lvdt传感器工作原理什么是LVDT？

发布时间：2024-11-25 19:11:01

什么是LVDT？

第一部分

一、什么是位移传感器？

位移传感器有叫做线性传感器它能够在不接触物体的情况下完成各种数据检测，如移动范围，振幅，角度，厚度等参数。目前广泛应用在机床控制，仪表检测等行业。

二、位移传感器的原理：

位移传感器是跟据磁场能量衰减变化来完成数据检测的，俗称莫尔条纹现象，此根据两个或者两个以上的磁场叠加，判断他们相对运动产生的差异曲线，最后生成所需要的数据。

三、位移传感器又可以分为几大类：

1.直线式

2.LT直线式

3.角度式

4.金属膜式

5.导电塑料式

6.光电式式

7.磁敏式式

8.金属玻璃铀式

9.绕线式

10.霍耳式

11.光电式

四、LVDT位移传感器是什么？

LVDT其实就是线性可变差动变压器，它属于直线位移传感器其中的一种，英文全称为Linear Variable Differential Transformer，LVDT则是其英文称谓缩写而来。

五、LVDT的作用：

LVDT可以用来测量物体的伸长度、震动频率、振幅、物体厚薄程度和膨胀度等精确数据。具体还可以用在机床工具和液压缸的定位，以及辊缝和阀门的控制等。

第二部分

摘要： 通过我厂发生的多次LVDT故障分析得出，安装不合理、就地接线松动、环境温度高、LVDT内部损坏等问题。阀门传动固定架无松动；改善安装环境；接线端子确保固定接线可靠；停机时，进行外观和端子接线检查及复紧接线工作；开机前各带LVDT反馈阀门必须进行全行程活动试验和反馈信号测量；加强巡检工作，查看LVDT状态、环境、伺服卡指示灯是否报警，并查看伺服卡指示灯以及阀门指令与反馈趋势对比偏差情况进行分析。

关键词： 线性可变差动变压器；故障分析；对策

0. 引言

LVDT在电厂应用的重要性。LVDT这套系统本身并不是太复杂，但它是DEH调门自动控制的反馈环节，LVDT主要用于汽轮机各进汽调门的阀位控制和阀位显示，而各进汽调门作为负荷控制的执行机构；所以确保LVDT正常工作就尤为重要。因其在DEH调节中占有重要地位而深受重视。

我厂发生多次LVDT故障,这和很多因素有关。有安装原因，接线原因，散热原因，卡件原因等，都会造成LVDT故障。针对这些原因我们也做了对应的整改。

当LVDT出现故障，将直接影响机组安全稳定运行和机组负荷变化需求等，同时更影响了发电效益；所以当机组正常运行过程中出现进汽调门LVDT故障时，就要求我们热控人员尽可能的在线消除故障；但是如果处理不当，很有可能导致机组甩负荷、非停等事件。

图1 安装实物

图2 安装实物

1. LVDT应用中的常见故障

1.1 以下因素均会导致LVDT故障

1) 铁芯上下移动卡涩、弯曲，导致参数突变

2) LVDT接线松动

3) 安装时初、次级线圈接线错误

4) LVDT本身已损坏，无法测量

5) 连杆固定件、密封件松脱，晃动大

1.2 原因分析

1) 安装原因：金属杆未校正，安装时未垂直横截面，易导致金属杆弯曲，造成卡涩；（安装时最为重要的就是要平面，并且要注意周围有无磁场问题，尽量远离磁场。然后被检测对象要与传感器材质一致，并且大于探头面的1.5倍。

2) LVDT传感器显示的参数不正确：一般这种情况大多数属于定位不准。可以将传感器取出来重新放置，调整安装的位置。重新检查安装以及线路问题。

3) LVDT位移传感器输出不正常：通常表现为磁环脱落、供电不足、接线不牢、安装不牢及工作盲区等问题，首先调整传感器的安装。此外还需要进一步检查磁环、电源、电线、接线等，有无问题。

4) 设备本身的老化，或内部断线或者是连接件未安装牢固，也造成调门反馈波动大。

2. 运行中LVDT故障应对方法

2.1 双路中单路LVDT故障

不会影响阀门的阀位反馈及机组的正常运行，可解除故障一路LVDT，可以待停机时更换；但是在机组运行状态下，为保证冗余备用，最好还是进行在线更换。

2.2 如何判断LVDT是否有故障

1) 交流电压反馈型：万用表测试LVDT的初级线圈及次级线圈的交流电压（0－5V），为确保不甩错LVDT，略微调整阀门开度，观察交流电压反馈的变化，以确定损坏的LVDT，以便于更换。

2) 直流电流反馈型：测量毫安量，看毫安量与实际位置是否对应略微调整阀门开度，观察信号变化。

3) 测量线圈电阻通过在伺服卡接线端用万用表测量LVDT初级、次级线圈电阻值可以端判断好坏。

4) 外观检查通过对LVDT的安装位置和阀门微调开度时，观察LVDT铁芯是否移动正常，铁芯、线路有无松脱现象判断LVDT是否工作正常。

2.3 其他情况

负荷、调门发生波动，要检查的项目很多，包括机务专业对液压油路、伺服阀及阀芯位置检查，热控专业要对逻辑进行分析，对DEH各卡件的工作情况进行检查，但我们可以先检查LVDT的工作情况，化简查找原因的繁琐步骤，提高效率。

2.4 如何在线更换LVDT

1) 首先做好安措，对将该阀门关闭和强制，伺服阀的进油截止阀关闭。

2) 更换前对故障的LVDT进行标记，以便新安装的LVDT与原来的位置尽量相同，然后按预先准备的方案进行检修。

3) 这个过程运行主管和热工主管必须到场进行过程监控，确保整个过程可控在控。

4) 有条件的，可以对调门进行试验：逐步将阀门的指令由0%至100%，再由100%至0%，比对阀门指令与反馈的一致性，调门的线性等。

5) 试验结果如完全符合要求，由工况解除指令强制。将DEH投入自动，正常投入使用。

2.5 在线更换LVDT注意事项

现在，贵溪对LVDT在线检修已经有比较完整的工作包和工艺卡。在线更换故障的LVDT时,必须保持系统稳定，不能出现大的扰动；因LVDT故障造成打闸停机是不可原谅的，如果能在线更换成功将极大减小机组安全运行存在的隐患，而由于机组带负荷运行，在更换LVDT过程中很有可能使阀门大幅摆动，导致系统出现大扰动甚至造成跳机。因此必须保证更换过程中的每一步均是可控的，阀门实际位置要保持稳定。

3. LVDT故障案例

3.1 案例简介

LVDT在我厂出现过多次故障，由于其本身参与DEH调节，所以它的故障可以导致主调门波动、甩负荷等重大安全问题。双路故障可以引起打闸等严重影响机组运行的事件。

以2013-2016年为例，三期出现过3次，二期出现过3次（包括小机）。最近的一次为11月8日，#5机组正常运行，负荷30万，#1主调门突然自行关闭，机组甩50%的负荷，热工、机务全力查找原因，热工检查发现LVDT单路故障，但我们的逻辑为二选一，并不会造成调门全关，机务进一步检查，发现阀芯脱落，但我们还是及时更换了LVDT，消除了一个安全隐患。

3.2 案例一

1) 故障现象：

2014年6月28日，热工巡检人员发现#5机组A小机伺服卡出现D3、D7指示灯常亮，伺服卡流水灯不亮。他立即向相关人员做了汇报。根据故障说明判断为LVDT2超限，专业上组织人员进行处理，如下图3。

图3

2) D3亮、D7亮原因查找及处理方法

经测量#5机A小机LVDT交流电压值发现小机进汽调节阀全关时LVDT1次级1电压值为2.88V，次级2电压值为3.40V；LVDT2次级1电压值为0.18V，次级2电压值为3.44V；通过电压值可以确认LVDT2次级1电压值偏低，进一步检查发现LVDT2次级1线圈引出线蓝线松脱。

处理方法：将松脱蓝线进行紧固后测量LVDT2次级1线圈电压值为2.86V,次级2电压不变。故障指示D3、D7灭，正常指示D4、D5亮。

主要原因：LVDT安装位置不好，温度和振动都有些高，有的必须要搬梯子才能够到，平常不利于巡检。

措施：每次停机对所有LVDT及伺服卡进行检查和紧线工作，为防止振动在固定底板下面加了橡皮垫子。

图 4 伺服卡故障

图5 伺服卡正常

图6 LVDT线圈原理

3.3 案例二

1) 设备情况介绍：3.1.1 三期阿尔斯通640MW机组单个阀门采用单个LVDT，水平安装，就地接线采用航空插头插接。LVDT本身带有变送器，由DEH的vickers卡供电，并通过另一组信号线返回4-20MA信号至vickers卡用于阀门开度的控制。当机组运行中LVDT发生故障时，对应调门会自动关闭，影响机组负荷，因此必须立即对LVDT进行更换。

2) 故障现象：2013年11月12日，08：50 发现#2机DEH画面#2中调门开度由72%缓慢下降至67%，后开度继续下降为55%，热工人员经过逻辑分析和数据比对，判断为LVDT故障，做好安措更换LVDT，经检查LVDT密封环老化，连杆松动。2014年4月25日09:12，#2机组负荷加到455MW，A中压调门自行关至41%，再热汽压力由3.59Mpa上升至4.01MPa。负荷降45万以下，而后A中压调门缓慢开至100%。09:45检查确认LVDT间断报故障。机组负荷稳定在41万运行 ,热工检修LVDT,经检查LVDT在密封容器里，温度太高造成线路接头老化。

图7 vickers卡故障

vickers卡检测到LVDT故障（A03.31卡两个黄颜色等灭，FF红灯亮）后，需要对其进行线路检查和更换。

3) 在线更换方法：

每次更换LVDT,应对逻辑参数详细不对，确认无误才可以开始工作。开好工作票，现场确定故障LVDT调门已经全关，并在DEH上将该调门指令强制为全关，关闭伺服阀的进油截止阀。在LVDT杆固定处做好标记，拆除故障LVDT。更换新的LVDT，新的LVDT杆固定位置尽量与原LVDT杆相同。强制阀门开度指令略开阀门，检查阀门动作正常，反馈正常后，强制阀门开度指令，逐步将阀门开至正常指令位置后解除强制。待停机后对阀门进行调试检查，整个在线更换过程结束。通过旋转连接铁杆的螺丝，调整反馈输出至阀门关位在逻辑中对应的量值。

图8 逻辑

逻辑图中阀门开度=(反馈值-关位值)/(开位值-关位值)*10000

=（4481-1000）/(6600-1000)*10000=6216

表示当前阀门开度为62.16%

图9 将LVDT安装盖板打孔方便散热

4. 结语

本文简要概括了LVDT在我厂发生的多次LVDT故障分析得出，安装不合理、就地接线松动、环境温度高、LVDT内部损坏等问题。

阀门传动固定架无松动；改善安装环境；接线端子确保固定接线可靠；停机时，进行外观和端子接线检查及复紧接线工作；开机前各带LVDT反馈阀门必须进行全行程活动试验和反馈信号测量；加强巡检工作，查看LVDT状态、环境、伺服卡指示灯是否报警，并查看伺服卡指示灯以及阀门指令与反馈趋势对比偏差情况进行分析。对航空插头一律用厂家直供的产品，尽量不自己焊线，防止工艺要求不到位，引起假焊、脱线。

针对三期现场LVDT温度高引发故障，我们举一反三对所有的LVDT的密封盖板打了散热孔。热工专业点检加强对调门的巡点检，每日查看调门反馈值，发现异常及时汇报。由于三期LVDT故障必须在线更换，所以热工专业要准备好充足的备件，以防应急。热控人员加强培训和安全交底，防止在处理过程中出现人为因素，造成更加严重的后果。在更换完成后，要做好事件记录，便于资料整理，统计和分析，待停机后对阀门进行调试检查，实验正常才能说：此项工作结束。

本文作者：陈川。在此致谢！

第三部分

LVDT(Linear Variable Differential Transformer)是线性可变差动变压器缩写，属于直线位移传感器。工作原理简单地说是铁芯可动变压器。它由一个初级线圈，两个次级线圈，铁芯，线圈骨架，外壳等部件组成。LVDT工作过程中，铁心的运动不能超出线圈的线性范围，否则将产生非线性值，因此所有的LVDT均有一个线性范围。

LVDT位移传感器原理及应用

作者:鲍亚子深圳市信为科技发展有限公司(总工程师)

一、概述

　　随着我国国民经济的高速发展，自动化程度的不断提高，传感器的用量越来越大，开发高新技术位移传感器产品具有广阔的前景。该产品具有精度高，动态特性好，工作可靠，使用方便等特点。

　　差动变压器式位移传感器（LVDT）可广泛应用于航天航空、机械、建筑、纺织、铁路、煤炭、冶金、塑料、化工以及科研院校等国民经济各行各业，用来测量伸长、振动、物体厚度、膨胀等的高技术产品。

　　深圳市信为科技发展有限公司是专业生产位置传感器的高科技公司，我公司生产的LVDT有分体式、回弹式、气动式、耐压式,及各种定制产品，具有测量精度高，性能稳定，防水，抗冲击能力强等特点，适合较恶劣环境下使用，是客户安全放心的选择。

二、工作原理

　　LVDT(Linear.Variable.Differential.Transformer)是线性可变差动变压器缩写。工作原理简单地说是铁芯可动变压器。它由一个初级线圈、两个次级线圈、铁芯、线圈骨架、外壳等部件组成。当铁芯由中间向两边移动时，次级两个线圈输出电压之差与铁芯移动成线性关系。

　　当初级线圈P1，P2之间供给一定频率的交变电压时，铁芯在线圈内移动改变了空间的磁场分布，从而改变了初、次级线圈之间的互感量，次级线圈S11，S22之间就产生感应电动势，随着铁心的位置不同，互感量也不同，次级产生的感应电动势也不同，这样就将铁芯的位移量变成了电压信号输出，由于两个次级线圈电压极性相反,参见图1,输出电压为差动电压。

图1：LVDT原理图

　　当铁芯往右移动时，次级线圈2感应的电压大于次级线圈1；当铁芯往左移动时，次级线圈1感应的电压大于次级线圈2，两线圈输出的电压差值大小随铁芯位移而成线性变化。图2中的虚线范围内是传感器的量程，当铁芯移动行程大于100%时（虚线之外段），两次级线圈输出电压的差值与铁芯位移线性关系变差。零点两边的实线段一般是对称的测量范围，两者都是交流信号而相位差180度。实际的LVDT线圈通常与壳体紧固为一体，铁芯与测杆紧固为另一体，当两体间发生相对位移时，就产生位移电压输出。

图2：LVDT的输出电压

三、技术性能

• 供电电压：

直流9V~28V

• 输出信号：

0~5VDC, 0~10VDC,

4~20 mA

数字输出RS485 RTU(或ASCII)

• 频率响应（-3dB）：

50HZ（电流输出）

250Hz（最大）

• 线性误差（满量程输出）：

≤±0.25% of FS

• 重复误差：

＜0.01% of FS

• 使用温度：

-25℃~+85℃（最大-55℃~+150℃)

• 零点温度系数：

≤ 0.025%/℃

• 灵敏度温度系数：

≤0.03%/℃(额定)

• 耐振极限：

10g，2kHz

• 抗冲击能力：

150g，11ms

四、LVDT具有以下特点:

1、无摩擦测量　　LVDT 的可动铁芯和线圈之间通常没有实体接触，也就是说LVDT 是没有摩擦的部件。它被用于可以承受轻质铁芯负荷，但无法承受摩擦负荷的重要测量。例如，精密材料的冲击挠度或振动测试，纤维或其它高弹材料的拉伸或蠕变测试。

2、无限的机械寿命

　　由于LVDT 的线圈及其铁芯之间没有摩擦和接触，因此不会产生任何磨损。这样LVDT的机械寿命，理论上是无限长的。在对材料和结构进行疲劳测试等应用中，这是极为重要的技术要求。此外，无限的机械寿命对于飞机、导弹、宇宙飞船以及重要工业设备中的高可靠性机械装置也同样是重要的。

3、无限的分辨率　　LVDT的无摩擦运作及其感应原理使它具备两个显著的特性。第一个特性是具有真正的无限分辨率。这意味着 LVDT 可以对铁芯最微小的运动作出响应并生成输出。外部电子设备的可读性是对分辨率的唯一限制。

4、零位可重复性　　LVDT 构造对称，零位可回复。LVDT的电气零位可重复性高，且极其稳定。用在闭环控制系统中，LVDT 是非常出色的电气零位指示器。

5、径向不敏感　　LVDT对于铁芯的轴向运动非常敏感，径向运动相对迟钝。这样，LVDT 可以用于测量不是按照精准直线运动的物体，例如，可把LVDT耦合至波登管的末端测量压力。

6、输入/输出隔离　　LVDT被认为是变压器的一种，因为它的励磁输入（初级）和输出（次级）是完全隔离的。LVDT无需缓冲放大器，可以认为它是一种有效的模拟信号元件。在要求信号线与电源地线隔离的测量和控制回路中，它的使用非常方便。

7、坚固耐用

　　制造LVDT所用的材料以及接合这些材料所用的工艺使它成为坚固耐用的变送器。即使受到工业环境中常有的强大冲击、巨幅振动，LVDT 也能继续发挥作用。铁芯与线圈分离LVDT 铁芯与线圈彼此分离，在铁芯和线圈内壁间插入非磁性隔离物，可以把加压的、腐蚀性或碱性液体与线圈组隔离开。这样，线圈组实现气密封，不再需要对运动构件进行动态密封。对于加压系统内的线圈组，只需使用静态密封即可。

8、环境适应性　　LVDT 是少数几个可以在多种恶劣环境中工作的变送器之一。例如，密封型LVDT 采用不锈钢外壳，可以置于腐蚀性液体或气体中。有时，LVDT 被要求在极端恶劣的环境下工作。例如，在类似液氮的低温环境中或核辐射环境。虽然在大多数情况下，LVDT具有无限的工作寿命（理论上），置于恶劣环境下的LVDT，工作寿命却因环境不同而各不相同。

9、LVDT与光栅，磁栅，等高精度测长仪器相比有以下几个优点缺点：　　优点：动态特性好，可用于高速在线检测，进行自动测量，自动控制。光栅、磁栅等测量速度一般为1.5m/s以内，只能用于静态测量。　　LVDT可在强磁场，大电流，潮湿，粉尘等恶劣环境下使用。　　可以做成在特殊条件下工作的传感器，如耐高压，高温，耐辐射，全密土封在水下工作。　　可靠性非常好，能承受冲击达150g/11ms ，振动频率2KHZ加速度20g。体积小，价格低，性能价格比高。

五、如何合理选择我公司的LVDT位移传感器？

　　选型时,考虑的主要技术因素有哪些呢？这里为大家介绍一下：

　　1、位移量程。位移量程指要求测量的位移量有多大,有2.5、5、10、15、25、50、100、250、500 mm等规格。量程选择和实际需要最好相近为宜，如实际用8 mm量程，那个选10mm规格即可。

　　2、输出信号。传感器输出的信号常规的有4-20mA、0-5V、0-10V、RS-485数字式、等。一般要求远距离传输(超过20米)，最好采用电流输出或数字输出，如果是多根传感器同时使用且距离远，采用数字RS-485输出较好。　　3、线性误差。位移测量时的误差值,用相对值表示，比如量程5mm的LVDT，线性误差为0.25%，表示测量位移时的误差值5mm×0.25%=1.25um。　　4、分辨率。分辨率是指传感器能够测量的最小变化大小。对于LVDT位移传感器,最小分辨率最高可达0.01um，磁尺位移传感器最高分辩率达1um，数字输出的位移传感器的分辨率为16-Bit。

　　5、传感器工作环境。比如产品是否需要具备耐高低温，是否需要耐压，是否需要具备防尘防水防油以及抗电磁波辐射的功能。有些传感器对环境的粉尘比较敏感，比如光栅传感器的工作环境一定要无尘，且不能有振动,传感器需要经常擦拭干净，否则会影响检测，而LVDT或磁尺可适合恶历的工作环境。

　　6.测头的连接方式。有分体式和回弹式两种选择,如果在被测件上便于打孔固定的情况上，应选择分体式的LVDT，如果被测件上只能接触表面测量，那需要选择回弹式LVDT。

　　7、动态响应。传感器是用于测量动态或准静态场所,LVDT位移传感器动态频率最高可达300HZ, 对于动态要求高于10HZ，回弹式LVDT将不适应。

　　8、安装方式。传感器的机械尺寸、固定方式,可以根据客户具体使用环境设计安装夹具。

六、SOWAY产品应用实例

　　1.风机新能源法兰间隙测量：海上风机发电的固定叶轮的法兰间隙需要在线测量法兰上的螺铨是否松动，以防因螺铨松动发生事故。我公司的产品SDVB20Z-6，测量位移0-6mm,精度0.25%，分辩率1um，输出RS485-RTU数字输出信号。传感器具有防潮防盐雾，传感器的主体部分和测头夹具部分分别用胶粘贴在法兰的两边，当螺铨松动时，法兰间隙发生变化，传感器产品已申请了国家新型实用专利产品。

　　2.汽车玻璃生产: 汽车玻璃由于是一个曲面, 在测量产品是否合格时要求一次多点测量,如外型尺寸和曲面的尺寸,利用我公司生产的SDVB8-8型回弹式LVDT应用在测量汽车玻璃的曲面,同时可测20 ~60个点位,测量精度高，重复性好，传感器可互换。该产品已申请国家发明专利。

　　3.比例阀门: 用LVDT精确测量双向比例阀的阀芯的位置，以便输出0-5V或4-20mA的标准电流信号经过与预先设定的值进行比较后输出一个调节信号给与阀相连的电磁开关线圈，以便在闭环阀门控制系统中动态精确控制阀芯的位置，我公司生产的SDVG20-8 型SDVG20-40LVDT应用在比例阀的位置检测与控制中。