датчик измерения
линейных перемещений

Промышленные датчики измерений линейных перемещений применяют там, где системе требуется непрерывно определять положение подвижного элемента. В отличие от концевого выключателя, фиксирующего отдельную точку, аналоговый датчик позволяет контролировать положение по всему рабочему диапазону.

Основные области применения:

• контроль положения штока гидро- и пневмоцилиндра;
• измерение хода исполнительного механизма;
• обратная связь по положению регулирующего клапана;
• контроль деформации и перемещения на испытательном стенде;
• измерение положения рабочих органов станков и технологических машин;
• контроль тепловых перемещений и положения элементов энергетического оборудования;
• регистрация движения узлов в исследовательских установках.

LVDT-датчики применяются в промышленной автоматизации, энергетике, испытательных системах, приводах, клапанах и гидроцилиндрах. Подвижный сердечник механически связан с контролируемым объектом, а его положение преобразуется в дифференциальный электрический сигнал.

Для измерения линейного положения используют несколько технологий. Наиболее распространены потенциометрические, магнитострикционные, индуктивные LVDT, оптические и датчики на эффекте Холла. Они различаются диапазоном, конструкцией, способом взаимодействия с объектом и форматом выходного сигнала.

В потенциометрическом датчике подвижный контакт перемещается по резистивной дорожке. Решение отличается простой схемой и доступной интеграцией, однако в измерительном элементе присутствует механический контакт. При большом количестве циклов необходимо учитывать износ токосъёмника и дорожки.

Магнитострикционный датчик определяет положение магнита вдоль волновода. Такие устройства обеспечивают бесконтактное абсолютное измерение и часто применяются в гидроцилиндрах и системах с большим рабочим ходом. На рынке представлены исполнения с выходами 4–20 мА, 0–10 В и цифровыми интерфейсами.

LVDT — линейный переменный дифференциальный трансформатор. Он состоит из первичной обмотки, двух вторичных обмоток и подвижного ферромагнитного сердечника. На первичную обмотку подаётся переменное напряжение, а смещение сердечника изменяет магнитную связь со вторичными обмотками. Разность их напряжений соответствует величине перемещения, а фаза сигнала позволяет определить направление относительно электрического нуля.

Сердечник перемещается внутри обмоток без электрического контакта с ними. Поэтому в измерительной паре отсутствует изнашиваемая резистивная дорожка, а технология подходит для многократных циклов, динамических измерений и работы в тяжёлых условиях.

В центральном положении сердечника напряжения на двух вторичных обмотках равны, а их разность близка к нулю. При смещении сердечника в одну сторону напряжение одной обмотки увеличивается, а другой уменьшается. При движении в противоположную сторону изменяется фаза дифференциального сигнала.

Сам AC-LVDT выдаёт низкоуровневый сигнал переменного напряжения. Для получения значения, пригодного для контроллера или системы сбора данных, применяется внешний измерительный усилитель или нормирующий преобразователь. Он формирует возбуждение первичной обмотки, демодулирует сигналы вторичных обмоток и преобразует результат в 0–10 В, 4–20 мА или другой требуемый формат.

Токовый сигнал 4–20 мА широко применяется в промышленной автоматизации для передачи измеренного значения на ПЛК, регистратор или распределённую систему управления. На рынке представлены датчики со встроенной электроникой и прямым выходом 4–20 мА, а также первичные преобразователи, работающие через внешний нормирующий модуль.

При выборе датчика линейного перемещения 4–20 мА важно определить, где должна находиться электроника обработки:

• внутри датчика — упрощает непосредственное подключение к контроллеру;
• во внешнем шкафу — позволяет вынести электронные компоненты из зоны высокой температуры, вибрации или ограниченного монтажного пространства;
• в отдельном измерительном модуле — даёт возможность согласовать возбуждение, ноль, чувствительность и диапазон выходного сигнала с конкретным датчиком.

Датчики ЛРДТ-001 и ЛРДТ-002 производства КБ «ТЕТА ТЕХНОЛОГИЯ» относятся к AC-LVDT без встроенного демодулятора. Они не выдают 4–20 мА непосредственно: стандартный токовый сигнал должен формироваться внешним преобразователем. Такой вариант подходит для систем, где измерительный модуль уже предусмотрен либо требуется вынести электронику из зоны эксплуатации датчика.

ЛРДТ-002 подходит для задач, где требуется компактное щуповое исполнение с резьбовым присоединением. Рабочий ход базовой модели составляет 52 мм, длина корпуса — 95 мм.

ЛРДТ-001 предназначен для встраивания в протяжённый подвижный узел. Датчик имеет фланцевое крепление, боковое расположение разъёма и увеличенную чувствительную часть.

Окончательный выбор выполняется после проверки монтажной схемы, требуемого хода, способа соединения сердечника с объектом и параметров измерительного канала.

Рабочий диапазон
Рабочий ход датчика должен перекрывать фактическое перемещение объекта с учётом допусков, крайних положений и монтажной регулировки. При этом не следует без необходимости выбирать слишком большой диапазон: он влияет на габариты и требования к измерительной системе.

Конструкция и монтаж
Необходимо проверить длину и диаметр корпуса, резьбу, фланцы, положение разъёма, конструкцию штока или свободного сердечника. Для замены установленного датчика особенно важны посадочные и присоединительные размеры.

Выходной сигнал
Следует заранее определить, какой сигнал принимает система управления: исходный AC-сигнал LVDT, 0–10 В, 4–20 мА или цифровой интерфейс. Если используется AC-LVDT, проверяются напряжение и частота возбуждения, чувствительность, схема вторичных обмоток и совместимость с нормирующим преобразователем.

Условия эксплуатации
При подборе учитываются температура, вибрация, ударные нагрузки, влажность, загрязнение, давление рабочей среды и требуемая степень защиты. Возможность установки внутри гидроцилиндра нельзя определять только по принципу LVDT: исполнение должно быть рассчитано на давление и конкретную рабочую среду.

Требуемые характеристики измерения
В техническом задании следует указать допустимую погрешность, линейность, повторяемость, разрешение и требуемое быстродействие. Эти параметры нельзя заменять общим требованием «высокая точность»: для подбора нужны численные значения или требования системы.

Что предоставить для подбора
Для предварительного подбора датчика измерения перемещений рекомендуется направить:

• Назначение и модель оборудования.
• Маркировку установленного датчика.
• Технический паспорт или описание исходного изделия.
• Рабочий ход и крайние положения контролируемого узла.
• Чертёж места установки и присоединительные размеры.
• Параметры питания, возбуждения и выходного сигнала.
• Тип входа контроллера или применяемого преобразователя.
• Рабочую температуру, вибрацию, давление и другие условия среды.
• Требования к кабелю, разъёму и степени защиты.
• Фотографии маркировки, датчика и точки монтажа.

Если полного комплекта документов нет, проверку можно начать по артикулу, фотографии, чертежу или имеющемуся образцу. По результатам определяется, подходит ли серийное исполнение, требуется ли адаптация или необходим реинжиниринг.

При замене импортного датчика недостаточно совпадения рабочего хода. У изделий могут различаться напряжение и частота возбуждения, чувствительность, электрический ноль, схема подключения, резьба, длина корпуса и условия эксплуатации.

КБ «ТЕТА ТЕХНОЛОГИЯ» разрабатывает и производит датчики линейных перемещений, а также рассматривает задачи подбора и изготовления функциональных аналогов импортных LVDT. В зависимости от исходных данных может быть предложено серийное изделие, адаптированное исполнение или разработка по согласованному техническому заданию.

Чтобы подобрать датчик измерения линейных перемещений, направьте маркировку, техническое описание, чертёж или фотографию установленного изделия. Инженеры КБ «ТЕТА ТЕХНОЛОГИЯ» проверят рабочий ход, конструкцию, условия эксплуатации и совместимость с измерительным каналом.

По результатам проверки можно определить подходящее исполнение ЛРДТ, требования к внешнему преобразователю и необходимость адаптации монтажных или электрических параметров.