14 — 104)
Масса не более, г
— корпус датчика**	55 — 276	55 — 104
— плунжер**	4 — 42	—
Диапазон рабочих температур, °С	от минус 20 до 80

х — обозначение диапазона измерения * в нулевом положении в зависимости от исполнения ** в зависимости от исполнения

Знак утверждения типа

Знак утверждения типа наносится на корпус датчика методом наклейки и на титульный лист руководства по эксплуатации типографским способом.

Комплектность

Наименование	Количество
Датчик*	1 *
Электронный блок WA-Electronic	1
ЗИП	1 комплект

Наименование	Количество
Эксплуатационная документация	1 экз.
Методика поверки	1 экз.

* типы датчиков и количество определяются при заказе потребителем.

Поверка

осуществляется по документу МП 21125-13 «Датчики перемещений индуктивные WA. Методика поверки», утвержденному ГЦИ СИ ФГУП «ВНИИМС» в феврале 2013 г.

Основные средства поверки: прибор универсальный для измерений длины DMS 1000: д. и. от 0 до 100 мм, ПГ ± (0,2+L/1000) мкм, меры длины концевые плоскопараллельные, набор № 1, ГОСТ 9038-73, размеры (1,0^100) мм, 2-ой класс точности, меры длины концевые плоскопараллельные, набор № 8, ГОСТ 9038-73, размеры (125^500) мм, 2-ой класс точности, измерительный усилитель MVD2555, класс точности

0,1, д. и. при UB=2,5 В: от 0,2 до 400 мВ/В.

Сведения о методах измерений

Методы измерений изложены в технической документации изготовителя.

Нормативные и технические документы, устанавливающие требования к датчикам перемещений индуктивным WA

ГОСТ Р 8.763-2011 «ГСИ. Государственная поверочная схема для средств измерений длины в диапазоне 1х10-9 .50 м и длин волн в диапазоне 0,2 … 50 мкм», техническая документация изготовителя.

Решения с применением индуктивных датчиков LVDT

Гидравлические цилиндры позиционирования кабины авиасимулятора требуют быстрого и надежного измерения текущего положения штока для динамического управления. В комбинации с соответствующим клапаном, гидравлический цилиндр может быть преобразован в привод позиционирования, способный создавать высокие ускорения кабины авиасимулятора.

Пропорциональные клапаны управляют потоком гидравлической жидкости. Индуктивные датчики в герметичном устойчивом к давлению корпусе до 400 бар используются для контроля положения цилиндров. Индуктивные датчики линейных перемещений (LVDT линейный переменный дифферениальный трансформатор), дают данные об абсолютном положении цилиндра и положении всей кабины авиасимулятора по соответствующей оси с высочайшей точностью и динамикой.

Авиасимулятор с гидравлическими приводами и контролем положения

Используются датчики гидравлической — HYD серии.

Технология индуктивных датчиков основывается на линейном переменном дифференциальном трансформаторе (LVDT) и предназначена для использования в жестких промышленных условиях. Благодаря компактной конструкции, датчики HYD серий могут полностью встраиваться в цилиндр.

Разрез гидравлического цилиндра со встроенным индуктивным датчиком

Для этого корпус датчика привинчивается или зажимается в основании цилиндра. Поршень имеет отверстие для размещения корпуса датчика. Поршень соединяется со штоком датчика, перемещающимся внутри корпуса. По своей конструкции датчики LVDT являются одними из самых надежных и прочных датчиков. Бесконтактный принцип измерений обеспечивает отсутствие износа и гарантирует большой срок службы. Устройства могут выдерживать значительные удары и вибрации, которые могут присутствовать на динамических гидроцилиндрах, без повреждений. Только полностью залитая и инкапсулированная система катушек способна работать унутри корпуса под давлением. eddylab избегает чувствительных электронных компонентов в датчике и рекомендует их удаленную установку в шкафу автоматики или на кабеле.

Различные конструкции корпуса с резьбовым или фланцевым креплением, а также варианты с интегрированным кабелем или разъемом позволяют оптимально встроить датчик в цилиндр. Фланцевое крепление обеспечивает макисмальную простоту встраивания в головку цилиндра и монтажа. Кроме того, eddylab предлагает услуги по адаптации конструкции датчика в отношении диапазона, фланца, давления и других требований заказчика.

Непрерывные литые профили изготавливаются сталелитейной промышленностью при помощи охлаждаемых форм. В формы наливается жидкая сталь. Сама форма изготавливается из меди или графита и имеет охлаждение. Чтобы жидкая сталь не прилипала к форме, в качестве прослойки используется литейный порошок. Сама форма подвергается вертикальной виборации с частотой около 10 Гц с перемещением несколько миллиметров при помощи гидравлических цилиндров. Это позволяет стали перемещаться в продольном направлении, охлаждаться и затвердевать до получения отливки. Окончательный литой профиль получается дальнейшим охлаждением и прокаткой или протяжкой для придания формы.

Производство непрерывных стальных литых профилей

Чтобы придать машине весом 25 тонн колебательного движения, требуются значительные усилия, которые создаются мощными гидравлическими цилиндрами. Регулировка хода цилиндров необходима для контроля результирующего горизонтального перемещения отливок. Индуктивный датчик (LVDT), встроенный в гидравлический цилиндр, дает точные данные по перемещению и передает сигнал на контроллер машины для регулировки хода цилиндров.

Условия эксплуатации подразумевают очень высокую температуру, удары и вибрацию. Встроенная в датчик электроника не способна работать в таких условиях. Предлагаемое eddylab решение состоит в использовании внешней электроники IMCA, позволяющей применить кабель длиной более 100 м между датчиком и электроникой, так что электроника может быть установлена в аппаратном зале рядом с системой управления оборудованием.

Используется защищенный от давления и температуры индуктивный датчик линейных переммещений (LVDT полный мост) серии RM-HYD, встраиваемый в цилиндр.

Индуктивный датчик перемещений для встраивания в цилиндры

Гигиеническая чистота и стерильность играют значительную роль при производстве и расфасовке продуктов для безопасности продуктов. Молочные продукты, такие как йогурты, пудинги, кофейные молочные напитки, а также порошкообразные субстанции, такие как сухое молоко и мука, обычно расфасовываются по гигиеническим стандартам «предельной чистоты» и «асептически». Для достижения такой чистоты машины регулярно моются и чистятся горячим паром с частичным применением агрессивных химических средств. Эти меры предотвращают попадание бактерий и нежелательных пищевых остатков (взаимное загрязнение) в продукты. Все установленные на машине устройства также подвергаются чистке, чего требуют высокие стандарты чистоты продуктов.

Розлив йогурта перед запечатыванием стаканчиков

Как это работает:

Стаканчики для йогкрта автоматически устанавливаются в держательи перемещаются по машине конвейрной цепью. Стаканчик стерилизуется и заполняется продуктом. Затем стаканчик запечатывается путем наварки стерилизованной алюминиевой фольги в качестве крышки. Производитель машины должен гарантировать, что этот процесс выполняется с максимально возможным постоянством.
Надежность важна, чтобы количество дефектных продуктов на прилавках магазинов было минимальным во избежание потери доверия покупателей к продукту и бренду в целом. Поэтому в конце процесса упаковки выполняется проверка герметичности каждого запечатанного стаканчика в отдельности.
Алюминиевая крышка стаканчика нагревается пластиной, имеющей температуру 250°C. Пластина непосредственно соединена со штоком индуктивного датчика. Вследствие короткого нагрева воздуха, находящегося под крышкой он расширяется, а крышка выпучивается. Индуктивный датчик компании eddylab измеряет подъем нагревательной пластины непрерывно и с высокой точностью, надежно передавая сигнал в систему управления машиной. Если упаковка не герметична, нагретый воздух вытекает из-под крышки, крышка не выпучивается как надо, датчик показывает отсутствие расширения. В результате дефектный продукт отбраковывается.

Подъем нагревательной пластины в процессе проверки герметичности

Датчики:

Датчики серии SLX специально разработаны для применения в пищевой, медицинской и фармацевтической промышленностии имеют повышенную стойкость и надежность.

Корпус полностью из нержавеющей стали
Высокая степень защиты ( IP68/IP69K)
Специальный кабель и материал уплотнений

Заказные размеры датчика и различные конструктивные исполнения позволяют адаптировать датчики к условиям применения.

Индуктивный датчик с нагревательной пластиной для контроля герметичности

Преимущества:

Надежная работа даже при изменении формата (размеров стаканчика), более не требуется «переналадка» как в случае с концевыми выключателями.
Непрерывные измерения, не только конечное положение
Гарантия оптимального качества продукции
Повышение надежности процесса
Сокращение простоев
Простая установка датчика
Не требуется техническое обслуживание

LOCA (утечка охладителя) описавает аварию с утечкой охлаждающей жидкости в реакторе, причина которой может заключаться в нарушении трубопроводной системы. В худшем случае, можно предположить, что оба конца трубы отрезаны и утечка происходит через двойное сечение трубопровода. Соответственно рассичтывается аварийная охлаждающая система и размер резервной емкости реактора. Дублирующие системы должны быть доступны, поврежденные трубопроводы должны быть перекрыты аварийными клапанами за короткий промежуток времени. Причины аварии могут быть разными, например, землетрясение, крушение самолета или цунами.

Другое возможное явление — это гидроудар, который может произойти в горячих паропроводах при конденсации части насыщенного пара и накопления в трубе из-за недостаточного дренирования, так что неожиданно на определенных участках трубы все поперечное сечение оказывается заполнено водой. Водяной столб ускоряется давлением пара, и происходит удар, похожий на работу поршня цилиндра. Последующие изгибы трубопровода представляют препятствие водяному столбу и его массовой инерции. Давление в сети трубопроводов быстро возрастает и в несколько раз превышает максимальное давление пара и может исчерпать запас проектный прочности трубопровода, приводя к деформации или разрыву трубы.

Мониторинг трубопроводов электростанций

В обоих авариях, LOCA (утечка охладителя) и гидроудар, важно постоянно контролировать важные для безопасности станции элементы, такие как трубопроводы охлаждения и паропроводы перегретого пара, а также, если необходимо, немедленно их перекрывать при помощи аварийных клапанов. Функции берут на себя дублирующие системы. Эффективное предохранительное устройство состоит из установленных датчиков перемещений трубопроводов, построенных по принципу полного индуктивного моста (LVDT). Индуктивный датчик перемещений передает данные о положении трубопровода в виде сигнала на пульт управления. Кроме того, низкочастотные вибрации трубопроводов могут служить сигналом о возможной аварии. Положение трубопроводов в нескольких различных точках отображается на пульте управления станции. Если результат измерений выходит за предварительно заданные пороговые значения с учетом возможных расчетных перемещений и амплитуды вибраций, подается сигнал тревоги и выполняется установленная аварийная процедура.

Установка индуктивного датчика линейных перемещений для мониторинга паропроводов (измерение положения трубы)

Используются диапазоны измерений индуктивных датчиков линейных перемещений от 100 до 300 мм. Сами датчики должны выдерживать экстремальные условия эксплуатации без ущерба, например, максимальную температуру 180°C, паро-воздушную смесь 100% (относительная влажность) и конденсат 0,5 кг/м³ при температуре 125°C. Датчики eddylab, предназначенные для этой задачи, состоят из цилиндрического корпуса и подвижного штока. Корпус крепится к неподвижной конструкции при помощи струбцин, шток соединяется с трубопроводом. Если паропровод движется вместе со штоком относительно корпуса датчика, выходной сигнал изменяется. Результаты мониторинга в виде непрерывного сигнала положения передаются в систему управления станции.

Внутри датчик состоит из системы катушек (первичная и вторичная) в герметичном корпусе с кольцевыми уплотнениями Viton. Электроника IMCA питает первичную катушку LVDT сигналом на несущей частоте 3 кГц и анализирует дифференциальное напряжение на вторичной катушке по амплитуде и фазе. Преимуществом данной системы является возможность использования длинного кабеля между датчиком и электроникой, так что электроника может находиться в безопасном месте на удалении 100 м и более, в то время как датчик может подвергаться экстремальным условиям на месте установки без проблем.

Что такое индуктивный датчик перемещения? | Основы датчиков: вводное руководство по датчикам

В этом разделе подробно рассматриваются индуктивные датчики перемещения.

«Индуктивные датчики перемещения» не только определяют наличие цели, но и измеряют расстояние до цели.

EX-V и серия AS

По мере приближения цели к головке датчика потери на вихревые токи увеличиваются, а амплитуда колебаний соответственно уменьшается. Эта амплитуда колебаний выпрямляется для получения изменений напряжения постоянного тока.

Выпрямленный сигнал и расстояние имеют приблизительно пропорциональную зависимость. Схема линеаризации корректирует линейность для получения линейного выходного сигнала, пропорционального расстоянию.

Скачать

Высокоточное и стабильное обнаружение даже в суровых условиях, подверженных воздействию масла и пыли. Нажмите здесь, чтобы загрузить PDF

Каталог продукции KEYENCE:

Варианты индуктивного датчика приближения

:

Высокоскоростные, высокоточные цифровые индуктивные датчики перемещения Серия EX-V
Скачать каталог
Двухпроводные автономные датчики приближения с усилителем Серия электромобилей
Скачать каталог
Датчики приближения с трехпроводным автономным усилителем Серия EZ
Скачать каталог

Прочие сопутствующие товары

Автономный лазерный датчик CMOS Серия ЛР-Z
Загрузка каталога
Цифровой оптоволоконный датчик Серия FS-N40
Скачать каталог
Датчик зрения со встроенным ИИ Серия IV2
Скачать каталог

Решаем проблему с датчиком!

Высокоскоростные, высокоточные цифровые индуктивные датчики перемещения
Серия EX-V
Двухпроводные датчики приближения с автономным усилителем
Серия EV
Трехпроводные датчики приближения с автономным усилителем
Серия EZ
Автономный лазерный датчик CMOS
Серия LR-Z
Цифровой оптоволоконный датчик
Серия FS-N40
Датчик технического зрения со встроенным ИИ
Серия IV2

Индуктивные датчики (LVDT) и датчики

Micro-Epsilon предлагает широкий ассортимент индуктивных датчиков для измерения смещения и положения, от обычных датчиков LVDT и индуктивных датчиков со встроенным контроллером до серийных версий, изготовленных по индивидуальному заказу. Датчики смещения induSENSOR от Micro-Epsilon используются в автоматизированных процессах, обеспечении качества, испытательных стендах, гидравлике, пневматических цилиндрах и автомобилестроении.

Характеристики

Неизнашиваемые и не требующие технического обслуживания измерения перемещения и положения
Компактная конструкция, идеальная для интеграции в оборудование
Надежные датчики промышленного класса

Отличное соотношение цены и качества
Идеально подходит для приложений с большими объемами

Показать обзор модели Скрыть обзор модели

Идеально подходит для последовательного применения во многих отраслях промышленности.

В течение десятилетий компания Micro-Epsilon славилась своими индуктивными датчиками перемещения и измерителями и расширила диапазон классических методов измерения, таких как LVDT, за счет дальнейших инновационных разработок. Модели с плунжером, измерительным кольцом, измерительной трубкой, манометром или внешним контроллером открывают возможности применения в различных отраслях промышленности.

Модификации датчика

Micro-Epsilon также разрабатывает датчики для специальных требований, которым не удовлетворяют стандартные модели. Индуктивные датчики из стандартной линейки могут быть соответствующим образом модифицированы. Коммерческая реализация уже может быть достигнута при средних количествах. Стандартные модели induSENSOR составляют основу этих модификаций.

Разработка датчика по индивидуальному заказу

Для специальных применений, где требуется большое количество деталей, Micro-Epsilon разрабатывает датчики, которые точно соответствуют требованиям заказчика. Геометрия, электроника и корпус разрабатываются по индивидуальному заказу в соответствии с конкретными требованиями. Благодаря большому производственному диапазону Micro-Epsilon большие объемы датчиков могут производиться по низкой цене.

Прочная конструкция датчика для промышленного применения

Индуктивные датчики перемещения отличаются своей прочностью и надежностью в суровых условиях. Поскольку они обеспечивают высокое качество сигнала, температурную стабильность, устойчивость к ударам и вибрациям, а также невосприимчивость к грязи и влажности, эти датчики часто используются в задачах промышленных измерений.

НОВИНКА: миниатюрный контроллер датчика

Новый контроллер MSC7401 предназначен для работы с измерительными манометрами LVDT и LDR и датчиками перемещения. Благодаря прочному алюминиевому корпусу со степенью защиты IP67 этот одноканальный контроллер идеально подходит для задач промышленных измерений. Большое разнообразие совместимых индуктивных датчиков перемещения и манометров от Micro-Epsilon в сочетании с оптимизированным соотношением цена/качество открывают многочисленные области применения в технологиях автоматизации и машиностроении.