ترانسفورماتور دیفرانسیلی متغیر خطی ( Linear and Rotary Variable Differential Transformers ( وسیله الکترومکانیکی است که خروجی الکتریکی متناسب با جابجائی یک هسته مجزای متحرک بدست می‌دهد. این وسیله شامل یک سیم پیچ اولیه و دو سیم پیچ ثانویه است که بصورت متقارنی به فرم استوانه قرار گرفته‌اند. یک هسته متحرک مغناطیسی میله مانند در داخل این هسته تولید مسیری برای لینک شدن شار مغناطیسی به سیم‌پیچ‌ها می شود. سطح مقطع یک LVDT و ترسیمی از مشخصه خروجی آن در شکلهای 7 و 8 نشان داده شده‌اند.
چنانچه سیم‌پیچ اولیه بوسیله یک منبع ac خارجی تحریک شود، ولتاژی در دو سیم پیچ ثانویه القاء خواهد شد. به طرحواره شکل 9 توجه کنید. این دو با پلاریته مخالف بهم متصل شده‌اند. بنابراین ولتاژ خالص خروجی ترانسد‌یوسر تفاضل این دو ولتاژ می‌باشد که وقتی هسته در مرکز یا موقعیت صفر قرار گرفته باشد صفر است. وقتی هسته از حالت صفر جابجا شود ولتاژ القاء شده در سیم پیچ که هسته بطرف آن حرکت می‌کند، افزایش می‌یابد، در صورتیکه ولتاژ القاء شده در کویل دیگر کاهش می‌یابد.
این عمل باعث تولید ولتاژ خروجی تفاضلی می‌شود که بصورت خطی با موقعیت هسته تغییر می‌کند. فاز این ولتاژ خروجی وقتی هسته از یک طرف ناحیه صفر به طرف دیگر حرکت کند، ناگهان باندازه o180 تغییر می‌یابد.
مشخصات معمولی یک ترانسد‌یوسر LVDT معمولی در شکل 10 داده شده است. توجه کنید که محدوده کامل جابجائی از 0.050 تا 10.00اینچ می‌باشد. قابلیت خطی بودن رنج کامل 0.25% به آن امکان می دهد تا مقادیری تا حدود 0.000125 اینچ را اندازه‌گیری نماید. هر چند، پاسخ دینامیکی (که به دقت مشخص نشده) بایست بسیار آهسته‌تر از 2.5 kHz سیگنال تحریک باشد.
LVDT دارای مزایای فراوانی است که آنرا برای کار‌بردهای وسیعی قابل استفاده می‌سازد. بعضی از این مزایا فقط اختصاص به LVDT داشته و در ترانسدیوسرهای دیگر وجود ندارد . این مزایا با این دلیل است که LVDT یک ترانسفورماتور الکتریکی با یک هسته مجزا و بدون اتصال است. در حالت عادی، هیچ اتصال فیزیکی مابین هسته متحرک و ساختمان کویلها وجود ندارد. بنابراین LVDT یک وسیله بدون اصطکاک است. این امر، اجازه می‌دهد تا LVDT برای مصارفی که در آن می توان یک هسته سبک را اضافه نمود ولی نباید اصطکاکی در کار باشد، مورد استفاده قرار گیرد. دو مثال از یک چنین کاربردهائی عبارتند از آزمایش انحراف دینامیکی و لرزش مواد ارزشمند و آزمایش کشش مواد خیلی انعطاف پذیر.
عدم اصطکاک و اتصال بین سیم پیچ و هسته در LVDT بدین معنی است که چیزی که خورده وخراب شود وجود ندارد. بنابراین LVDT اصولاً یک وسیله با عمر مکانیکی بی‌نهایت است. این امر در کاربردهائی که آزمایش عمر یا پیری قطعات یا سازه‌ها را انجام می‌دهند، یک احتیاج است. عمر بی‌نهایت مکانیکی همچنین برای مکانیزم‌های مطمئن و سیستم‌های مورد استفاده در هواپیما، موشک‌ها، فضا‌پیما‌ها و تجهیزات صنعتی مهم کاربرد دارد. خاصیت کار بدون اصطکاک LVDT و ترکیب آن با اصول القاء است که قابلیت تفکیک پذیری LVDT را حقیقتا بی‌نهایت می سازد. این بدین معنی است که LVDT می‌تواند به هر حرکت ناچیز هسته نیز عکس‌‌العمل نشان داده و تولید خروجی نماید. این قابلیت نمایش وسایل الکترونیکی خارجی است که بر قدرت تشخیص و تفکیک پذیری محدودیت می‌گذارد.
مجزا بودن هسته LVDT از سیم‌پیچ‌های آن این امکان را فراهم می آورد تا ایزولاسیون بوسیله مواد عایق غیر مغناطیسی که سیم‌پیچ‌ها را عایق می‌کنند، برای محیط‌های تحت فشار، با مواد خورنده یا مایعات اسیدی بوجود بیاید. این موضوع همچنین باعث می‌شود که دیگر نیازی به شیلد کردن قسمت متحرک نبوده باشد. و فقط یک لایه محافظ استاتیکی برای مجزا کردن تجهیزات در سیستم‌های تحت فشار لازم باشد. این حقیقت که LVDT یک ترانسفورماتور است بدین معنی است که ایزولاسیون کاملی بین ورودی تحریک سیم‌پیچ اولیه و خروجی سیم‌پیچ‌های ثانویه نیز موجود است. این موضوع باعث عدم نیاز به تقویت کنندهای ایزوله کننده می باشد و نتیجتاً ایزولاسیون زمین سیگنال از زمین تحریک را در وسایل اندازه‌گیری با بازدهی بالا و حلقه‌های کنترلی، میسر می سازد.
وسایل الکترونیکی مورد استفاده با ترانسدیوسرهای از نوع LVDT بایست دارای چندین قابلیت همزمان باشند تا ترانسد‌یوسر بدرستی کار کند. بلوک دیاگرام شکل 11 این قابلیت‌ها را که برای اندازه‌گیری با استفاده از انواع LVDT مورد نیاز است، نشان می‌دهد. LVDT نیاز به یک تقویت کننده ولتاژ ac ثابت در فرکانسی دارد که به سادگی در دسترس نیست. این بدین معنی است که یک اسیلاتور با فرکانس مناسب باید به تقویت کنندهای متصل شود که دارای تنظیم دامنه خروجی باشد.
خروجی یک LVDT معمولاً دارای دامنه خیلی کم است و مستقیماً قابل بکار اندازی برای کارهای معمولی نیست. از این رو لازمست که خروجی LVDT را تقویت کنیم. بعضی اوقات این عمل در دو طبقه انجام می‌شود، یک تقویت کننده ac قبل از دمدوله کننده و یک تقویت کنندهdc پس از آن. بیشتر نمایش دهنده‌ها، با ولتاژ dc کار می‌کنند. بنابراین خروجی ac تقویت شده، باید به یک dc فیلتر شده تبدیل شود و سپس می‌توان از آن در نمایش‌گرهای معمولی dcاستفاده کرد. علاوه بر این برای استفاده از پلارتیه فازی یک LVDT احتیاج به استفاده از یک دمدولاتور سنکرون می باشد. بعد از بیشتر دمد‌ولاتور‌ها یک یا چند طبقه فیلتر پائین گذر وجود دارد. تمام مدار‌های الکترونیکی احتیاج به یک منبع تغذیه dc پایدار برای کار صحیح دارند.
خوشبختانه شما نیاز به ساختن این چنین وسیله‌ای ندارد. چند نوع وسیله جانببی مربوط به LVDT موجودند. شکل 12 مثالی از این انواع است. اگر ترجیح می‌دهید که خودتان سیستم خود را بسازید، شرکت سیگنتیکس Signetics آی‌سی NE/SE5520 تولید کرده که یک مدار مجتمع می‌باشد که دارای یک ژنراتور سینوسی فرکانس متغیر ، تقویت کننده اولیه، تقویت کننده سیگنال ثانویه، دمولاتور سنکرون و تقویت کننده موج dc دمدوله شده است. اصول کار در شکل 13 و کاربرد آن نیز در شکل 14 نشان داده شده است.
شامل 9 صفحه فایل word قابل ویرایش
دانلود مقاله ترانسفورماتور دیفرانسیلی متغیر خطی و دورانی LVDT
نویسند‌گان: حسین صحراییان جهرمی ، سیدناصر علوی نائینی ، محمد شاکر ، حسن طلعتی