Transformador Variable Diferencial Lineal LVDT

Definició de LVDT

El terme LVDT significa Transformador Diferencial Variable Lineal. És el transductor inductiu més utilitzat que converteix el moviment lineal en senyal elèctric.

La sortida entre els secundaris d'aquest transformador és diferencial, per això es diu així. És un transductor inductiu molt precís en comparació amb altres transductors inductius.

Construcció de LVDT

Característiques principals de la construcció

• El transformador consta d'una bobina primària P i dues bobines secundàries S1 i S2 envoltades en un suport cilíndric (que és buit i conté el nucli).

• Les dues bobines secundàries tenen el mateix nombre de voltants i estan col·locades a cada costat de la bobina primària.

• La bobina primària està connectada a una font CA que produeix un flux al forat d'aire i s'induceixen tensions en les bobines secundàries.

• Es col·loca un nucli de ferro dolç dins del suport i el desplaçament a mesurar està connectat al nucli de ferro.

• El nucli de ferro generalment té una alta permeabilitat, que ajuda a reduir les harmòniques i la sensibilitat elevada del LVDT.

• El LVDT es col·loca dins d'una caixa d'acer inoxidable perquè proporciona escudament electroestàtic i electromagnètic.

• Les dues bobines secundàries estan connectades d'una manera que la sortida resultant és la diferència entre les tensions de les dues bobines.

Principi de funcionament i treball

Com que la primària està connectada a una font CA, es produeixen corrents i tensions alternes en el secundari del LVDT. La sortida en el secundari S1 és e1 i en el secundari S2 és e2. Així, la sortida diferencial és,

Aquesta equació explica el principi de funcionament del LVDT.

Ara se'n presenten tres casos segons la posició del nucli, que expliquen el funcionament del LVDT, com es discuteix a continuació,

• CAS I Quan el nucli està a la posició nul·la (sense desplaçament)
  Quan el nucli està a la posició nul·la, el flux que enllaça amb les dues bobines secundàries és igual, per tant, l'emf induït és igual en ambdós voltants. Per tant, sense desplaçament, el valor de la sortida eout és zero ja que e1 i e2 són iguals. Això mostra que no s'ha produït cap desplaçament.

• CAS II Quan el nucli es mou cap amunt de la posició nul·la (per a desplaçaments cap a l'amunt del punt de referència)
  En aquest cas, el flux que enllaça amb la bobina secundària S1 és més gran que el flux que enllaça amb S2. Com a conseqüència, e1 serà més gran que e2. Com a resultat, la tensió de sortida eout serà positiva.

• CAS III Quan el nucli es mou cap avall de la posició nul·la (per a desplaçaments cap a l'avall del punt de referència). En aquest cas, la magnitud de e2 serà més gran que la de e1. Com a conseqüència, la sortida eout serà negativa i indicarà un desplaçament cap a l'avall del punt de referència.

Sortida VS Desplaçament del Nucli Una corba lineal mostra que la tensió de sortida varia linealment amb el desplaçament del nucli.

Alguns punts importants sobre la magnitud i el signe de la tensió induïda en el LVDT

• La quantitat de canvi en la tensió, sigui negativa o positiva, és proporcional a la quantitat de moviment del nucli i indica la quantitat de moviment lineal.

• Observant si la tensió de sortida augmenta o disminueix, es pot determinar la direcció del moviment.

• La tensió de sortida d'un LVDT és una funció lineal del desplaçament del nucli.

Vantatges del LVDT

• Ampli rang – Els LVDT tenen un rang molt ampli per a la mesura de desplaçaments. Es poden utilitzar per a mesures de desplaçaments que van des de 1,25 mm fins a 250 mm.

• Sense pèrdues per fricció – Com que el nucli es mou dins d'un suport buit, no hi ha cap pèrdua de l'entrada de desplaçament per fricció, cosa que fa que el LVDT sigui un dispositiu molt precís.

• Alta sortida i alta sensibilitat – La sortida del LVDT és tan alta que no necessita cap amplificació. El transductor té una alta sensibilitat, que típicament és d'uns 40V/mm.

• Baixa histèresi – Els LVDT mostren una baixa histèresi i, per tant, la repetitivitat és excel·lent en totes les condicions.

• Baix consum d'energia – El consum d'energia és d'uns 1W, que és molt baix en comparació amb altres transductors.

• Conversió directa a senyals elèctrics – Converteixen el desplaçament lineal en tensió elèctrica, que és fàcil de processar.

Desavantatges del LVDT

• El LVDT és sensible als camps magnètics estranys, per tant, sempre requereix un muntatge per protegir-lo d'aquests camps.

• El LVDT es veu afectat per les vibracions i la temperatura.

Es conclou que són més avantatjosos en comparació amb qualsevol altre transductor inductiu.