Trasformatore Variabile Differenziale Lineare LVDT

Definizione di LVDT

Il termine LVDT sta per Trasformatore Differenziale Lineare a Variabile. È il trasduttore induttivo più ampiamente utilizzato che converte il movimento lineare in segnale elettrico.

L'uscita tra le secondarie di questo trasformatore è differenziale, da cui il nome. È un trasduttore induttivo molto preciso rispetto ad altri trasduttori induttivi.

Costruzione di LVDT

Caratteristiche principali della costruzione

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

• 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'aria e induce tensioni negli avvolgimenti secondari.

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

• Il nucleo di ferro ha generalmente una permeabilità elevata, 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 poiché fornisce 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 operatività

Poiché il primario è collegato a una sorgente AC, si producono corrente alternata e tensioni 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 tre casi si presentano in base alla posizione del nucleo, che spiegano il funzionamento del LVDT, come segue,

• CASO I Quando il nucleo è nella posizione di nullità (per nessuno spostamento)
  Quando il nucleo è nella posizione di nullità, 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 e e2 sono uguali. Quindi indica che non si è verificato alcuno spostamento.

• CASO II Quando il nucleo si muove verso l'alto dalla posizione di nullità (per uno spostamento verso l'alto del punto di riferimento)
  In questo caso, il flusso che collega l'avvolgimento secondario S1 è maggiore rispetto al flusso che collega S2. A causa di ciò, e1 sarà maggiore rispetto a e2. A causa di ciò, la tensione di uscita eout è positiva.

• CASO III Quando il nucleo si muove verso il basso dalla posizione di nullità (per uno spostamento verso il basso del punto di riferimento). In questo caso, la magnitudine di e2 sarà maggiore rispetto a e1. A causa di ciò, l'uscita eout sarà negativa e indica l'uscita verso il basso del punto di riferimento.

Tensione d'uscita vs spostamento del nucleo Una curva lineare mostra che la tensione di uscita varia linearmente con lo spostamento del nucleo.

Alcuni punti importanti sulla magnitudine e sul segno della tensione indotta nel LVDT

• La quantità di variazione della tensione, sia negativa che positiva, è proporzionale alla quantità di movimento del nucleo e indica la quantità di movimento lineare.

• Osservando l'aumento o la diminuzione della tensione di uscita, si può determinare la direzione del movimento.

• La tensione di uscita di un LVDT è una funzione lineare dello spostamento del nucleo.

Vantaggi del LVDT

• Alto range – I LVDT hanno un range molto alto per la misurazione dello spostamento. Possono essere utilizzati per la misurazione di spostamenti che vanno da 1,25 mm a 250 mm.

• Nessuna perdita per attrito – Poiché il nucleo si muove all'interno di un supporto cavo, non c'è perdita di input di spostamento dovuta all'attrito, il che rende il LVDT un dispositivo molto preciso.

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

• Bassa isteresi – I LVDT mostrano una bassa isteresi e quindi la ripetibilità è eccellente in tutte le condizioni.

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

• Conversione diretta in segnali elettrici – Convert