변위센서 - 올텍오토메이션

변위센서 LVDT(Linear Variable Differential Transformer)

LVDT(선형변위 차동트랜스)는 RVDT(회전변위 차동트랜스)와 함께 변위의 측정이나 제어용 센서로 널리 이용되고 있을 뿐만 아니라, 하중이나 압력과 같은 물리적 변화량을 선형변위로 변환하는 수단으로 이용되고 있다. 초 정밀성과 반복특성, 극한 환경에서의 측정이 가능하므로 다 방면의 산업현장과 군사·우주항공 분야에서 중요한 의미를 갖는 변환기(Transducer)이다.

1.    마찰 없는 측정과 무한수명

  접촉저항이 전혀 없는 장치이므로 마찰부하가 허용되지 않는 섬세한 측정에 이용할 수 있다. 일례로 유연한 소재의 다이내믹한 편향이나 진동 테스트, 섬유 기타 고 신축성 소재의 인장이나 크립 테스트를 들 수 있다.
  코일과 코어는 접촉과 마찰이 전혀 없으므로 마모가 있을 수 없고 실질적으로 무한한 수명을 갖는다. 이것은 재료 및 구조의 피로수명을 측정하는 응용에서는 불가결의 요구사항이며, 비행기·미사일·우주왕복선·중요한 산업장비 등의 고 신뢰성 메커니즘과 시스템 역시 무한수명이 매우 중요한 것이다.


2.    무한 분해능과 안정적인 반복특성

  LVDT의 두 가지 특징가운데 첫째는 진정한 무한분해능이다. 즉, 아무리 미소한 코어의 모션일지라도 이에 상응하는 출력이 생성되어 무한 분해능이 제공되며, 이 분해능은 사용하는 전자장치에 따라 제한될 뿐이다. 다음으로 LVDT 구조 본래의 대칭성으로 인하여 영점(Null position)의 재현성에서 초 안정적인 특징을 갖는다. 그러므로 고 이득 폐회로 제어시스템에서 정밀한 제로위치 지시계로 이용되고 있다.


3.    환경적 적합성

  LVDT는 스텐강 구조이므로 부식성 액체 속이나 유독성 기체가 발산되는 부적합한 여러 가지 환경 속에서 사용할 수 있는 몇 안 되는 변환기 중 하나이다. 용접밀폐가 가능하므로 외부와의 접속단자가 안정성 있는 방식을 따른다면 인화성 환경이나 분진이 포함된 위험한 분위기에서도 사용이 가능하다. 액화질소나 액화산소에 잠기는 극 저온환경에 적합한 소재와 기술로 만들어진 모델도 있으며, 600℃의 고온과 고밀도 방사능의 핵 반응장치용 구조, 연속적인 고압유체환경과 이들 극한 환경들이 복합적으로 중첩되는 환경에서도 사용할 수 있도록 설계된 LVDT가 있다.


4.    LVDT의 구조와 동작

앞에서도 언급한 바와 같이 LVDT는 Electro-mechanical device로서 분리개채로 자유로이 이동하는 코어의 변위에 비례하여 전기적 출력이 생성되는 장치이다. 1차 코일을 감은 원통형의 코일보빈에 두개의 2차 코일을 대칭으로 감은 구조이며, 코일 속으로 코어를 삽입하면 1차와 2차 코일들을 연계하는 자력선의 유도가 생긴다. 1차 코일이 외부의 AC 소스에 의해 자화되면 코어를 통하여 두 개의 2차 코일에 전압이 유도된다. 2차 코일을 서로 감긴 방향이 반대가 되도록 접속하면 출력전압은 두 2차 코일 전압의 차가 되며, 코어가 중앙(Null 위치)에 위치할 때 두 전압은 상쇄되어 영이 된다. Null 위치로부터 전압이 증가하는 코일방향으로 코어를 이동시키면 유도전압은 증가하고, 그 반대의 코일로 이동시키면 감소한다. 이러한 동작으로 코어의 위치변화와 함께 직선적으로 변하는 편차전압의 출력이 생성된다. 코어가 Null의 한 쪽에서 다른 편으로 이동하는 찰나에 출력전압의 위상은 급격하게 180°반전한다.


5.    측정범위와 성능

  LVDT의 측정범위는 ±0.001mm 범위의 초소형/초정밀형에서부터 ±500mm 또는 그 이상에 이르는 다양한 모델들이 있다. 측정범위란 ±0.25% FS의 직선성이 보장되는 사용범위를 말하며, 이 범위의 150%에서도 모델에 따라 0.25~0.75 %FS의 측정성능을 제공한다. 공칭 측정범위 미만의 사용에서는 50%의 경우 0.10%FS까지의 더 좋은 직선성을 제공하게 되므로 초정밀 측정의 응용이 가능하다.
  사용목적에 따라서 Probe 타입의 Gauge head를 선택하거나, DC-in/DC-out의 DC용을 선택하여 측정시스템과 제어시스템의 구성을 간소화 할 수 있다. AC 1~6Vrms, 400~10kHz의 Excitation 전압과 -55~200℃ 환경에서 진동과 내충격성이 강한 일반적인 성능은 물론, 고온/고압 쳄버에 매립하여 사용하는 특수모델과 유압실린더 전용으로 Magnetostrictive 타입의 위치/속도 변환기가 있다.