หม้อแปลงดิฟเฟอเรนเชียลแบบแปรผันเชิงเส้น ( LVDT ) – หรือเรียกอีกอย่างว่าหม้อแปลงการเคลื่อนที่แบบแปรผันเชิงเส้น^{[ 1 ]} ตัวแปลงสัญญาณการเคลื่อนที่แบบ แปรผันเชิงเส้น ^{[ 2 ]}หรือเรียกง่ายๆ ว่าหม้อแปลงดิฟเฟอเรนเชียล^{[ 3 ]} – เป็น หม้อแปลงไฟฟ้าชนิดหนึ่ง^{[ 4 ]}ที่ใช้สำหรับวัดการเคลื่อนที่เชิงเส้น (ตำแหน่งตามทิศทางที่กำหนด) ^{[ 5 ]}เป็นพื้นฐานของเซ็นเซอร์วัดการเคลื่อนที่ แบบ LVDT ^{[ 5 ]}อุปกรณ์ที่เทียบเท่ากับอุปกรณ์นี้ที่ใช้สำหรับวัดการเคลื่อนที่แบบหมุนเรียกว่าหม้อแปลงดิฟเฟอเรนเชียลแบบแปรผันหมุน (RVDT)

LVDT เป็นทรานสดิวเซอร์วัดตำแหน่ง/การเคลื่อนที่เชิงเส้นแบบสัมบูรณ์ที่ทนทาน ปราศจากแรงเสียดทานโดยธรรมชาติ และมีอายุการใช้งานที่ยาวนานแทบไม่มีที่สิ้นสุดเมื่อใช้งานอย่างถูกต้อง เนื่องจาก LVDT ที่ทำงานด้วยกระแสสลับไม่มีชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์ จึงสามารถออกแบบให้ทำงานได้ที่อุณหภูมิเยือกแข็งหรือสูงถึง 1200 °F (650 °C) ในสภาพแวดล้อมที่รุนแรง และภายใต้ระดับการสั่นสะเทือนและแรงกระแทกสูง LVDT ถูกนำไปใช้อย่างกว้างขวางในแอปพลิเคชันต่างๆ เช่นกังหันพลังงานระบบไฮดรอลิก ระบบอัตโนมัติเครื่องบิน ดาวเทียม เครื่องปฏิกรณ์นิวเคลียร์ และอื่นๆ อีกมากมาย ทรานสดิวเซอร์เหล่านี้มี ฮิสเทอรีซิสต่ำและมีความสามารถในการทำซ้ำได้ดีเยี่ยม

LVDT แปลงตำแหน่งหรือการกระจัดเชิงเส้นจากจุดอ้างอิงทางกล (ตำแหน่งศูนย์หรือตำแหน่งว่าง) ให้เป็นสัญญาณไฟฟ้าแบบสัดส่วน ซึ่งประกอบด้วยข้อมูลเฟส (สำหรับทิศทาง) และแอมพลิจูด (สำหรับระยะทาง) การทำงานของ LVDT ไม่จำเป็นต้องมีการสัมผัสทางไฟฟ้าKระหว่างชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ได้ (หัววัดหรือชุดแกน) กับชุดขดลวด แต่ใช้การเชื่อมต่อทางแม่เหล็กไฟฟ้าแทน

หม้อแปลงดิฟเฟอเรนเชียลแบบแปรผันเชิงเส้นมี ขดลวด โซลีนอยด์ 3 ขดวางต่อกันรอบท่อ ขดลวดตรงกลางเป็นขดลวดปฐมภูมิ และขดลวดด้านนอก 2 ขดเป็นขดลวดทุติยภูมิบนและล่าง แกนเฟอร์โรแมกเนติกทรงกระบอกที่ติดอยู่กับวัตถุที่ต้องการวัดตำแหน่งจะเลื่อนไปตามแกนของท่อกระแสสลับจะขับเคลื่อนขดลวดปฐมภูมิและทำให้ เกิด แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำในแต่ละขดลวดทุติยภูมิซึ่งเป็นสัดส่วนกับความยาวของแกนที่เชื่อมต่อกับขดลวดทุติยภูมิ[ 3 ] ความถี่^{มักจะอยู่}ในช่วง 1 ถึง10 kHz

เมื่อแกนหมุนเคลื่อนที่ การเชื่อมต่อของขดลวดปฐมภูมิกับขดลวดทุติยภูมิทั้งสองจะเปลี่ยนแปลงไป ทำให้แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำเปลี่ยนแปลงไปด้วย ขดลวดเชื่อมต่อกันเพื่อให้แรงดันไฟฟ้าขาออกเป็นผลต่าง (จึงเรียกว่า "ดิฟเฟอเรนเชียล") ระหว่างแรงดันไฟฟ้าของขดลวดทุติยภูมิบนและแรงดันไฟฟ้าของขดลวดทุติยภูมิล่าง เมื่อแกนหมุนอยู่ในตำแหน่งตรงกลาง ซึ่งอยู่ห่างจากขดลวดทุติยภูมิทั้งสองเท่ากัน แรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำในขดลวดทุติยภูมิทั้งสองจะมีค่าเท่ากัน แต่สัญญาณทั้งสองจะหักล้างกัน ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าขาออกจึงเป็นศูนย์ในทางทฤษฎี ในทางปฏิบัติ การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในวิธีการเชื่อมต่อขดลวดปฐมภูมิกับขดลวดทุติยภูมิแต่ละขด หมายความว่าจะมีแรงดันไฟฟ้าเล็กน้อยเกิดขึ้นเมื่อแกนหมุนอยู่ตรงกลาง

แรงดันตกค้างเล็กน้อยนี้เกิดจากการเลื่อนเฟสและมักเรียกว่าข้อผิดพลาดควอดราเจอร์ มันเป็นปัญหาในระบบควบคุมแบบวงปิด เนื่องจากอาจทำให้เกิดการแกว่งตัวรอบจุดศูนย์ และอาจไม่เป็นที่ยอมรับในการใช้งานการวัดแบบง่ายๆ มันเป็นผลมาจากการใช้การดีโมดูเลชันแบบซิงโครนัส โดยการลบแรงดันทุติยภูมิโดยตรงที่กระแสสลับ ระบบสมัยใหม่ โดยเฉพาะอย่างยิ่งระบบที่เกี่ยวข้องกับความปลอดภัย จำเป็นต้องมีการตรวจจับความผิดพลาดของ LVDT และวิธีการปกติคือการดีโมดูเลชันทุติยภูมิแต่ละตัวแยกกัน โดยใช้ตัวเรียงกระแสแบบครึ่งคลื่นหรือเต็มคลื่นที่มีความแม่นยำสูง ซึ่งใช้โอเปอเรชันแอมพลิฟายเออร์ และคำนวณความแตกต่างโดยการลบสัญญาณกระแสตรง เนื่องจากสำหรับแรงดันกระตุ้นคงที่ ผลรวมของแรงดันทุติยภูมิทั้งสองจะเกือบคงที่ตลอดช่วงการทำงานของ LVDT ค่าของมันจึงยังคงอยู่ในช่วงแคบๆ และสามารถตรวจสอบได้ ดังนั้นหากเกิดความล้มเหลวภายในใดๆ ของ LVDT แรงดันรวมจะเบี่ยงเบนจากขีดจำกัดและตรวจพบได้อย่างรวดเร็ว ทำให้บ่งชี้ถึงความผิดพลาด ระบบนี้ไม่มีข้อผิดพลาดเชิงควอดราเจอร์ และแรงดันผลต่างที่ขึ้นอยู่กับตำแหน่งจะผ่านจุดศูนย์อย่างราบรื่น ณ จุดศูนย์

ในกรณีที่มีการประมวลผลแบบดิจิทัลในรูปแบบของไมโครโปรเซสเซอร์หรือFPGAในระบบ เป็นเรื่องปกติที่อุปกรณ์ประมวลผลจะทำการตรวจจับข้อผิดพลาด และอาจมีการประมวลผลแบบ ratiometric ^{[ 6 ]}เพื่อปรับปรุงความแม่นยำ โดยการหารความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้ารองด้วยผลรวมของแรงดันไฟฟ้ารอง เพื่อให้การวัดเป็นอิสระจากแอมพลิจูดที่แน่นอนของสัญญาณกระตุ้น หากมีความสามารถในการประมวลผลแบบดิจิทัลเพียงพอ การใช้สิ่งนี้เพื่อสร้างสัญญาณกระตุ้นแบบไซน์ผ่านDACและอาจทำการดีโมดูเลชันรองผ่านADC แบบมัลติเพล็กซ์ ก็ เป็นเรื่องปกติเช่นกัน

เมื่อแกนเคลื่อนที่ขึ้นไปด้านบน แรงดันไฟฟ้าในขดลวดทุติยภูมิบนจะเพิ่มขึ้น ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าด้านล่างลดลง แรงดันไฟฟ้าขาออกที่ได้จะเพิ่มขึ้นจากศูนย์ แรงดันไฟฟ้านี้จะมีเฟสตรงกับแรงดันไฟฟ้าปฐมภูมิ เมื่อแกนเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม แรงดันไฟฟ้าขาออกก็จะเพิ่มขึ้นจากศูนย์เช่นกัน แต่จะมีเฟสตรงข้ามกับแรงดันไฟฟ้าปฐมภูมิ เฟสของแรงดันไฟฟ้าขาออกจะเป็นตัวกำหนดทิศทางการเคลื่อนที่ (ขึ้นหรือลง) และแอมพลิจูดจะบ่งบอกถึงปริมาณการเคลื่อนที่ตัวตรวจจับแบบซิงโครนัสสามารถกำหนดแรงดันไฟฟ้าขาออกที่มีเครื่องหมายซึ่งสัมพันธ์กับการเคลื่อนที่ได้

LVDT ถูกออกแบบมาให้มีขดลวดที่ยาวและเรียว เพื่อให้แรงดันเอาต์พุตมีความเป็นเส้นตรงอย่างแท้จริงตลอดระยะการเคลื่อนที่ได้ถึงหลายนิ้ว (หลายร้อยมิลลิเมตร)

LVDT สามารถใช้เป็นเซ็นเซอร์วัดตำแหน่งสัมบูรณ์ได้ แม้ว่าไฟจะดับ เมื่อเปิดเครื่องใหม่ LVDT ก็จะแสดงค่าการวัดเดิม และข้อมูลตำแหน่งจะไม่สูญหาย ข้อดีที่สำคัญที่สุดคือ ความสามารถในการทำซ้ำและความแม่นยำเมื่อตั้งค่าอย่างถูกต้องแล้ว นอกจากนี้ นอกเหนือจากการเคลื่อนที่เชิงเส้นแบบแกนเดียวของแกนแล้ว การเคลื่อนที่อื่นๆ เช่น การหมุนของแกนรอบแกนจะไม่ส่งผลต่อการวัด

เนื่องจากแกนเลื่อนไม่สัมผัสกับด้านในของท่อ จึงสามารถเคลื่อนที่ได้โดยไม่มีแรงเสียดทาน ทำให้ LVDT เป็นอุปกรณ์ที่มีความน่าเชื่อถือสูง การไม่มีหน้าสัมผัสแบบเลื่อนหรือหมุนใดๆ ทำให้ LVDT สามารถปิดผนึกอย่างสมบูรณ์จากสภาพแวดล้อมภายนอกได้

LVDT นิยมใช้สำหรับการป้อนข้อมูลตำแหน่งในระบบเซอร์โวมอเตอร์และสำหรับการวัดอัตโนมัติในเครื่องมือกล และการใช้งานทางอุตสาหกรรมและวิทยาศาสตร์อื่นๆ อีกมากมาย

• ธรรมเนียมการใช้จุด
• ตัวเข้ารหัสเชิงเส้น
• ตัวเข้ารหัสแบบหมุน

• วิธีการทำงานของ LVDT : คำอธิบายแบบโต้ตอบ
• คำอธิบายขั้นตอน
• รุ่นและการใช้งานของ LVDT
• เอกสารข้อมูลผลิตภัณฑ์ Analog Devices AD598 : ตัวปรับสภาพสัญญาณ LVDT