El término LVDT o Transformador Diferencial Variable Lineal es un transductor de disposición lineal completo, robusto y naturalmente sin fricción. Tienen un ciclo de vida sin fin cuando se utilizan correctamente. Porque LVDT controlado por CA no incluye cualquier tipo de electrónica , tenían la intención de trabajar a temperaturas muy bajas, de lo contrario hasta 650 ° C (1200 ° F) en ambientes insensibles. Las aplicaciones de los LVDT incluyen principalmente automatización, turbinas de energía, aviones, sistemas hidráulicos, reactores nucleares, satélites y muchos más. Estas tipos de transductores contienen fenómenos físicos bajos y repetición sobresaliente.
El LVDT altera una dislocación lineal de una posición mecánica a una señal eléctrica relativa que incluye la fase y amplitud de la información de dirección y distancia. El funcionamiento de LVDT no necesita un enlace eléctrico entre las partes en contacto y la bobina, pero como alternativa depende del acoplamiento electromagnético.
¿Qué es un LVDT (Transformador diferencial variable lineal)?
La forma completa de LVDT es 'Transformador diferencial variable lineal' es LVDT. Generalmente, LVDT es un tipo normal de transductor. La función principal de esto es convertir el movimiento rectangular de un objeto en la señal eléctrica equivalente. LVDT se utiliza para calcular el desplazamiento y funciona en el transformador principio.
El diagrama del sensor LVDT anterior comprende un núcleo y un conjunto de bobina. Aquí, el núcleo está protegido por la cosa cuya ubicación se está calculando, mientras que el conjunto de la bobina aumenta a una estructura estacionaria. El conjunto de bobina incluye tres bobinas de alambre enrolladas en forma hueca. La bobina interior es la principal, que recibe energía de una fuente de CA. El flujo magnético generado por el principal está conectado a las dos bobinas menores, creando un voltaje de CA en cada bobina.
Transformador diferencial variable lineal
El principal beneficio de este transductor, en comparación con otros tipos de LVDT, es la resistencia. Como no hay contacto material a través del componente sensor.
Debido a que la máquina depende de la combinación de flujo magnético, este transductor puede tener una resolución ilimitada. Por lo tanto, la mínima fracción de progreso puede notarse mediante una herramienta de acondicionamiento de señal adecuada, y la resolución del transductor está determinada exclusivamente por la declaración del DAS (sistema de adquisición de datos).
Construcción de transformador diferencial lineal variable
El LVDT comprende un formador cilíndrico, que está limitado por un devanado principal en el buje del primero y los dos devanados menores del LVDT se enrollan en las superficies. La cantidad de giros en ambos devanados menores es equivalente, pero se invierten entre sí como en el sentido de las agujas del reloj y en el sentido contrario a las agujas del reloj.
Construcción de transformador diferencial lineal variable
Por esta razón, los voltajes o / p serán la variación en voltajes entre las dos bobinas menores. Estas dos bobinas se indican con S1 y S2. El núcleo de hierro Esteem se encuentra en el centro del formador cilíndrico. El voltaje de excitación de CA es de 5-12 V y la frecuencia de operación está dada por 50 a 400 HZ.
Principio de funcionamiento de LVDT
El principio de funcionamiento del transformador diferencial variable lineal o la teoría de funcionamiento del LVDT es la inducción mutua. La dislocación es energía no eléctrica que se transforma en energía eléctrica . Y cómo se altera la energía se analiza en detalle en el funcionamiento de un LVDT.
Principio de funcionamiento de LVDT
Funcionamiento de un LVDT
El funcionamiento del diagrama del circuito LVDT se puede dividir en tres casos según la posición del núcleo de hierro en el formador aislado.
- En el caso 1: Cuando el núcleo del LVDT está en la ubicación nula, entonces el flujo de ambos devanados menores será igual, por lo que la fem inducida es similar en los devanados. Entonces, para que no haya dislocación, el valor de salida (efuera) es cero porque tanto e1 como e2 son equivalentes. Por lo tanto, ilustra que no se produjo ninguna dislocación.
- En el caso 2: Cuando el núcleo del LVDT se desplaza hasta el punto nulo. En este caso, el flujo que involucra al devanado menor S1 es adicional en contraste con el flujo que conecta con el devanado S2. Por esta razón, se agregará e1 como el de e2. Debido a esto efuera(voltaje de salida) es positivo.
- En el caso 3: Cuando el núcleo del LVDT se desplaza hasta el punto nulo, en este caso, la cantidad de e2 se agregará como la de e1. Debido a esto efueraEl voltaje de salida será negativo además de que ilustra el o / p hacia abajo en el punto de ubicación.
¿Cuál es la salida de LVDT?
La salida del dispositivo de medición como LVDT o transformador diferencial de variable lineal es una onda sinusoidal a través de la amplitud que es proporcional a la ubicación descentrada y 0⁰ de lo contrario 180⁰ de fase según el lado ubicado del núcleo. Aquí, la rectificación de onda completa se utiliza para demodular la señal. El valor más alto de salida del motor (EOUT) ocurre en el desplazamiento del núcleo más alto desde la posición media. Es una función de amplitud del voltaje de excitación del lado principal así como del factor de sensibilidad del tipo específico de LVDT. En general, es bastante considerable en RMS.
¿Por qué utilizar un LVDT?
Un sensor de posición como LVDT es ideal para varias aplicaciones. Aquí hay una lista de razones por las que se usa.
La vida mecánica es infinita
Este tipo de sensor no se puede reemplazar incluso después de millones de ciclos y décadas.
Núcleo y bobina separables
Los LVDT son bombas, válvulas y sistemas de nivel usados. El núcleo de LVDT puede exponerse a medios a temperatura y alta presión siempre que las bobinas y la carcasa se puedan separar a través de un metal, tubo de vidrio, de lo contrario mangas, etc.
La medición es sin fricción
La medición de LVDT es sin fricción porque no hay partes de fricción, no hay error ni resistencia.
La resolución es infinita
Mediante el uso de LVDT, los pequeños movimientos también se pueden calcular con precisión.
La repetibilidad es excelente
Los LVDT no flotan, de lo contrario se vuelven ruidosos finalmente incluso después de décadas.
Insensibilidad al movimiento del núcleo transversal
La calidad de la medición no puede verse comprometida ni en sensaciones ni en zig zag.
La repetibilidad es nula
De 300 ° F a 1000 ° F, estos sensores siempre le brindan un punto de referencia confiable
- Innecesario de la electrónica de a bordo
- Salida completa
- La personalización es posible para cualquier tipo de aplicación
Diferentes tipos de LVDT
Los diferentes tipos de LVDT incluyen los siguientes.
LVDT de armadura cautiva
Estos tipos de LVDT son superiores para series de trabajo prolongadas. Estos LVDT ayudarán a prevenir arreglos incorrectos porque están dirigidos y controlados por ensambles de baja resistencia.
Armaduras no guiadas
Estos tipos de LVDT tienen un comportamiento de resolución ilimitado, el mecanismo de este tipo de LVDT es un plan sin desgaste que no controla el movimiento de los datos calculados. Este LVDT está conectado a la muestra a calcular, encajando flácidamente en el cilindro, lo que implica que el cuerpo del transductor lineal se sujete de forma independiente.
Forzar armaduras extendidas
Utilice mecanismos de resorte internos, motor electrico para hacer avanzar el inducido constantemente a su máximo nivel alcanzable. Estas armaduras se emplean en LVDT para aplicaciones de movimiento lento. Estos dispositivos no necesitan ninguna conexión entre la armadura y la muestra.
Los transductores lineales de desplazamiento variable se utilizan generalmente en herramientas de mecanizado actuales, robótica o control de movimiento, aviónica y automatizada. La elección de un tipo aplicable de LVDT se puede medir utilizando algunas especificaciones.
Características LVDT
Las características de LVDT discutidas principalmente en tres casos como posición nula, posición más alta a la derecha y posición más alta a la izquierda.
Posición nula
El procedimiento de trabajo de LVDT se puede ilustrar en un lugar axial nulo, de lo contrario cero en la siguiente figura. En esta condición, el eje se puede ubicar exactamente en el centro de los devanados S1 y S2. Aquí, estos devanados son devanados secundarios, que aumentan la generación de flujo equivalente, así como el voltaje inducido a través del siguiente terminal de manera correspondiente. Esta ubicación también se denomina posición nula.
LVDT en posición nula
La secuencia de la fase de salida, así como la diferenciación de la magnitud de salida con respecto a las señales de entrada, deriva el desplazamiento y el movimiento del núcleo. La disposición del eje en la ubicación neutra o en el nulo indica principalmente que los voltajes inducidos a través de los devanados secundarios que están conectados en serie son equivalentes e inversamente proporcionales con respecto al voltaje neto o / p.
EV1 = EV2
Eo = EV1– EV2 = 0 V
Posición más alta a la derecha
En este caso, la posición más alta a la derecha se muestra en la siguiente figura. Una vez que el eje se mueve en la dirección del lado derecho, entonces se puede generar una fuerza enorme a través del devanado S2, por otro lado, la fuerza mínima se puede producir a través del devanado S1.
LVDT a la derecha
Por lo tanto, el 'E2' (voltaje inducido) es considerablemente superior al E1. Las ecuaciones de voltajes diferenciales resultantes se muestran a continuación.
Para EV2 = - EV1
Posición máxima a la izquierda
En la siguiente figura, el eje se puede inclinar más en la dirección del lado izquierdo, luego se puede generar un alto flujo a través del devanado S1 y se puede inducir voltaje a través de 'E1' cuando se reduce 'E2'. La ecuación para esto se da a continuación.
Para = EV1 - EV2
La salida final del LVDT se puede calcular en términos de frecuencia, corriente o voltaje. El diseño de este circuito también se puede hacer con circuitos basados en microcontroladores como PIC, Arduino, etc.
LVDT a la izquierda
Especificaciones LVDT
Las especificaciones de LVDT incluyen lo siguiente.
Linealidad
La mayor diferencia de la proporción recta entre la distancia calculada y la distancia o / p sobre el rango de cálculo.
- > (0.025 +% o 0.025 -%) Escala completa
- (0.025 a 0.20 +% o 0.025 a 0.20 -%) Escala completa
- (0,20 a 0,50 +% o 0,20 a 0,50 -%) Escala completa
- (0.50 a 0.90 +% o 0.50 a 0.90 -%) Escala completa
- (0,90 a +% o 0,90 a -%) Escala completa y superior
- 0,90 a ±% de escala completa y más
Temperaturas de funcionamiento
Las temperaturas de funcionamiento de LVDT incluyen
> -32ºF, (-32-32ºF), (32 -175ºF), (175-257ºF), 257ºF y más. El rango de temperatura dentro del cual el dispositivo debe operar con precisión.
Rango de medida
El rango de medición IVDT incluye
0.02″, (0.02-0.32″), (0.32 – 4.0″), (4.0-20.0″), (±20.0″)
Precisión
Explica el porcentaje de la diferencia entre el valor real de la cantidad de datos.
Producción
Corriente, voltaje o frecuencia
Interfaz
Un protocolo serial como RS232, o un protocolo paralelo como IEEE488.
Tipos de LVDT
Basado en frecuencia, balance de corriente basado en CA / CA o basado en CC / CC.
Gráfico LVDT
Los diagramas de gráficos LVDT se muestran a continuación, que muestran las variaciones en el eje, así como su resultado en términos de la magnitud de la salida de CA diferencial desde un punto nulo y la salida de corriente continua de la electrónica.
El valor máximo del desplazamiento del eje desde la ubicación del núcleo depende principalmente del factor de sensibilidad, así como de la amplitud del voltaje de excitación principal. El eje permanece en la posición nula hasta que se especifica un voltaje de excitación principal referenciado para el devanado principal de la bobina.
Variaciones del eje LVDT
Como se muestra en la figura, la polaridad o / p DC o cambio de fase define principalmente la posición del eje para que el punto nulo represente la propiedad como la linealidad o / p del módulo de LVDT.
Ejemplo de transformador diferencial variable lineal
La longitud de carrera de un LVDT es de ± 120 mm y genera 20 mV / mm de resolución. Entonces, 1). Encuentre el voltaje o / p máximo, 2) el voltaje o / p una vez que el núcleo se desplaza 110 mm desde su ubicación nula, c) la posición del núcleo desde el medio una vez que el voltaje o / p es 2.75 V, d) encuentre el cambio dentro del voltaje de o / p una vez que el núcleo se haya desplazado del desplazamiento de + 60 mm a -60 mm.
a). El voltaje o / p más alto es VOUT
Si un mm de movimiento genera 20 mV, entonces 120 mm de movimiento generan
VOUT = 20 mV x 120 mm = 0,02 x 120 = ± 2,4 voltios
B). VOUT con 110 mm de desplazamiento del núcleo
Si un desplazamiento del núcleo de 120 mm genera una salida de 2,4 voltios, entonces un movimiento de 110 mm produce
Vout = desplazamiento del núcleo X VMAX
Vout = 110 X 2.4 / 120 = 2.2 voltios
El desplazamiento de voltaje de LVDT
c) .La posición del núcleo cuando VOUT = 2,75 voltios
Vout = desplazamiento del núcleo X VMAX
Desplazamiento = Vout X longitud / VMax
D = 2,75 x 120 / 2,4 = 137,5 mm
D). El cambio de voltaje del desplazamiento de + 60 mm a -60 mm
Vcambio = + 60 mm - (-60 mm) X 2,4 V / 130 = 120 X 2,4 / 130 = 2,215
Por lo tanto, el cambio de voltaje de salida varía de +1,2 voltios a -1,2 voltios cuando el núcleo cambia de + 60 mm a -60 mm respectivamente.
Los transductores de desplazamiento están disponibles en diferentes tamaños con diferentes longitudes. Estos transductores se utilizan para medir unos pocos mm a 1 s que pueden determinar carreras largas. Sin embargo, cuando los LVDT son capaces de calcular el movimiento lineal dentro de una línea recta, entonces hay un cambio en el LVDT para medir el movimiento angular conocido como RVDT (Transformador diferencial variable rotatorio).
Ventajas y desventajas de LVDT
Las ventajas y desventajas de LVDT incluyen las siguientes.
- La medición del rango de desplazamiento de LVDT es muy alta y varía de 1,25 mm a -250 mm.
- La salida de LVDT es muy alta y no requiere ninguna extensión. Posee una alta compasión que normalmente es de unos 40 V / mm.
- Cuando el núcleo viaja dentro de un formador hueco, en consecuencia, no hay falla de entrada de desplazamiento mientras que hay pérdida por fricción, por lo que hace que un LVDT sea un dispositivo preciso.
- LVDT demuestra una pequeña histéresis y, por lo tanto, la repetición es excepcional en todas las situaciones.
- El consumo de energía del LVDT es muy bajo, aproximadamente 1 W, según lo evaluado por otro tipo de transductores.
- LVDT cambia la dislocación lineal en un voltaje eléctrico que es fácil de progresar.
- LVDT responde para alejarse de los campos magnéticos, por lo que necesita constantemente un sistema que los mantenga alejados de los campos magnéticos a la deriva.
- Se logra que los LVDT sean más beneficiosos en contraste que cualquier tipo de transductor inductivo.
- El LVDT se daña tanto por la temperatura como por las vibraciones.
- Este transformador necesita grandes desplazamientos para obtener una salida diferencial significativa
- Estos responden a campos magnéticos extraviados.
- El instrumento receptor debe elegirse para funcionar con señales de CA; de lo contrario, se debe usar un demodulador n / w si es necesario un dc o / p
- La respuesta dinámica limitada está allí mecánicamente a través de la masa del núcleo y eléctricamente a través del voltaje aplicado.
Aplicaciones del transformador diferencial variable lineal
Las aplicaciones del transductor LVDT incluyen principalmente donde se calculan las dislocaciones que van desde una división de mm hasta solo algunos cms.
- El sensor LVDT funciona como el transductor principal y eso cambia la dislocación a una señal eléctrica directa.
- Este transductor también puede funcionar como transductor secundario.
- LVDT se utiliza para medir el peso, la fuerza y también la presión
- En cajeros automáticos para el grosor del billete de un dólar
- Utilizado para pruebas de humedad del suelo
- En máquinas para hacer PÍLDORAS
- Limpiador robótico
- Se utiliza en dispositivos médicos para sondas cerebrales.
- Algunos de estos transductores se utilizan para calcular la presión y la carga
- Los LVDT se utilizan principalmente en industrias, así como servomecanismos .
- Otras aplicaciones como turbinas de energía, hidráulica, automatización, aviones y satélites
De la información anterior, finalmente, podemos concluir que las características del LVDT tienen ciertas características y beneficios significativos, la mayoría de los cuales se derivan de principios físicos fundamentales de operación o de materiales y técnicas utilizados en su construcción. Aquí hay una pregunta para usted, ¿cuál es el rango de sensibilidad normal del LVDT?
