การแนะนำ

คำว่า LVDT ย่อมาจาก Linear Variable Differential Transformer เป็นหม้อแปลงไฟฟ้าแบบเหนี่ยวนำที่ใช้กันอย่างแพร่หลายที่สุด โดยแปลงการเคลื่อนที่เชิงเส้นเป็นสัญญาณไฟฟ้า ชื่อของ LVDT มาจากข้อเท็จจริงที่ว่า LVDT ให้เอาต์พุตแบบพิเศษที่เรียกว่าเอาต์พุตแบบ “ดิฟเฟอเรนเชียล” LVDT เป็นตัวแปลงสัญญาณแบบเหนี่ยวนำที่มีความแม่นยำสูงเมื่อเทียบกับตัวแปลงสัญญาณอื่นๆ เนื่องจากไม่มีแรงเสียดทาน

การก่อสร้าง LVDT

1. LVDT เป็นอุปกรณ์ที่ประกอบด้วยขดลวดปฐมภูมิ (P) และขดลวดทุติยภูมิสองขดลวด (S1 และ S2) ที่พันบนโครงทรงกระบอกกลวงที่มีแกนกลาง
2. ขดลวดปฐมภูมิเชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟฟ้ากระแสสลับ ทำให้เกิดสนามแม่เหล็กในช่องว่างอากาศ สนามแม่เหล็กนี้จะเหนี่ยวนำให้เกิดแรงดันไฟฟ้าในขดลวดทุติยภูมิ
3. ขดลวดรองมีจำนวนรอบเท่ากันและอยู่ในตำแหน่งทั้งสองด้านของขดลวดปฐมภูมิ
4. แกนเหล็กอ่อนที่สามารถเคลื่อนที่ได้จะถูกวางไว้ภายในแกนเดิม และเชื่อมต่อกับวัตถุที่ต้องการวัดการเคลื่อนตัว
5. โดยทั่วไปแกนเหล็กจะทำจากวัสดุที่มีค่าการซึมผ่านสูงเพื่อลดฮาร์มอนิกและเพิ่มความไว
6. ซึ่งบรรจุอยู่ในตัวเรือนสแตนเลสเพื่อป้องกันไฟฟ้าสถิตและคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
7. เอาต์พุตของ LVDT คือความต่างระหว่างแรงดันไฟฟ้าที่เหนี่ยวนำในขดลวดรองทั้งสอง

โดยสรุป LVDT คืออุปกรณ์วัดการกระจัดที่ใช้ปฏิสัมพันธ์ระหว่างสนามแม่เหล็กกับแกนเหล็กที่เคลื่อนที่ได้ เพื่อสร้างแรงดันเอาต์พุตตามตำแหน่งของแกน โดยทั่วไปแล้ว LVDT มักทำจากสแตนเลสเพื่อป้องกัน และให้เอาต์พุตที่ต่างกันจากขดลวดทุติยภูมิสองเส้น

หลักการทำงานและการทำงาน

หม้อแปลงไฟฟ้าเชิงอนุพันธ์แปรผันเชิงเส้น (Linear Variable Differential Transformer) คืออุปกรณ์ที่วัดการเคลื่อนที่เชิงเส้นหรือตำแหน่งโดยการตรวจจับการเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าในขดลวดทุติยภูมิ หลักการทำงานหลักอยู่ที่แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำในขดลวดทุติยภูมิเป็นสัดส่วนกับตำแหน่งของแกนภายในหม้อแปลงไฟฟ้า อธิบายโดยย่อดังนี้:

1. แกนกลางอยู่ในตำแหน่งศูนย์ (ไม่มีการเคลื่อนตัว): เมื่อแกนกลางอยู่ในตำแหน่งศูนย์ (ไม่มีการเคลื่อนตัว) ฟลักซ์แม่เหล็กที่เชื่อมต่อกับขดลวดทุติยภูมิทั้งสอง (S1 และ S2) จะเท่ากัน ส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำเท่ากันในขดลวดทั้งสอง ดังนั้นแรงดันไฟฟ้าขาออก (eout) จึงเป็นศูนย์ กล่าวอีกนัยหนึ่ง เมื่อแกนกลางอยู่ในตำแหน่งอ้างอิง จะไม่มีแรงดันไฟฟ้าขาออก แสดงว่าไม่มีการเคลื่อนตัว
2. แกนเลื่อนขึ้น (การเคลื่อนที่เชิงบวก): หากแกนเลื่อนขึ้นจากตำแหน่งศูนย์ ฟลักซ์แม่เหล็กที่เชื่อมต่อกับ S1 จะมีค่ามากกว่าฟลักซ์แม่เหล็กที่เชื่อมต่อกับ S2 ส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำในขดลวด S1 (e1) มีค่ามากกว่าในขดลวด S2 (e2) ส่งผลให้เกิดแรงดันไฟฟ้าขาออกบวก (eout) ซึ่งบ่งชี้ว่าการเคลื่อนที่ในทิศทางขึ้น
3. แกนเลื่อนลง (การกระจัดเชิงลบ): เมื่อแกนเลื่อนลงจากตำแหน่งศูนย์ ฟลักซ์แม่เหล็กที่เชื่อมต่อกับ S2 จะมีค่ามากกว่าฟลักซ์แม่เหล็กที่เชื่อมต่อกับ S1 ส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าเหนี่ยวนำในขดลวด S2 (e2) มีค่ามากกว่าในขดลวด S1 (e1) ส่งผลให้แรงดันไฟฟ้าขาออก (eout) เป็นลบ แรงดันไฟฟ้าขาออกที่เป็นลบนี้บ่งชี้ถึงการกระจัดในทิศทางลง
4. ความสัมพันธ์เชิงเส้น: ความสัมพันธ์ระหว่างแรงดันเอาต์พุต (eout) และการเคลื่อนที่ของแกนกลางเป็นเชิงเส้น ซึ่งหมายความว่าเมื่อคุณขยับแกนกลางออกจากตำแหน่งศูนย์ แรงดันเอาต์พุตจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงตามสัดส่วน ทำให้คุณสามารถวัดขนาดและทิศทางการเคลื่อนที่ของแกนกลางได้อย่างแม่นยำ

โดยสรุป LVDT คือเซ็นเซอร์ที่สร้างแรงดันเอาต์พุตที่เป็นสัดส่วนกับการเคลื่อนที่เชิงเส้นของแกนกลาง ขนาดของแรงดันเอาต์พุตและทิศทางการเคลื่อนที่สามารถกำหนดได้โดยการสังเกตเครื่องหมายและแอมพลิจูดของแรงดันเอาต์พุต โดยมีความสัมพันธ์เชิงเส้นระหว่างทั้งสอง ซึ่งทำให้เป็นเครื่องมือที่มีประโยชน์สำหรับการวัดตำแหน่งที่แม่นยำในการใช้งานที่หลากหลาย

ข้อดีของ LVDT

1. ช่วงการวัดกว้าง: LVDT สามารถวัดการกระจัดได้หลากหลาย ตั้งแต่ขนาดเล็กเพียง 1.25 มิลลิเมตร ไปจนถึงขนาดใหญ่ถึง 250 มิลลิเมตร พูดง่ายๆ ก็คือ LVDT ใช้งานได้หลากหลายในการวัดการเคลื่อนที่ของวัตถุในระยะทางไกล
2. ไม่มีแรงเสียดทาน: LVDT มีความแม่นยำสูงเพราะไม่เกิดการสูญเสียที่เกิดจากแรงเสียดทาน ซึ่งหมายความว่าการเคลื่อนที่ของอินพุตจะถูกแปลงเป็นสัญญาณไฟฟ้าอย่างแม่นยำโดยไม่มีการสูญเสียใดๆ
3. เอาต์พุตแรงสูง: LVDT ให้สัญญาณเอาต์พุตแรงสูง ซึ่งหมายความว่าคุณไม่จำเป็นต้องใช้อุปกรณ์เพิ่มเติมเพื่อให้สัญญาณใช้งานได้ LVDT มีความไวสูงและสามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าได้ประมาณ 40 โวลต์ต่อการเคลื่อนไหวทุกๆ มิลลิเมตร
4. ฮิสเทรีซิสต่ำ: LVDT มีฮิสเทรีซิสต่ำ ซึ่งหมายความว่าจะให้การวัดที่สม่ำเสมอและเชื่อถือได้ ไม่ว่าการเคลื่อนไหวจะเพิ่มขึ้นหรือลดลงก็ตาม
5. การใช้พลังงานต่ำ: ประหยัดพลังงานโดยใช้พลังงานเพียงประมาณ 1 วัตต์ ซึ่งน้อยกว่ามากเมื่อเปรียบเทียบกับอุปกรณ์ประเภทเดียวกันอื่นๆ
6. การแปลงสัญญาณไฟฟ้าโดยตรง: LVDT แปลงการเคลื่อนที่เชิงเส้นเป็นแรงดันไฟฟ้าโดยตรง ทำให้ง่ายต่อการใช้งานและประมวลผลการวัด กล่าวโดยง่ายคือ LVDT ช่วยให้เข้าใจการเคลื่อนที่ของวัตถุได้ง่ายขึ้นโดยใช้สัญญาณไฟฟ้า

ข้อเสียของ LVDT

1. ไวต่อสนามแม่เหล็กรบกวน: LVDT มีความไวต่อสนามแม่เหล็กที่ไม่ได้เป็นส่วนหนึ่งของการวัดที่ต้องการ เพื่อให้แน่ใจว่าการอ่านค่ามีความแม่นยำ จำเป็นต้องได้รับการป้องกันจากสนามแม่เหล็กที่ไม่พึงประสงค์เหล่านี้
2. ความไวต่ออุณหภูมิ: LVDT อาจได้รับอิทธิพลจากการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ สิ่งสำคัญคือต้องคำนึงถึงความแปรผันของอุณหภูมิเมื่อใช้ในการวัดเพื่อรักษาความแม่นยำ

การประยุกต์ใช้งานของ LVDT

1. ระบบอัตโนมัติทางอุตสาหกรรม
2. การบินและอวกาศ
3. วิศวกรรมโยธา
4. อุปกรณ์ทางการแพทย์
5. โรงไฟฟ้านิวเคลียร์
6. การทดสอบวัสดุ
7. การปกป้องพลังงาน
8. น้ำมันและอุตสาหกรรม

คำถามที่พบบ่อย (FAQs)

1. LVDT คืออะไร?

• LVDT ย่อมาจาก Linear Variable Differential Transducer/Transformer เป็นอุปกรณ์ไฟฟ้าชนิดหนึ่งที่ใช้สำหรับวัดการกระจัดหรือตำแหน่งเชิงเส้น โดยพื้นฐานแล้ว LVDT คือเซ็นเซอร์ที่แปลงการเคลื่อนที่ทางกายภาพของวัตถุให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า

2. LVDT ใช้เพื่ออะไร?

• LVDT ใช้สำหรับการวัดตำแหน่งเชิงเส้นที่มีความแม่นยำสูง การใช้งานทั่วไป ได้แก่ การควบคุมเครื่องจักรอุตสาหกรรม ระบบอากาศยานและยานยนต์ และเครื่องมือวิทยาศาสตร์ เนื่องจากมีความน่าเชื่อถือและแม่นยำ

3. LVDT เป็น AC หรือ DC?

• LVDT (หม้อแปลงไฟฟ้าเชิงอนุพันธ์แปรผันเชิงเส้น) ทำงานบนแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ (AC) ต้องใช้แหล่งจ่ายไฟกระแสสลับเพื่อเหนี่ยวนำแรงดันไฟฟ้าในขดลวดและวัดการเคลื่อนที่เชิงเส้นได้อย่างแม่นยำ

4. LVDT ใช้วัสดุอะไร?

• โดยทั่วไปแล้ว LVDT จะใช้วัสดุ เช่น สแตนเลสสตีลสำหรับตัวเรือน และวัสดุที่มีความสามารถในการซึมผ่านสูง เช่น เหล็กอ่อนหรือโลหะผสมนิกเกิล-เหล็กสำหรับแกนที่เคลื่อนที่ได้ วัสดุเหล่านี้ถูกเลือกเนื่องจากความทนทานและคุณสมบัติทางแม่เหล็ก ซึ่งเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการทำงานของ LVDT