Cosa è un LVDT?

Cos'è un LVDT?

Definizione di LVDT

Il LVDT, o Linear Variable Differential Transformer, è un trasduttore induttivo che converte il movimento lineare in un segnale elettrico. È altamente apprezzato per la sua precisione e affidabilità. L'uscita tra i secondari di questo trasformatore è differenziale, da cui il nome. È un trasduttore induttivo molto preciso rispetto ad altri trasduttori induttivi.

Costruzione del LVDT

Caratteristiche principali della costruzione

• Il trasformatore è composto da un avvolgimento primario P e due avvolgimenti secondari S1 e S2 avvolti su un nucleo cilindrico (che è cavo e contiene il core).

• Entrambi gli avvolgimenti secondari hanno un numero uguale di spire e sono posizionati ai lati dell'avvolgimento primario.

• L'avvolgimento primario è collegato a una sorgente AC che produce un flusso nell'interstizio d'aria e induce tensioni negli avvolgimenti secondari.

• Un nucleo di ferro morbido mobile è posizionato all'interno del nucleo e lo spostamento da misurare è connesso al nucleo di ferro.

• Il nucleo di ferro è generalmente di alta permeabilità, il che aiuta a ridurre gli armonici e la sensibilità elevata del LVDT.

• Il LVDT è posizionato all'interno di un involucro in acciaio inossidabile per fornire schermatura elettrostatica ed elettromagnetica.

• Gli avvolgimenti secondari sono connessi in modo tale che l'uscita risultante sia la differenza tra le tensioni dei due avvolgimenti.

Principio di funzionamento e operazione

Poiché il primario è collegato a una sorgente AC, vengono prodotti corrente e tensione alternata negli avvolgimenti secondari del LVDT. L'uscita nel secondario S1 è e1 e nel secondario S2 è e2. Quindi, l'uscita differenziale è,

Questa equazione spiega il principio di funzionamento del LVDT.

Ora si presentano tre casi in base alla posizione del nucleo, che spiegano il funzionamento del LVDT, come segue:

• CASO I Quando il nucleo è nella posizione di riferimento (per nessuno spostamento). Quando il nucleo è nella posizione di riferimento, il flusso che collega entrambi gli avvolgimenti secondari è uguale, quindi l'FEM indotto è uguale in entrambi gli avvolgimenti. Quindi, per nessuno spostamento, il valore dell'uscita eout è zero, poiché e1 ed e2 sono uguali. Ciò indica che non si è verificato alcuno spostamento.

• CASO II Quando il nucleo viene spostato al di sopra della posizione di riferimento (per uno spostamento al di sopra del punto di riferimento)

• In questo caso, il flusso che collega l'avvolgimento secondario S1 è maggiore rispetto a quello che collega S2. Di conseguenza, e1 sarà maggiore rispetto a e2. Di conseguenza, la tensione di uscita eout sarà positiva.

• CASO III Quando il nucleo viene spostato al di sotto della posizione di riferimento (per uno spostamento al di sotto del punto di riferimento). In questo caso, la magnitudine di e2 sarà maggiore rispetto a e1. Di conseguenza, l'uscita eout sarà negativa e indicherà lo spostamento al di sotto del punto di riferimento.

Uscita VS Spostamento del Nucleo

La tensione di uscita di un LVDT mostra una relazione lineare con lo spostamento del nucleo, come rappresentato da una curva lineare su un grafico. Alcuni punti importanti sulla magnitudine e sul segno della tensione indotta nel LVDT:

La quantità di variazione di tensione, sia negativa che positiva, è proporzionale alla quantità di movimento del nucleo e indica la quantità di moto lineare. Osservando se la tensione di uscita aumenta o diminuisce, si può determinare la direzione del moto. La tensione di uscita di un LVDT è una funzione lineare dello spostamento del nucleo.

Vantaggi del LVDT

• Ampia gamma – I LVDT possono misurare una vasta gamma di spostamenti, da 1,25 mm fino a 250 mm, il che ne aumenta la versatilità in varie applicazioni.

• Nessuna perdita per attrito – Poiché il nucleo si muove all'interno di un nucleo cavo, non ci sono perdite di spostamento dovute all'attrito, rendendo il LVDT un dispositivo molto preciso.

• Alta tensione di ingresso e alta sensibilità – L'uscita del LVDT è così alta che non richiede amplificazione. Il trasduttore possiede una sensibilità elevata, tipicamente circa 40 V/mm.

• Basso isteresi – I LVDT mostrano un basso isteresi e quindi una ripetibilità eccellente in tutte le condizioni.

• Basso consumo di potenza – Il consumo di potenza è di circa 1 W, molto inferiore rispetto ad altri trasduttori.

• Conversione diretta in segnali elettrici – Essi convertono lo spostamento lineare in tensione elettrica, che è facile da processare.

Svantaggi del LVDT

• A causa della loro sensibilità ai campi magnetici stranieri, i LVDT richiedono configurazioni protettive per garantire prestazioni accurate e prevenire interferenze.

• I LVDT sono influenzati dalle vibrazioni e dalla temperatura.

• Si conclude che sono vantaggiosi rispetto ad altri trasduttori induttivi.

Applicazioni del LVDT

• Utilizziamo il LVDT nelle applicazioni in cui gli spostamenti da misurare vanno da una frazione di mm a pochi cm. Il LVDT, agendo come trasduttore primario, converte lo spostamento in segnale elettrico direttamente.

• Il LVDT può anche agire come trasduttore secondario. Ad esempio, il tubo Bourdon, che agisce come trasduttore primario, converte la pressione in spostamento lineare, e poi il LVDT converte questo spostamento in un segnale elettrico, che dopo la calibrazione fornisce le letture della pressione del fluido.