線性可變差動變壓器 (LVDT) 是一種機電傳感器，可感測磁芯的機械位移并在輸出端產(chǎn)生成比例的交流電壓。高分辨率（理論上無限）、高線性度（0.5% 或更高）、高靈敏度和零機械摩擦是 LVDT 器件的一些重要特性。
　　在本文中，我們將了解 LVDT 的結(jié)構(gòu)和工作原理。我們還將檢查這些傳感器的三個重要參數(shù)：線性范圍、線性誤差和靈敏度。  　　
　　LVDT 的結(jié)構(gòu)
　　圖 1 顯示了基本 LVDT 的剖視圖和電路模型。它由一個初級繞組組成，通過一個可移動磁芯耦合到兩個次級繞組。當(dāng)導(dǎo)磁芯移動時，初級繞組和每個次級繞組之間的磁耦合相應(yīng)地改變。這會在兩個繞組上產(chǎn)生位置相關(guān)的電壓信號，可用于確定物體的位置。
　　　　圖1(a)。LVDT 的剖視圖。圖片由霍尼韋爾提供　
　　圖 1(b)。LVDT 的電路模型　　
　　兩個次級繞組是串聯(lián)相反的，這意味著它們串聯(lián)連接但纏繞方向相反。磁芯通常通過非鐵磁棒連接到正在測量其運動的物體，并且線圈組件通常固定為靜止形式。 
　　它是如何工作的？
　　圖 2 顯示了完美居中的核心如何理想地產(chǎn)生零輸出。輸入由適當(dāng)頻率的交流電壓 (V EXC ) 激勵。由于兩個次級線圈對稱地纏繞在初級線圈的兩側(cè)，因此居中的磁芯導(dǎo)致從初級線圈到兩個次級線圈的磁耦合相等。當(dāng)次級繞組串聯(lián)相對時，兩個次級繞組上將感應(yīng)出極性相反的相等電壓（V s1  = -V s2）。因此，兩個繞組的電壓將抵消，總輸出為零（V out  = 0）。 
　　　　圖 2.具有完美居中磁芯的 LVDT　
　　當(dāng)磁芯如圖 3 所示向上移動時，初級和第一次級之間的耦合變得更強。與第二個次級相比，這會導(dǎo)致第一個次級上的交流電壓更大 (|V s1 | > |V s2 |) 和非零輸出 (V out )。請注意，輸出與 V s1同相，但其幅度相對較小。
　　對于圖 3 所示的示例，當(dāng)磁芯經(jīng)歷向上位移時，輸出在理想情況下應(yīng)與 V EXC同相。
　　　　圖 3.鐵芯向上移動的 LVDT　　
　　巖心向下位移的典型波形如圖4所示。
　　　　圖 4.鐵芯向下移動的 LVDT　　
　　在這種情況下，初級和第二次級之間的磁耦合增加，導(dǎo)致 |V s2 | > |V s1 |。正如您所看到的，我們將得到一個非零 V輸出，理想情況下與激勵電壓成 180° 異相。　
　　轉(zhuǎn)換功能
　　圖 5 顯示了典型 LVDT 的傳遞函數(shù)。x 軸是核心距中心的位移。y 軸是輸出交流電壓的幅度。
　　　　圖 5.圖片由《 傳感器和信號調(diào)理》的 Ramón Pallás-Areny 和 John G. Webster 提供
　　
　　在原點 (x = 0)，輸出理想為零。當(dāng)磁芯在任一方向上偏離中心時，輸出幅度隨著磁芯位移線性增加。請注意，僅測量輸出的幅度，我們無法確定磁芯是否向左或向右移位。我們需要知道輸出的幅度和相位。 
　　
　　線性范圍
　　如圖 5 所示，LVDT 僅在有限的磁芯位移范圍內(nèi)呈現(xiàn)線性傳遞函數(shù)。這被指定為 LVDT 的線性范圍。
　　為什么超出此范圍設(shè)備不再具有線性關(guān)系？
　　我們可以想象，當(dāng)磁芯距零位的位移超過一定值時，從初級繞組耦合到磁芯的磁通量就會減少。因此，這導(dǎo)致相應(yīng)次級繞組上出現(xiàn)的電壓降低。在具有線性傳遞函數(shù)的情況下，磁芯可以從其零位移動的最大距離稱為滿量程位移。 
　　提供多種 LVDT，涵蓋小至 ±100 μm 至 ±25 cm 的位移范圍。能夠測量更大范圍的 LVDT 還可用于實驗室、工業(yè)和潛水環(huán)境。　　
　　線性誤差
　　即使在線性范圍內(nèi)，LVDT 輸出與磁芯位移的關(guān)系圖也不是完美的直線。輸出可能會稍微偏離為最適合輸出數(shù)據(jù)而構(gòu)造的直線。
　　導(dǎo)致器件標稱線性范圍內(nèi)出現(xiàn)非線性的一種機制是磁性材料的飽和。即使鐵芯處于零位，這也會產(chǎn)生三次諧波分量。通過在 LVDT 輸出上應(yīng)用低通濾波器可以抑制該諧波。
　　LVDT 輸出與預(yù)期直線擬合的最大偏差被視為線性誤差。線性誤差通常表示為全范圍輸出的+/-百分比。例如， Measurement Specialties, Inc. 的E-100 LVDT 的最大線性誤差為滿量程范圍的 ±0.5%。
　　　　靈敏度
　　靈敏度或傳輸比使我們能夠?qū)⑤敵鲭妷号c磁芯位移聯(lián)系起來。為了確定靈敏度，我們以建議的驅(qū)動電平（ E-100 LVDT 為3 V RMS ）為初級通電，并通過滿量程位移將磁芯移離零位。現(xiàn)在，我們測量兩個次級繞組上的電壓，以找到總輸出電壓 (V out )。將這些值代入以下等式中，我們可以求出 LVDT 靈敏度：
　　　　靈敏度通常以毫伏輸出每伏激勵每千分之一英寸磁芯位移 (mV/V/mil) 來指定。例如，E-100 的靈敏度為 2.4 mV/V/mil。有了靈敏度，我們就可以確定信號調(diào)理電路所需的增益。