Как точность датчиков смещения LVDT влияет на точность сервоклапанов (пропорциональных клапанов)? 

Часть первая: Точность LVDT

LVDT известны своей высокой точностью, хотя «точность» является комплексным показателем, который невозможно описать одной цифрой. Обычно она определяется несколькими ключевыми параметрами, конкретные значения которых варьируются в зависимости от модели LVDT, конструкции и процесса производства.

1. Типичный диапазон точности:

– Стандартный LVDT промышленного класса: Линейность варьируется от ±0,01% до ±0,5% от полной шкалы.

– Высокоточный LVDT: линейность от ±0,001% до ±0,1% или даже выше.

2. Основные показатели, составляющие точность:

– Линейность: это наиболее важный показатель. Он обозначает максимальное отклонение между фактической характеристической кривой выходного сигнала LVDT и наиболее подходящей прямой линией. То, что мы обычно называем «точностью», в первую очередь относится к этому параметру.

– Разрешение: Теоретически разрешение LVDT бесконечно, поскольку он работает по принципу трансформатора без электрических контактов, производя непрерывно изменяющийся выходной сигнал. В практических системах разрешение ограничено уровнем шума связанных электронных компонентов (демодулятора, аналого-цифрового преобразователя).

– Повторяемость: LVDT обычно демонстрируют отличную повторяемость (достигая точности на уровне микрометров), что означает, что в одинаковых условиях повторные измерения в одном и том же месте дают высокостабильные результаты.

– Температурный дрейф: колебания температуры вызывают изменения сопротивления и размеров катушки, что приводит к дрейфу нулевой точки и чувствительности. Высокоточные LVDT компенсируют это за счет выбора материалов и конструкции схемы.

Часть вторая: Как LVDT обеспечивают управление смещением в замкнутом контуре в сервоклапанах

В основе сервоклапана лежит «силовой двигатель» или «моментный двигатель», который генерирует усилие, пропорциональное входному электрическому сигналу, для приведения в движение золотника. Функция LVDT заключается в точном информировании контроллера о фактическом положении золотника.

Подробные этапы процесса управления с обратной связью:

1. Установите цель (входной сигнал):

– Система управления (например, ПЛК или контроллер движения) выдает сигнал командного напряжения (например, от -10 В до +10 В), который представляет желаемую величину и направление смещения золотника.

2. Генератор привода (сервоусилитель):

– Этот командный сигнал поступает в сервоусилитель (также известный как сервоконтроллер).

На этом этапе сервоусилитель также получает сигналы обратной связи от LVDT.

– Компаратор внутри усилителя немедленно вычисляет: ошибка = командный сигнал – сигнал обратной связи.

3. Приводной механизм (мотор-редуктор и золотник клапана):

– Сервоусилитель усиливает сигнал ошибки и преобразует его в соответствующий токовый выходной сигнал для двигателя крутящего момента.

– Мотор с крутящим моментом создает магнитную силу, продвигая золотник клапана в направлении, устраняющем погрешность. При положительной погрешности золотник движется в одном направлении, при отрицательной погрешности – в противоположном.

4. Обратная связь по обнаружению (работа LVDT):

– Корпус LVDT закреплен на корпусе клапана, а его подвижный сердечник напрямую соединен с золотником сервоклапана через немагнитный соединительный стержень.

– Когда золотник клапана перемещается, он приводит в движение железный сердечник LVDT.

– LVDT непрерывно контролирует фактическое положение золотника, преобразуя его в демодулированный сигнал постоянного напряжения (например, -10 В соответствует максимальному отрицательному смещению, 0 В – центральному положению, а +10 В – максимальному положительному смещению). Это и составляет сигнал обратной связи.

5. Коррекция замкнутого контура:

– Этот сигнал обратной связи немедленно поступает на вход сервоусилителя, где он сравнивается с сигналом команды.

– До тех пор, пока сигнал ошибки не равен нулю (т. е. золотник клапана не достиг назначенного положения), сервоусилитель будет непрерывно подавать ток для привода двигателя крутящего момента, приводя в движение золотник клапана.

– Этот процесс продолжается до тех пор, пока сигнал обратной связи не приблизится к сигналу команды на бесконечно близкое расстояние, а погрешность не станет равна нулю. В этот момент золотник клапана точно стабилизируется в желаемом положении.

Почему этот замкнутый цикл так важен?

– Преодоление трения и гидродинамических сил: Движению золотника клапана препятствуют трение и мощные силы гидравлического потока (гидродинамические силы). Без системы управления с обратной связью эти силы привели бы к неточному позиционированию золотника клапана. Система с обратной связью обнаруживает отклонения, вызванные этими возмущениями, и немедленно увеличивает движущую силу, чтобы их компенсировать.

-Улучшенная частотная характеристика: замкнутый контур управления позволяет золотнику клапана отслеживать быстро меняющиеся сигналы управления с большей скоростью и точностью.

– Гарантированная точность управления: конечная точность позиционирования золотника клапана больше не зависит исключительно от точности механических и магнитных цепей, а обеспечивается и определяется высокоточным датчиком LVDT. Система распознает только обратную связь по положению от датчика LVDT и не прекращает работу до достижения заданной цели.

Резюме

LVDT, действующий как «глаза» сервоклапана, обеспечивает высокоточную и надежную обратную связь по фактическому перемещению золотника. Вместе с сервоусилителем он образует надежную систему управления перемещением с замкнутым контуром. Эта система активно преодолевает различные внутренние и внешние помехи, обеспечивая точное соответствие положения золотника входной команде. В результате достигается точное, быстрое и стабильное управление расходом или давлением в гидравлической системе. Это также одна из основных причин, по которой сервоклапаны значительно превосходят по своим характеристикам обычные пропорциональные клапаны и клапаны типа «открыто/закрыто».