LVDT　（差動変圧器）を分かりやすく解説します

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USE CASE LVDT(差動変圧器)

LVDTは、機械的な直線運動を電圧・電流・電気信号などに変換して検出するセンサです。「Linear Variable Differential Transformer」の略称であり、日本では「差動変圧器」とも呼ばれています。

LVDTとは

LVDTは変位センサの一種であり、物体がある位置から他の位置へ移動したとき、その移動量(＝変位量)を測定するために用いられています。変位センサは、測定対象物に直接触れて測定する「接触式」と、光・磁気・音波などを用いて測定対象物に触れずに測定する「非接触式」の2つに大きく分けられますが、LVDTは接触式に該当するものです。LVDTの歴史はそれなりに古く、1940年代に商品化されてから現在に至るまで、長年に渡って活用されてきました。

構造

LVDTは、「差動トランス」と呼ばれる方式で変位量を測定するセンサです。LVDTの内部は中心にコアがあり、コアを包むようにして一次コイルが一つ、二次コイルが二つ配置されています。また、コアの先端には接触子が取り付けられており、バネや空気圧によって測定対象物に押し付けられています。測定対象物に何らかの変位が発生すると、接触子を通じてコアがスライドするという構造です。

原理

コイルに電流を流すと磁界が発生しますが、測定対象物の変位によってコアがスライドすると、コアの移動量に応じてコイルのインピーダンスが変化し、出力電圧も変化します。コアの移動量は測定対象物の変位量を示すため、出力電圧の変化から変位量を測定できます。これが、LVDTによる変位量測定の基本的な原理です。

特長

LVDTの特長は、大きく4つあります。

1つ目は、摩擦のない構造を持つ点です。LVDTのコアと一次コイル・二次コイルの間には機械的な接触がないため、こすれや抵抗といった摩擦が発生しません。そのため、部品が摩耗することがなく、長寿命なセンサとして高い信頼性が求められる用途で活用できます。

2つ目は、高い分解能と精度を持つ点です。LVDTは摩擦のない構造で動作するため、コアの極めて小さい変化であっても正確に測定できます。理論的には無限の分解能を持ちますが、実際は周辺機器による制限を受けるため、ミクロンメートル単位の変位量を検知することが可能です。また、同様の理由から測定の再現性も高いので、精密な測定を繰り返し行えます。

3つ目は、LVDTが絶対出力のセンサである点です。コアの位置によって出力電圧が変化するので、絶対位置を把握できます。そのため、電源に異常が発生しても送信中の位置データが失われず、再起動した場合の出力値は電源異常が発生する前と同じになります。

4つ目は、用途に応じてさまざまなサイズのLVDTを選定できる点です。LVDTのメーカー各社は豊富なラインナップをそろえており、短いものだと数mm程度、長いものだと±300mm程度の変位量まで検知できます。また、防水仕様・防爆仕様・耐熱仕様など、さまざまな測定環境を想定したLVDTも提供されているので、あらゆるシーンで活用できるのがメリットです。