Transductor de desplazamiento: circuito, tipos, funcionamiento y sus aplicaciones

El sensor de posición es un tipo de dispositivo que se usa para monitorear y medir un cambio en la posición de un objeto en un dispositivo/máquina o en cierta vecindad y cambia a señales que son apropiadas para transmisión, procesamiento o control. Hay diferentes tipos de sensores de posición disponibles donde el transductor de desplazamiento es un tipo específico de sensor de posición. En general, los sensores normales detectan la existencia del objeto, mientras que los sensores de desplazamiento simplemente detectan el desplazamiento una vez que cualquier objeto se mueve de un lugar a otro. Entonces, la cantidad de detección de desplazamiento simplemente le permite determinar el grosor y la altura del objeto. Este artículo analiza una descripción general de un transductor de desplazamiento – trabajar con aplicaciones.

¿Qué es el transductor de desplazamiento?

Un transductor de desplazamiento es un dispositivo electromecánico que se utiliza para convertir el movimiento de un objeto en señales electrostáticas, electromagnéticas o magnetoeléctricas que se leen e interpretan en datos. Existe una amplia gama de transductores de desplazamiento, como lineales y rotativos. Estos transductores también son útiles para medir la distancia física entre el sensor y un objetivo. La mayoría de los transductores de desplazamiento miden desplazamientos estáticos y dinámicos, por lo que se utilizan con frecuencia para medir la vibración de un objeto. Los desplazamientos medidos van desde micropulgadas hasta unos pocos pies.

El principio de funcionamiento del transductor de desplazamiento se basa en el principio de medición inductivo extremadamente fiable. Estos transductores son resistentes, muy fáciles de usar y pueden alcanzar una alta precisión. Los transductores de desplazamiento brindan resultados de medición confiables en diferentes áreas de producción, investigación y desarrollo.

Diagrama del circuito del transductor de desplazamiento

El transductor de desplazamiento utilizado en el siguiente circuito es un transductor inductivo. Este circuito se utiliza para medir el desplazamiento con un transductor inductivo.

En el circuito anterior, el transformador incluye un devanado primario y dos devanados secundarios. Los puntos finales de los dos devanados secundarios están conectados entre sí, por lo que podemos declarar que estos dos devanados están simplemente conectados en oposición en serie.

El voltaje 'VP' se aplica en el devanado primario del transformador, deje que el voltaje desarrollado en cada devanado secundario sea 𝑉𝑆1 & 𝑉𝑆2. Entonces, el voltaje de salida 'V0' se recibe a través de los primeros puntos de los devanados secundarios. Entonces, el voltaje de salida se puede escribir como V0 = VS1 – VS2. El transformador utilizado en el circuito anterior es el transformador diferencial porque genera un voltaje de salida, que es la diferencia entre VS1 y VS2.

Si el núcleo se coloca en el punto central, entonces los voltajes inducidos a través de dos devanados S1 y S2 son equivalentes. Entonces, el voltaje de salida V0=0. En esta condición, decimos que no hay desplazamiento.

Si el núcleo se desplaza por encima de la posición central, entonces la fem generada dentro de la bobina S1 es mayor, es decir, V1>V2.

De la misma manera, si el núcleo se desplaza por debajo de la posición central, entonces la fem generada dentro de la bobina S2 es mayor, es decir, V2>V1.

Entonces, en estos dos casos, tenemos dos desplazamientos hacia arriba y hacia abajo. En estos dos casos, la magnitud del voltaje de salida 'V0' será proporcional a la posición del núcleo en relación con el centro.

Por lo tanto, si queremos medir el desplazamiento del cuerpo, debemos conectar el cuerpo al núcleo central. Por lo tanto, una vez que el cuerpo se desplaza en línea recta, el punto medio del núcleo cambia, por lo que el voltaje de salida como 'V0' también varía en consecuencia. En esta condición, podemos obtener el desplazamiento simplemente midiendo el voltaje O/P. Entonces, la fase y la magnitud del voltaje de salida significan el desplazamiento y la dirección del cuerpo correspondientemente.

Calibración del transductor de desplazamiento

Generalmente, la calibración del transductor es un requisito esencial para mantener la precisión, repetibilidad y confiabilidad de los resultados obtenidos de un sistema de medición. Estos transductores son comunes en aplicaciones académicas e industriales. Por lo tanto, calibrarlos suele ser un procedimiento que requiere mucho tiempo; sin embargo, al usar un aparato de calibración, es muy fácil girar una perilla y presionar un botón.

El sistema de calibración del transductor de desplazamiento es una solución completa para calibrar estos transductores con desplazamientos de hasta 50,8 mm con una resolución de 13 micras. Se usa con cualquier sistema, aunque viene con un software personalizado para permitir una calibración rápida y fácil una vez que se usa con los sistemas de NI.

Tipos de transductores de desplazamiento

Hay varios tipos de transductores de desplazamiento disponibles que también se conocen como sensores de desplazamiento como un potenciómetro, medidor de tensión, capacitivo y LVDT. Así que cada tipo se discute a continuación.

Transductor resistivo

Un transductor resistivo también se denomina transductor de resistencia variable porque funciona según el principio de transducción de resistencia variable. Este transductor es uno de los transductores de desplazamiento más utilizados, se utiliza para medir diferentes cantidades físicas como presión, desplazamiento, fuerza, temperatura y vibraciones y las convierte en una señal eléctrica.

Transductor capacitivo

Un transductor capacitivo es un transductor pasivo que funciona mediante el uso de energía externa. Este transductor se utiliza principalmente para medir la presión, el desplazamiento, el movimiento, la fuerza, la velocidad y otros parámetros. Este transductor funciona según el principio de capacitancia variable, por lo que la capacitancia de este transductor cambia debido a muchas razones, como la constante dieléctrica, la superposición de placas y el cambio dentro de la distancia entre las placas. Este es un tipo pasivo donde se generan cargas iguales y opuestas en las placas debido al voltaje aplicado a través de la placa del condensador que se separa a través del material dieléctrico.

Transformador diferencial variable lineal

El LVDT o transformador diferencial variable lineal es un tipo de transductor de desplazamiento. Este transductor incluye tres bobinas espaciadas simétricamente donde la bobina principal es la bobina central y las dos bobinas restantes son bobinas secundarias. Estos se conectan principalmente en serie y se colocan por igual con respecto a la bobina principal. Consulte este enlace para obtener más información sobre: LVDT .

Transductor inductivo

Un transductor inductivo es un tipo de transductor de desplazamiento que funciona según el principio de transducción o inducción electromagnética. Para medir las magnitudes físicas necesarias como fuerza, desplazamiento, velocidad, presión, aceleración, par, s mutuas o autoinducción se varía. El mejor ejemplo de este transductor es LVDT. Consulte este enlace para obtener más información sobre transductores inductivos .

Medidor de tensión

Se utiliza un transductor de desplazamiento de galgas extensométricas para cambiar cantidades físicas como presión, desplazamiento o carga en deformación mecánica, y esta deformación mecánica se cambia a o/p eléctrica con galgas extensométricas montadas en el cuerpo elástico. Un transductor de desplazamiento de galgas extensométricas se utiliza principalmente para medir el desplazamiento en el rango de 0 a 10 mm. Este transductor tiene una longitud de cuerpo corta en comparación con LVDT y está libre de efectos electromagnéticos. Estos transductores de galgas extensométricas tienen un rendimiento altamente estable y confiable. Consulte este enlace para obtener más información sobre el medidor de tensión .

Ventajas y desventajas

Las ventajas del transductor de desplazamiento se analizan a continuación.

• Los transductores de desplazamiento tienen una excelente linealidad.
• Tienen una precisión extremadamente alta.
• Tienen una resolución sobresaliente de hasta 0,01 µm.
• Estos son tolerantes a campos magnéticos altos, entornos radioactivos y amplios rangos de temperatura.
• Tienen un diseño fuerte y una excelente estabilidad.
• Estos transductores se pueden montar en cualquier dirección.
• El consumo de energía de los LVDT es bajo.
• Estos son muy sensibles y muy fáciles de alinear y mantener.
• Estos transductores tienen baja pérdida por histéresis.
• El rango de medición es mayor.
• Este transductor es un dispositivo sin fricción.

Desventajas del transductor de desplazamiento se discuten a continuación.

• El transductor de desplazamiento necesita un desplazamiento muy alto para producir alto voltaje.
• Necesita blindaje porque es muy sensible al campo magnético.
• El rendimiento del transductor puede verse afectado por las vibraciones y los cambios de temperatura.
• Necesita un demodulador externo para obtener una salida de CC.
• La respuesta dinámica de este transductor es limitada.

Aplicaciones

Las aplicaciones de los transductores de desplazamiento incluyen las siguientes.

• Los transductores de desplazamiento se utilizan para medir el movimiento relativo entre la punta del sensor y el eje giratorio.
• Se utiliza en maquinaria rígida donde se transmiten vibraciones extremadamente pequeñas desde el eje hasta la carcasa de la máquina.
• Estos se utilizan en el sector industrial e incluso en el sector público, como automatización de máquinas, aeroespacial y aeronáutica, turbinas eléctricas, hidráulica, etc.
• Los LVDT se utilizan para medir desplazamientos que van desde mm a cm.
• Estos se utilizan en máquinas CNC para la medición de desplazamiento.
• Estos se utilizan para el espesor y la medición de láminas de metal laminado.
• Estos se utilizan dentro de los canales para medir la tensión.
• Los transductores de desplazamiento RVDT se utilizan en los sistemas de control de vuelo.
• Los tipos de potenciómetro se utilizan para medir la fuerza, la aceleración y la presión.

Por lo tanto, esta es una descripción general de un desplazamiento. transductor - trabajando con aplicaciones. Si un cuerpo cambia de una posición a otra dentro de una línea recta, entonces la distancia entre esas dos posiciones se conoce como desplazamiento. El desplazamiento es una cantidad física como la velocidad, la temperatura, la fuerza, etc.

Por lo tanto, un transductor de desplazamiento se usa para convertir la vibración/movimiento mecánico, particularmente el movimiento rectilíneo en señales eléctricas, una corriente eléctrica variable o voltaje. Ejemplos de transductores de desplazamiento son; desplazamiento y deformación por flexión que miden las medidas del desplazamiento normal, miden las grietas dentro del concreto y la flexión de la viga. Aquí hay una pregunta para usted, ¿cuál es la función de un transductor?