Sensores Lvdt

Transformador diferencial variable lineal LVDT es el acronimo de transformador diferencia! variable lineal. Es un sensor electromecánico que puede medir la posición y el movimiento rectilineo de un objeto al que esté acoplado mecánicamente.

Consiste en un cilindro hueco, por cuyo interior puede moverse libremente un eje que se acopla mecánicamente al sistema cuya posición se quiere medir. En el cilindro se arrollan 3 bobinas.

Pueden resolver milésimas de rnilímetro y los hay con recorridos de décimas de milímetro hasta medio metro.

Las características más sobresalientes de estos dispositivos son: ∗ Gran sensibilidad ∗ Vida mecánica ilimitada debido al poco rozamiento ∗ Resolución teórica infinita, solo limitada por el ruido eléctrico del circuito acondicionador ∗ Gran velocidad de respuesta, de nuevo solo limitada por el acondicionador de señal

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Precisión, las medidas tomadas sobre la misma posición son muy repetitivas.

Robustez e inmunidad a la suciedad, pueden trabajar en entornos agresivos o sumergidos en líquidos y a grandes presiones o en vacío.

Funcionamiento Básicamente consiste en un transformador con un primario y 2 secundarios arrollados en una estructura cilíndrica hueca, por la que se puede desplazar libremente un núcleo ferromagnético El primario se excita con una tensión senoidal. Cuando este está en la posición central "punto de nulo" el índice de acoplamiento entre el primario y los 2 secundarios es idéntico, las 2 salidas del secundario son iguales, pero desfasadas 180 grados, con lo que la diferencia neta es idealmente cero "voltaje de nulo”. Pero cuando se desplaza el núcleo, movido por la pieza a la que esta mecánicamente acoplado, el índice de acoplamiento magnético entre el primario y un secundario es menor que respecto al otro. Como consecuencia la salida de un secundario es menos que la del otro; la diferencia neta entre secundarios es distinta de cero, dicha diferencia es proporcional al desplazamiento.

Funcionamiento Cuando se desplaza el núcleo, movido por la pieza a la que esta mecánicamente acoplado, el índice de acoplamiento magnético entre el primario y un secundario, es menor que respecto al otro. Como consecuencia la salida de un secundario es menos que la del otro; la diferencia neta entre secundarios es distinta de cero, dicha diferencia es proporcional al desplazamiento.

La excitación máxima es 3V rms. Se puede excitar con un amplio rango de frecuencias, de 2KHz a 20 Khz. El voltaje de nulo nunca es cero sino un porcentaje (0,5%) de la tensión de fondo de escala. Vemos también el margen de temperatura de funcionamiento dentro del cual se cumplen las especificaciones del fabricante.

En la segunda parte vemos las especificaciones a 10KHz (recomendado por el fabricante) y a 2,5 Khz. para comparar. Vemos que el rango nominal o fondo de escala es de 0,13 mm. Vemos el error de linealidad expresado en tanto por ciento de fondo de escala para el 50%, 100%, 125% y 150% de fondo de escala. Esto quiere decir que podemos trabajar más allá del fondo de escala a costa de una peor linealidad. La sensibilidad se da en milivoltios de salida por voltio de excitación de primario por cada milésima de pulgada de desplazamiento y es sensiblemente mejor a 10KHz que a 3,14KHz. En general la sensibilidad aumenta con la frecuencia hasta un punto donde subiendo la frecuencia se pierden prestaciones debido a las capacidades parásitas entre primario y secundario y otros efectos de segundo orden.

Medida con LVDT; magnitud de salida El circuito electrónico acondicionador de señal, se encarga de excitar el primario y medir la diferencia de tensión entre los secundarios, convirtiendo esta en una tensión continua proporcional al desplazamiento. En la figura, vemos la gráfica de la relación entre posición en tanto por ciento y tensión de salida Eout del acondicionador. Vemos que la salida no es cero en la posición ''"null position”. Y fuera del 100% de rango pierde linealidad.

Medida con LVDT;fase La fase de la diferencia de las tensiones del secundario, respecto a la tensión de excitación del primario desde el punto central hacia un lado, es 'casi" cero y hacia el otro lado "casi" 180º. Por tanto además del desplazamiento neto podemos saber hacia que lado se ha realizado este.

Chip acondicionador de señal AD597 Existen circuitos integrados específicos para implementar un acondicionador de señal para un LVDT. Un ejemplo es el AD598 de Anatog Devices. En la figura vemos un esquema elemental.

Sus características más importantes son: ∗ Excitación de 20Hz a 20KHz. ∗ Linealidad de 0,05% FS. ∗ Voltaje de salida ±11 voltios. ∗ Salida bipolar o monopolar.

El circuito integrado excita el primario, sensa la salida de los secundarios, calcula la fase y da una tensión de salida bipolar proporcional a la posición. Vemos que calcula la diferencia entre tensiones del secundario y la divide por su suma., asumiendo que esta es constante a lo largo de todo el recorrido del núcleo, de esta manera no necesita una tensión de excitación constante de gran precisión.

LVDT DC En el mercado se anuncian LVDTs e DC o tensión continua. Esto quiere decir que en el cuerpo de la LVDT está integrado el acondicionador de señal. Son de uso más sencillo, ya que se alimentan por 2 cables con tensión continua y se tiene la salida proporcional a la posición por otro cable.