Mikä on lineaarinen differentiaalimuuntaja

Yhdessä ensiökäämässä kulkevaa vaihtovirtaa voidaan käyttää indusoimaan vaihtojännite kahteen toisiokäämiin. Jos kaksi toisiokäämiä ovat ominaisuuksiltaan identtisiä ja näiden käämien läpi kulkevien magneettikenttälinjojen kaksi polkua ovat myös identtisiä, syntyy kaksi toisiojännitettä. Tämän rakenteen omaavaa laitetta kutsutaan differentiaalimuuntajaksi.

Differentiaalimuuntajassa voi olla ilmaydin tai magneettisydän.

Kaksi toisiokäämiä voidaan kytkeä joko vaiheittain tai vastavaiheisesti, ensimmäisessä tapauksessa niiden jännitteet lasketaan yhteen ja toisessa vähennetään toinen toisesta.

Ensiökäämillä ohjataan kahta symmetristä toisiokäämiä, joista jälkimmäinen voidaan kytkeä siten, että toisiojännitteet lisäävät tai vähentävät toisiaan.

Jos kaksi kelaa on kytketty vähennyskaavion mukaisesti, niin niiden jännitteiden samoilla arvoilla kokonaistoisiojännite on nolla.Jos toisen kelan magneettipiirin ominaisuuksia muutetaan tarkoituksella verrattuna toisen kelan magneettipiirin ominaisuuksiin, niin kaksi toisiojännitettä eroavat toisistaan ​​eikä niiden ero ole nolla.

Näissä olosuhteissa kokonaistoisiojännitteen vaihe osoittaa, millä magneettikenttälinjojen polulla on suurin vastus, kun taas tämän jännitteen amplitudi heijastaa reluktanssieron arvoa.

Jos samalla toimenpiteellä lisätään yhden reitin magneettiresistanssia ja pienennetään toisen polun magneettiresistanssia, niin tätä toimintaa heijastava lähtöjännite saavuttaa maksimiarvon ja siirtofunktiolla on suurin mahdollinen lineaarisuus.

Koska kahta toisiokäämiä tai kahta magneettikenttälinjan polkua ei voida tehdä täysin samanlaiseksi, differentiaalimuuntajalla on aina määrätty lähtöjännite, vaikka tulosignaali olisi nolla.

Lisäksi magneettipiirien ominaisuudet ovat epälineaarisia. Tämän epälineaarisuuden seurauksena syntyy jopa yliaaltoja käytetyn ensiöherätysjännitteen perustaajuuteen, joita ei voida täysin kompensoida missään toisiokäämien järjestelyssä.

Ilmavälin ferromagneettisen piirin reluktanssi on raon leveyden funktio, jolla on vahva epälineaarisuus. Tämän seurauksena tällaisen piirin ympärille kierretyn käämin induktanssi on myös raon leveyden epälineaarinen funktio.

Samanaikaisesti, jos magneettikenttäviivoilla on kaksi enemmän tai vähemmän identtistä polkua, joissa kummassakin on ilmarako, ja jos yhden raon leveys kasvaa toisen leveyden pienentyessä, niin näiden magneettiresistanssien ero polut voivat vaihdella riittävän lineaarisesti.

Differentiaalimuuntajan perusperiaatteet ilmenevät käytännössä useissa erityisissä suunnittelukonfiguraatioissa moneen eri tarkoitukseen.

Linear Variable Differential Transformer (LVDT) on passiivinen anturi (anturi), joka toimii keskinäisen induktion periaatteella ja jolla voidaan mitata siirtymää, venymää, painetta ja painoa.

Useimmiten niillä NS:tä voidaan käyttää mittaamaan siirtymää useista millimetreistä senttimetreihin, jolloin I'm-siirtymä muunnetaan suoraan sähköiseksi signaaliksi.

Sen kelan induktanssi, jonka lähellä tai sisällä ferromagneettinen sauva sijaitsee, on funktio tämän sauvan sijainnin koordinaatista suhteessa kelaan, jolla on vahva epälineaarisuus.

Jos tällainen sauva on jonkin differentiaalimuuntajan ferromagneettinen piiri, niin toisioerojännite voi toimia tangon siirtymän indikaattorina, riippuen riittävän lineaarisesti tästä siirtymästä.

Ensiökäämi on kytketty vaihtovirtalähteeseen. Kahdella toisiokäämityksellä S1 ja S2 on yhtä monta kierrosta ja ne on asennettu sarjaan vastakkain.

Siten näissä käämeissä indusoitu EMF on 180° epävaiheinen toistensa kanssa ja siten kokonaisvaikutus kumoutuu.

Differentiaalimuuntajan suunnittelussa olevan symmetrisen ferromagneettisen sydämen sijainti voidaan määrittää toisiojännitteen vaiheesta ja amplitudista.

Absoluuttinen ero kahden toisiojännitteen välillä ilmaisee tangon siirtymän absoluuttisen arvon suhteessa keski- tai nollakohtaan ja tämän erilaisen jännitteen vaihe osoittaa siirtymän suunnan.

Lineaarisesti muuttuvan differentiaalimuuntajan B/I-käyrä on esitetty kuvassa.

Esimerkki lineaarisen differentiaalimuuntajan käyttämisestä tarkan asennon takaisinkytkennän saamiseksi kemiantehtaiden, voimalaitosten ja maatalouslaitteiden venttiilien valvontaan ja ohjaukseen:

Upotettavat siirtymäanturit LVDT D5W:

Nämä anturit on suunniteltu mittaamaan siirtymää ja sijaintia. Ne tarjoavat tarkan mittauksen ankkurin (liukuosan) asennosta suhteessa siirtymäanturin koteloon.

Upotettavat siirtoanturit on suunniteltu mittaamaan upotettuna sopiviin nesteisiin. Ei-magneettiset nesteet voivat täyttää ankkuriputken vaikuttamatta muuntimen toimintaan. Näitä muuntimia on saatavana ohjaamattomina tai jousipalautteisina versioina.

Erilaisten teknisten prosessien automatisoinnissa käytetään usein bilateraalisia muuntajia, joissa on differentiaalimuuntaja, jossa on ferromagneettinen ydin, joka on asetettu päistään yhtä etäisyydelle kahteen toisiokäämiin.

Kun sauva liikkuu aksiaalisesti, se siirtyy syvemmälle yhteen näistä keloista ja ulottuu toisesta.Absoluuttinen ero kahden toisiojännitteen välillä ilmaisee tangon siirtymän absoluuttisen arvon suhteessa keski- tai nollakohtaan ja tämän erilaisen jännitteen vaihe osoittaa siirtymän suunnan.

Pyörivä AC-differentiaalimuuntaja:

Pyörivä differentiaalimuuntaja on passiivinen muuntaja, joka perustuu keskinäisen induktion periaatteeseen. Sitä käytetään kulmasiirtymän mittaamiseen.

Sen rakenne on samanlainen kuin lineaarinen muuttuva differentiaalimuuntaja ydinrakennetta lukuun ottamatta.

Ensiökäämi on kytketty vaihtovirtalähteeseen. Kahdella toisiokäämityksellä S1 ja S2 on yhtä monta kierrosta ja ne on asennettu sarjaan vastakkain.

Lineaarisen differentiaalimuuntajan edut:

• Ytimen ja kelojen välillä ei ole fyysistä kosketusta;

• Korkea luotettavuus;

• Nopea vastaus;

• Pitkä käyttöikä.

Se on laajimmin käytetty induktiivinen anturi korkean tarkkuutensa ansiosta.