Transformador diferencial variável linear (LVDT) e seu funcionamento

O termo LVDT ou Transformador Linear Variável Diferencial é um transdutor de arranjo linear completo e robusto e naturalmente sem atrito. Eles têm um ciclo de vida infinito quando usados ​​corretamente. Porque o LVDT controlado por CA não inclui qualquer tipo de eletrônica , eles pretendiam funcionar em temperaturas muito baixas, caso contrário, até 650 ° C (1200 ° F) em ambientes insensíveis. As aplicações de LVDTs incluem principalmente automação, turbinas de energia, aeronaves, sistemas hidráulicos, reatores nucleares, satélites e muitos mais. Esses tipos de transdutores contêm fenômenos físicos baixos e repetição notável.

O LVDT altera um deslocamento linear de uma posição mecânica em um sinal elétrico relativo, incluindo fase e amplitude da informação de direção e distância. O funcionamento do LVDT não necessita de ligação elétrica entre as partes em contato e a bobina, mas como alternativa depende do acoplamento eletromagnético.

O que é um LVDT (transformador diferencial linear variável)?

A forma completa do LVDT é “Transformador diferencial linear variável” é LVDT. Geralmente, LVDT é um tipo normal de transdutor. A principal função disso é converter o movimento retangular de um objeto em um sinal elétrico equivalente. LVDT é usado para calcular o deslocamento e trabalha em o transformador princípio.

O diagrama do sensor LVDT acima compreende um núcleo e também um conjunto de bobina. Aqui, o núcleo é protegido pela coisa cuja localização está sendo calculada, enquanto o conjunto da bobina é aumentado para uma estrutura estacionária. O conjunto da bobina inclui três bobinas enroladas com fio na forma oca. A bobina interna é a principal, que é energizada por uma fonte CA. O fluxo magnético gerado pelo principal é ligado às duas bobinas menores, formando uma tensão CA em cada bobina.

Transformador diferencial linear variável

O principal benefício deste transdutor, quando comparado com outros tipos de LVDT, é a tenacidade. Como não há contato do material através do componente de detecção.

Como a máquina depende da combinação de fluxo magnético, esse transdutor pode ter resolução ilimitada. Assim, a fração mínima de progresso pode ser percebida por uma ferramenta de condicionamento de sinal apropriada, e a resolução do transdutor é determinada exclusivamente pela declaração do DAS (sistema de aquisição de dados).

Construção de transformador diferencial variável linear

O LVDT compreende um formador cilíndrico, que é delimitado por um enrolamento principal no cubo do primeiro e os dois enrolamentos LVDT menores são enrolados nas superfícies. A quantidade de torções em ambos os enrolamentos menores é equivalente, mas eles são revertidos entre si, no sentido horário e anti-horário.

Construção de transformador diferencial variável linear

Por este motivo, as tensões o / p serão a variação de tensões entre as duas bobinas menores. Essas duas bobinas são denotadas por S1 e S2. O núcleo de ferro estimado está localizado no meio do formador cilíndrico. A tensão de excitação de CA é 5-12 V e a frequência de operação é dada por 50 a 400 Hz.

Princípio de funcionamento do LVDT

O princípio de funcionamento do transformador diferencial de variável linear ou teoria de funcionamento LVDT é a indução mútua. O deslocamento é a energia não elétrica que é transformada em energia elétrica . E, como a energia é alterada é discutido em detalhes no funcionamento de um LVDT.

Princípio de funcionamento do LVDT

Trabalho de um LVDT

O funcionamento do diagrama de circuito LVDT pode ser dividido em três casos com base na posição do núcleo de ferro no molde isolado.

• No Caso 1: Quando o núcleo do LVDT está na localização nula, então o fluxo de ambos os enrolamentos menores será igual, de modo que a e.m.f induzida é semelhante nos enrolamentos. Portanto, para nenhum deslocamento, o valor de saída (e_Fora) é zero porque e1 e e2 são equivalentes. Assim, ilustra que nenhum deslocamento ocorreu.
• No Caso 2: Quando o núcleo do LVDT é deslocado até o ponto nulo. Neste caso, o fluxo envolvendo o enrolamento secundário S1 é adicional em contraste com o fluxo que se conecta ao enrolamento S 2. Por esse motivo, e1 será adicionado como e2. Devido a este e_Fora(tensão de saída) é positiva.
• No Caso 3: Quando o núcleo do LVDT é deslocado para baixo para o ponto nulo, neste caso, a quantidade de e2 será somada como a de e1. Devido a este e_Foraa tensão de saída será negativa mais ela ilustra o o / p para baixo no ponto de localização.

Qual é a saída do LVDT?

A saída do dispositivo de medição como LVDT ou transformador diferencial variável linear é uma onda senoidal através da amplitude que é proporcional à localização fora do centro e 0⁰, caso contrário, 180⁰ de fase com base no lado localizado do núcleo. Aqui, a retificação de onda completa é usada para demodular o sinal. O valor mais alto da saída do motor (EOUT) ocorre no deslocamento do núcleo mais alto a partir da posição intermediária. É uma função de amplitude da tensão de excitação do lado principal, bem como do fator de sensibilidade do tipo específico de LVDT. Em geral, é bastante considerável no RMS.

Por que usar um LVDT?

Um sensor de posição como o LVDT é ideal para várias aplicações. Aqui está uma lista dos motivos pelos quais ele é usado.

A vida mecânica é infinita

Este tipo de sensor não pode ser substituído mesmo após milhões de ciclos e décadas.

Núcleo e bobina separáveis

LVDTs são bombas, válvulas e sistemas de nível usados. O núcleo do LVDT pode ser exposto à mídia em temperatura e alta pressão sempre que as bobinas e o invólucro podem ser separados através de um metal, tubo de vidro ou luvas, etc.

A medição é sem atrito

A medição do LVDT é sem atrito porque não há peças de atrito, nenhum erro e nenhuma resistência.

A resolução é infinita

Usando LVDTs, os pequenos movimentos também podem ser calculados com precisão.

A repetibilidade é excelente

Os LVDTs não flutuam, de outra forma tornam-se barulhentos, mesmo após décadas.

Insensibilidade ao movimento central cruzado axial

A qualidade da medição não pode ser comprometida nem sensações nem ziguezagues.

Repetibilidade é Nula

De 300oF a 1000oF, esses sensores sempre fornecem um ponto de referência confiável

• Desnecessário da Eletrônica On-Board
• Saída Completa
• A personalização é possível para qualquer tipo de aplicativo

Diferentes tipos de LVDT

Os diferentes tipos de LVDTs incluem o seguinte.

Captive Armature LVDT

Esses tipos de LVDTs são superiores para longas séries de trabalho. Esses LVDTs ajudarão a evitar arranjos incorretos porque são direcionados e controlados por conjuntos de baixa resistência.

Armaduras não guiadas

Esses tipos de LVDTs têm comportamento de resolução ilimitado, o mecanismo desse tipo de LVDT é um plano sem desgaste que não controla o movimento dos dados calculados. Este LVDT é conectado à amostra a ser calculada, encaixando-se frouxamente no cilindro, envolvendo o corpo do transdutor linear para ser mantido de forma independente.

Forçar Armaduras Estendidas

Utilize mecanismos internos de mola, motores elétricos para mover a armadura para frente constantemente para seu nível máximo possível. Essas armaduras são empregadas em LVDTs para aplicações de movimento lento. Esses dispositivos não precisam de nenhuma conexão entre a armadura e o corpo de prova.

Os transdutores de deslocamento variável linear são geralmente usados ​​em ferramentas de usinagem atuais, robótica ou controle de movimento, aviônica e automatizada. A escolha de um tipo aplicável de LVDT pode ser medida usando algumas especificações.

Características do LVDT

As características do LVDT discutidas principalmente em três casos, como posição nula, posição mais alta à direita e posição mais alta à esquerda.

Posição Nula

O procedimento de trabalho do LVDT pode ser ilustrado em um lugar axial nulo, caso contrário, zero pela figura a seguir. Nesta condição, o eixo pode ser localizado exatamente no centro dos enrolamentos S1 e S2. Aqui, esses enrolamentos são enrolamentos secundários, que aumentam a geração de fluxo equivalente, bem como a tensão induzida através do próximo terminal de forma correspondente. Esta localização também é chamada de posição nula.

LVDT na posição nula

A sequência de fase de saída, bem como a diferenciação de magnitude de saída em relação aos sinais de entrada que derivam do deslocamento e do movimento do núcleo. O arranjo do eixo no local neutro ou no nulo indica principalmente que as tensões induzidas nos enrolamentos secundários que estão conectados em série são equivalentes e inversamente proporcionais em relação à tensão líquida o / p.

EV1 = EV2

Eo = EV1– EV2 = 0 V

Posição direita mais alta

Neste caso, a posição direita mais alta é mostrada na figura abaixo. Uma vez que o eixo é deslocado na direção do lado direito, uma grande força pode ser gerada no enrolamento S2; por outro lado, a força mínima pode ser produzida no enrolamento S1.

LVDT à direita

Assim, o ‘E2’ (tensão induzida) é consideravelmente superior ao E1. As equações de tensões diferenciais resultantes são mostradas abaixo.

Para EV2 = - EV1

Posição Esquerda Máxima

Na figura a seguir, o eixo pode ser inclinado mais na direção do lado esquerdo, então alto fluxo pode ser gerado através do enrolamento S1 e a tensão pode ser induzida através de 'E1' quando 'E2' é diminuída. A equação para isso é fornecida abaixo.

Para = EV1 - EV2

A saída LVDT final pode ser calculada em termos de frequência, corrente ou tensão. O projeto deste circuito também pode ser feito com circuitos baseados em microcontroladores como PIC, Arduino, etc.

LVDT à esquerda

Especificações LVDT

As especificações do LVDT incluem o seguinte.

Linearidade

A maior diferença da proporção direta entre a distância calculada e a distância o / p no intervalo de cálculo.

• > (0,025 +% ou 0,025 -%) Escala completa
• (0,025 a 0,20 +% ou 0,025 a 0,20 -%) Escala completa
• (0,20 a 0,50 +% ou 0,20 a 0,50 -%) Escala completa
• (0,50 a 0,90 +% ou 0,50 a 0,90 -%) Escala completa
• (0,90 a +% ou 0,90 a -%) Escala total e superior
• 0,90 a ±% escala total e acima

Temperaturas operacionais

As temperaturas operacionais de LVDT incluem

> -32ºF, (-32-32ºF), (32 -175ºF), (175-257ºF), 257ºF e acima. A faixa de temperatura na qual o dispositivo deve operar com precisão.

Faixa de Medição

A faixa de medição IVDT inclui

0,02 ″, (0,02-0,32 ″), (0,32 - 4,0 ″), (4,0-20,0 ″), (± 20,0 ″)

Precisão

Explica a porcentagem da diferença entre o valor genuíno da quantidade de dados.

Resultado

Corrente, tensão ou frequência

Interface

Um protocolo serial como RS232 ou um protocolo paralelo como IEEE488.

Tipos LVDT

Baseado em frequência, equilíbrio de corrente CA / CA ou CC / CC.

Gráfico LVDT

Os diagramas gráficos LVDT são mostrados abaixo, os quais mostram as variações no eixo, bem como seus resultados em termos da magnitude da saída CA diferencial de um ponto nulo e saída de corrente contínua da eletrônica.

O valor máximo do deslocamento do eixo a partir da localização do núcleo depende principalmente do fator de sensibilidade, bem como da amplitude da tensão de excitação principal. O eixo permanece na posição nula até que uma tensão de excitação principal referenciada seja especificada para o enrolamento principal da bobina.

Variações de eixo LVDT

Conforme mostrado na figura, a polaridade DC o / p ou mudança de fase define principalmente a posição do eixo para o ponto nulo para representar a propriedade como a linearidade o / p do módulo de LVDT.

Exemplo de transformador diferencial variável linear

O comprimento do curso de um LVDT é de ± 120 mm e gera 20 mV / mm de resolução. Então, 1). Encontre a tensão o / p máxima, 2) a tensão o / p, uma vez que o núcleo é deslocado com 110 mm de sua localização nula, c) a posição do núcleo do meio, uma vez que a tensão o / p é 2,75 V, d) encontre a mudança dentro da tensão o / p uma vez que o núcleo é deslocado do deslocamento de + 60 mm para -60 mm.

uma). A tensão o / p mais alta é VOUT

Se um mm de movimento gera 20mV, então 120 mm de movimento gera

VOUT = 20mV x 120mm = 0,02 x 120 = ± 2,4Volts

b). VOUT com 110mm de deslocamento central

Se um deslocamento do núcleo de 120 mm gera uma saída de 2,4 volts, um movimento de 110 mm produz

Vout = deslocamento do núcleo X VMAX

Vout = 110 X 2,4 / 120 = 2,2 volts

O deslocamento de tensão de LVDT

c). A posição do núcleo quando VOUT = 2,75 volts

Vout = deslocamento do núcleo X VMAX

Deslocamento = comprimento Vout X / VMax

D = 2,75 X 120 / 2,4 = 137,5 mm

d). A mudança de voltagem do deslocamento de + 60 mm para -60 mm

Vchange = + 60 mm - (-60 mm) X 2,4 V / 130 = 120 X 2,4 / 130 = 2,215

Assim, a variação da tensão de saída varia de +1,2 volts a -1,2 volts quando o núcleo muda de + 60 mm para -60 mm, respectivamente.

Os transdutores de deslocamento estão disponíveis em diferentes tamanhos e comprimentos. Esses transdutores são usados ​​para medir alguns mms a 1s que podem determinar cursos longos. No entanto, quando os LVDTs são capazes de calcular o movimento linear dentro de uma linha reta, então há uma mudança no LVDT para medir o movimento angular conhecido como RVDT (Rotary Variable Differential Transformer).

Vantagens e desvantagens de LVDT

As vantagens e desvantagens do LVDT incluem o seguinte.

• A medição da faixa de deslocamento do LVDT é muito alta, variando de 1,25 mm a -250 mm.
• A saída LVDT é muito alta e não requer nenhuma extensão. Possui alta compaixão que normalmente é cerca de 40V / mm.
• Quando o núcleo viaja dentro de um formador oco, consequentemente, não há falha de entrada de deslocamento enquanto perda por atrito, portanto, torna um LVDT um dispositivo preciso.
• LVDT demonstra uma pequena histerese e, portanto, a repetição é excepcional em todas as situações
• O consumo de energia do LVDT é muito baixo, cerca de 1W, conforme avaliado por outro tipo de transdutores.
• O LVDT transforma o deslocamento linear em uma voltagem elétrica que é simples de progredir.
• O LVDT responde ao afastamento de campos magnéticos, portanto, precisa constantemente de um sistema para mantê-los longe de campos magnéticos de deriva.
• Conclui-se que os LVDTs são mais benéficos em comparação com qualquer tipo de transdutor indutivo.
• O LVDT é danificado tanto pela temperatura quanto pelas vibrações.
• Este transformador precisa de grandes deslocamentos para obter uma saída diferencial significativa
• Eles respondem a campos magnéticos dispersos
• O instrumento receptor deve ser escolhido para trabalhar com sinais AC, caso contrário, um demodulador n / w deve ser usado se um dc o / p for necessário
• A resposta dinâmica limitada ocorre mecanicamente através da massa do núcleo e eletricamente através da tensão aplicada.

Aplicações de transformador diferencial variável linear

As aplicações do transdutor LVDT incluem principalmente onde os deslocamentos a serem calculados variam de uma divisão de mm a apenas alguns cms.

• O sensor LVDT funciona como o transdutor principal, e isso muda o deslocamento para um sinal elétrico direto.
• Este transdutor também pode funcionar como um transdutor secundário.
• LVDT é usado para medir o peso, força e também pressão
• Em caixas eletrônicos para espessura de notas de dólar
• Usado para teste de umidade do solo
• Em máquinas para fazer COMPRIMIDOS
• Limpador robótico
• É usado em dispositivos médicos para sondagem do cérebro
• Alguns desses transdutores são usados ​​para calcular a pressão e a carga
• LVDTs são usados ​​principalmente em indústrias, bem como servomecanismos .
• Outras aplicações, como turbinas de energia, hidráulica, automação, aeronaves e satélites

A partir das informações acima, finalmente, podemos concluir que as características do LVDT possuem certas características e benefícios significativos, muitos dos quais derivam de princípios físicos fundamentais de operação ou de materiais e técnicas usados ​​em sua construção. Aqui está uma pergunta para você, qual é a faixa de sensibilidade LVDT normal?