リニア可変差動トランス

線形可変差動変圧器（LVDT）は、線形可変変位変圧器^{[1] 、} 線形可変変位トランスデューサー^[2]、または単に差動変圧器^{[3]とも呼ばれ、}線形変位（特定の方向に沿った位置）を測定するために使用される電気変圧器の一種です^{[要出典] 。 [4]}これは、LVDTタイプの変位センサーのベースです。^[4]回転変位を測定するために使用されるこのデバイスに対応するものは、回転可変差動変圧器（RVDT）と呼ばれます。

LVDT は堅牢な絶対線形位置/変位トランスデューサーです。本質的に摩擦がなく、適切に使用すれば実質的に無限のサイクル寿命を持ちます。AC 駆動の LVDT には電子機器が含まれないため、極低温または 1200 °F (650 °C) まで、過酷な環境、高振動および衝撃レベルでも動作するように設計できます。LVDT は、発電タービン、油圧、自動化、航空機、衛星、原子炉などのアプリケーションで広く使用されています。これらのトランスデューサーは、ヒステリシスが低く、優れた再現性を備えています。^{[引用が必要]}

LVDT は、機械的な基準 (ゼロまたはヌル位置) からの位置または直線変位を、位相 (方向) と振幅 (距離) の情報を含む比例電気信号に変換します。LVDT の動作では、可動部分 (プローブまたはコア アセンブリ) とコイル アセンブリ間の電気的接触は必要なく、代わりに電磁結合に依存します。^{[引用が必要]}

線形可変差動変圧器には、チューブの周りに端から端まで配置された3つのソレノイドコイルがあります。中央のコイルが一次コイルで、外側の2つのコイルが上部と下部の二次コイルです。位置を測定する対象物に取り付けられた円筒形の強磁性コアは、チューブの軸に沿ってスライドします。交流電流が一次コイルを駆動し、二次コイルにつながるコアの長さに比例した電圧が各二次コイルに誘導されます。 ^[3]周波数は通常1〜10 kHzの範囲です。

コアが移動すると、一次コイルと 2 つの二次コイルの結合が変化し、誘導電圧が変化します。コイルは、出力電圧が上部の二次電圧と下部の二次電圧の差 (つまり「差動」) になるように接続されています。コアが中央の位置にあり、2 つの二次コイルから等距離にある場合、2 つの二次コイルに等しい電圧が誘導されますが、2 つの信号が打ち消されるため、理論的には出力電圧はゼロになります。実際には、一次コイルと各二次コイルの結合方法がわずかに異なるため、コアが中央にあるときに小さな電圧が出力されます。

このわずかな残留電圧は位相シフトによるもので、しばしば直交誤差と呼ばれます。これは閉ループ制御システムでは厄介な問題で、ヌル点の周りで振動を引き起こす可能性があり、単純な測定アプリケーションでは許容されないこともあります。これは、AC で二次電圧を直接減算する同期復調を使用した結果です。特に安全性に関わる現代のシステムでは、LVDT の障害検出が必要であり、通常の方法は、オペアンプに基づく高精度の半波または全波整流器を使用して各二次を個別に復調し、DC 信号を減算して差を計算することです。一定の励起電圧の場合、2 つの二次電圧の合計は LVDT の動作ストローク全体にわたってほぼ一定であるため、その値は小さなウィンドウ内にとどまり、LVDT の内部障害によって合計電圧が制限から外れ、すぐに検出されて障害が表示されるように監視できます。この方式では直交誤差はなく、位置に依存する差電圧はヌル点でスムーズにゼロを通過します。

システム内でマイクロプロセッサやFPGAなどのデジタル処理が利用できる場合、処理装置が故障検出を実行し、場合によっては精度を向上させるためにレシオメトリック^[5]処理を行います。レシオメトリック処理は、二次電圧の差を二次電圧の合計で割ることで行われ、励起信号の正確な振幅に依存しない測定が行われます。十分なデジタル処理能力が利用できる場合は、これを使用してDACを介して正弦波励起を生成し、場合によっては多重化されたADCを介して二次復調を実行することも一般的になりつつあります。

コアが上方向に移動すると、上部の二次コイルの電圧が増加し、下部の電圧が減少します。その結果、出力電圧はゼロから増加します。この電圧は一次電圧と同位相です。コアが反対方向に移動すると、出力電圧もゼロから増加しますが、その位相は一次電圧と逆になります。出力電圧の位相によって変位の方向 (上または下) が決まり、振幅によって変位量が示されます。同期検出器は、変位に関連する符号付き出力電圧を決定できます。

LVDT は、数インチ (数百ミリメートル) までの長さの変位に対して出力電圧が本質的に線形になるように、細長いコイルを使用して設計されています。

LVDT は絶対位置センサーとして使用できます。電源をオフにしても、再起動すると LVDT は同じ測定値を示し、位置情報は失われません。最大の利点は、適切に設定すれば繰り返し性と再現性が得られることです。また、コアの一軸直線運動以外、軸の周りのコアの回転などの他の動きは測定値に影響しません。

スライディング コアはチューブの内側に触れないため、摩擦なしで移動でき、LVDT は信頼性の高いデバイスになります。スライドまたは回転する接点がないため、LVDT は環境に対して完全に密閉されます。

LVDT は、サーボ機構の位置フィードバックや、工作機械やその他の多くの産業および科学アプリケーションでの自動測定に よく使用されます。

• ドット表記
• リニアエンコーダ
• ロータリーエンコーダ

• バウマイスター、セオドア、マークス、ライオネル S. 編 (1967)、機械技術者のための標準ハンドブック(第 7 版)、マグロウヒル、LCCN  16-12915

• LVDT の仕組み: インタラクティブな説明
• フェーズの説明
• LVDT モデルとアプリケーション
• Analog Devices AD598 データシート: LVDT シグナル コンディショナー