LVDT ile Yerdeğiştirme Ölçümü

4.4.2 LVDT ile Yerdeğiştirme Ölçümü

  Doğrusal değişken-fark transdüserinin (lvdt) çalışma ilkesi şöyledir: manyetik malzemeden yapılmış bir nüve birincil ve iki adet ikincil sargıları birbirine bağlayan manyetik akıyı değiştirmek için bir bobin sistemi içinde hareket eder (Şekil-4.13a). İki bobin, genliği sıfır başlangıç konumundan olan yerdeğiştirme miktarı ile orantılı olan değişken bir çıkış gerilimi üretmek için ters seri bağlanmıştır. LVDT’nin primerine genellikle pek çok kontrol devresinden elde edilebilecek 12V, 50Hz’lik uyarma gerilimi ile güç verilmektedir. Hareketli nüve iki özdeş sekonder arasına tam olarak merkezlendiğinde, sıfır konumu oluşmaktadır ve bu konumda birincil ve her iki ikincil

  sargılar arasındaki manyetik bağlantı eşittir, dolayısıyla çıkış gerilimleri S 1 ve S 2 aynı

  olmaktadır. Bu çıkış gerilimleri genellikle doğrultucularla doğrultularak toplama

  noktasında birleştirilirler. S 1 ’in çıkışı pozitif çıkış gerilimi verecek şekilde doğrultulur ve

  S 2 ’nin çıkışı negatif çıkış gerilimi verecek şekilde doğrultulur. V S1 =V S2 olduğunda toplama noktasındaki çıkış 0V olur. LVDT'leri yerleştirirken, sıfır konumunun yerdeğiştirmenin iki sınırı arasında orta noktada oluşacak şekilde nüvenin konumlandırılması gerekmektedir.

  Hareketli nüve merkezin solunda iken S 1 daha yüksek çıkışa sahip olduğundan toplama noktasında pozitif çıkış gerilimi olur. Hareketli nüve merkezin sağında iken S 2 daha

  yüksek çıkışa sahiptir ve toplama noktasındaki çıkış gerilimi negatif olur. Çıkış geriliminin polaritesi cismin merkezin sağında mı, solunda mı olduğunu bildirirken çıkış geriliminin büyüklüğü ise ne kadar sağda veya ne kadar solda olduğunu belirtir.

  (a)

  Bölüm 4 Konumun Algılanması

  Yrd.Doç.Dr. Dilşad Engin

  (b)

  (c) Şekil 4.13 Doğrusal değişken-fark transformatörü. (a) sargılar ve ac kaynak bağlantısı, (b) fark çıkış geriliminin doğrultulması ve filtrelenmesi, (c) osilatör, demodülatör ve fark yükselteci blok şeması

  Bir genlik modülasyonlu sistem için bir a.c. yükselteç, bir faz-duyarlı demodülatör ve bir filtreden oluşan işaret uygunlaştırıcı devreler gerekmektedir (Şekil-4.13b,c). Bazı transdüserlerde tüm sinyal uygunlaştırma devreleri transdüserin üzerindedir ve lvdt'yi uyarmak için bir osilatör içermektedir. Çıkış gerilimi 0 ile ±10V d.c. sınırları arasındadır. Bir ±15V d.c. kaynak ile beslenmelidir. Çıkış gerilimi 0 ile ±10V d.c. sınırları içinde olduğundan, kaydedici veya gösterge seçeneği, yerdeğiştirmenin frekansının kaydedicinin sınırları içinde olmasına bağlı olarak, çok geniştir. Şekil 4.14’te ticari olarak kullanılan bir doğrusal değişken-fark transformatörü görülmektedir.

  Şekil 4.14 Doğrusal değişken-fark transformatörü (LD200, Omega Inc.)

  Ölçme Aralığı

  Doğrusal

  0.1 mm'den 625 mm'ye kadar

  Bölüm 4 Konumun Algılanması

  Yrd.Doç.Dr. Dilşad Engin

  Açısal

  0'dan ±40  'ye, veya daha az doğrusallıkla ±60  'ye kadar

  Teknik Özellikler (Doğrusal tip)

  Doğrusal aralık

  ±25 mm

  Giriş gerilimi

  3V r.m.s. (anma değeri)

  Frekans aralığı

  50 Hz'ten 10 kHz'e kadar

  Sıcaklık aralığı

  -55  C'den +150  C'ye kadar

  Transdüser duyarlığı 16 (mVmm)V, yani 3V'luk giriş için 48 mVmm Sistem duyarlığı

   10 V demodülatör çıkışı Doğrusallık tam ölçek değerinin  0.25'i

  Sıfır gerilimi

  tam ölçek çıkışının 0.5'inden daha az

  Başlıca Üstünlükleri

  a) Nüve ve sarımlar arasında sürtünme olmadığından l.v.d.t.'nin ömrü potansiyometreninkinden daha uzundur.

  b) Sonsuz çözünürlük.

  Başlıca Sakıncaları

  a) Besleme frekansının 0.1'ine kadar olan yerdeğiştirme frekansları ölçülebilir.

  b) Şebeke frekansı dışındaki frekanslar için bir osilatör de olmak üzere sinyal uygunlaştırıcı elektronik devrelere gereksinim duyulmaktadır.

  Örnek 4.3 Teknik özellikleri yukarıda verilen bir LVDT kullanılarak bir kontrol vanasının 40 mm’lik yerdeğiştirme hareketi ölçülecektir. Hareketin frekansı (a) 50Hz ve (b) 5Hz ise, uygun besleme frekansını ve kaydediciyi belirleyin.

  Çözüm: 40mm’lik hareket için  25mm’lik transdüser uygun olacaktır. (a) Hareketin frekansı 50Hz olduğundan besleme frekansı bunun 10 katı yani 500Hz

  olmalıdır.

  A.C. yükselteç, demodülatör ve filtre  5V’luk çıkış gerilimi sağlayacaktır ve bu da pek çok kaydedici için uygun bir gerilim değeridir. Kaydedici seçimini frekans yanıtına göre yapacağız. 500Hz’lik galvanometreye sahip bir u.v. kaydedici bu kriteri sağlar ve uygun bir empedans uygunlaştırıcı devre tasarlanmalıdır.

  (b) Bu durumda 50Hz’lik bir besleme frekansına gereksinim duyulmaktadır ki bu da şebekeden elde edilebilir ve böylece bir osilatör gereksinimi ortadan kalkmaktadır. 3V’luk giriş gerilimini elde etmek için gerilimi düşüren tip bir transformatör kullanılmalıdır.

  Frekansın düşük olması nedeniyle bir kalemli kaydedici bu iş için uygun olacaktır.

  Bölüm 4 Konumun Algılanması

  Yrd.Doç.Dr. Dilşad Engin