INSTRUMENTACIÓN Y SENSORES Ing. José Bucheli

DEPARTAMENTO DE ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA

CARRERA DE ING. EN ELECTRÓNICA E INSTRUMENTACIÓN

CONSULTA 5 ASIGNATURA: INSTRUMENTACIÓN Y SENSORES

Unidad II

TEMA: APLICACIÓN DE UNA LVDT

Hrs. de la asignatura 4 Hrs (4 Teoría)

Responsable de la Práctica: Ing. José Bucheli

Nombre del Estudiante

Christian Chasi

Fecha de envío de la consulta: 28 de Junio del 2015 Fecha de entrega de la práctica: 4 de Julio del 2015

INSTRUMENTACIÓN Y SENSORES Ing. José Bucheli

MEDICIÓN DE POSICIÓN Y DESPLAZAMIENTO CON LVDT

Desplazamiento lineal es el movimiento en una dirección a lo largo de un único eje. Un

sensor de posición o de desplazamiento lineal es un dispositivo cuya señal de salida

representa la distancia de un objeto ha viajado desde un punto de referencia. Una medición

de desplazamiento también indica la dirección del movimiento (Ver Figura 1)

Figure 1. Linear Displacement Measurement

Un desplazamiento lineal tiene típicamente unidades de milímetros (mm) o pulgadas (in.) Y

una dirección negativa o positiva asociada a ella.

Los transformadores diferenciales lineales variables (LVDT) se utilizan para medir el

desplazamiento. Los LVDT operan sobre el principio de un transformador. Como se

muestra en la Figura 2, un LVDT consiste en un conjunto de bobina y un núcleo. El

conjunto de la bobina se monta típicamente a una forma estacionaria, mientras que el

núcleo está fijado al objeto cuya posición se está midiendo. El conjunto de la bobina consta

de tres bobinas de alambre enrollado en la forma hueca. Un núcleo de material permeable

puede deslizarse libremente a través del centro de la forma. La bobina interior es la

primaria, que es excitado por una fuente de CA como se muestra. El flujo magnético

producido por el primario está acoplado a las dos bobinas secundarias, induciendo una

tensión alterna en cada bobina.

Figure 2. General LVDT Assembly

La principal ventaja del transductor LVDT sobre otros tipos de transductor de

desplazamiento es el alto grado de robustez. Debido a que no hay contacto físico a través

del elemento de detección, no hay desgaste en el elemento de detección.

Debido a que el dispositivo se basa en el acoplamiento de flujo magnético, un LVDT puede

tener resolución infinita. Por lo tanto la fracción más pequeña de movimiento puede ser

detectado por el hardware de acondicionamiento de señal adecuado, y la resolución del

transductor está determinado únicamente por la resolución del sistema de adquisición de

datos.

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MEDICIÓN LVDT

Un medidas LVDT desplazamiento mediante la asociación de un valor de señal específica

para cualquier posición dada del núcleo. Esta asociación de un valor de señal a una posición

se produce a través de acoplamiento electromagnético de una señal de excitación de CA en

el devanado primario para el núcleo y de nuevo a los devanados secundarios. La posición

del núcleo determina la fuerza con la señal de la bobina primaria está acoplado a cada una

de las bobinas secundarias. Las dos bobinas secundarias son serie-oposición, lo que

significa herida en serie pero en direcciones opuestas. Esto da lugar a las dos señales en

cada secundarias son 180 grados fuera de fase. Por lo tanto la fase de la señal de salida

determina la dirección y su amplitud, distancia.

La Figura 3 representa una vista en sección transversal de un LVDT. El núcleo hace que el

campo magnético generado por el devanado primario para ser acoplado a los secundarios.

Cuando el núcleo está centrado perfectamente entre ambas secundarias y la primaria, como

se muestra, la tensión inducida en cada secundaria es igual en amplitud y 180 grados fuera

de fase. Por lo tanto la salida LVDT (para la conexión en serie-oposición se muestra en este

caso) es cero porque las tensiones se anulan entre sí.

Figure 3. Cross-Sectional View of LVDT Core and Windings

Desplazando el núcleo hacia la izquierda (Figura 4) hace que la primera secundaria a estar

más fuertemente acoplada a la primaria que el segundo secundario. La mayor tensión

resultante de la primera secundaria en relación con los segundos causas secundarias una

tensión de salida que está en fase con la tensión primaria.

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Figure 4. Coupling to First Secondary Caused by Associated Core Displacement

Del mismo modo, desplazando el núcleo a la derecha provoca que el segundo secundario a

ser más fuertemente acoplada a la primaria que la primera secundaria. La mayor tensión de

los segundos causas secundarias una tensión de salida para estar fuera de fase con el voltaje

primario.

Figure 5. Coupling to Second Secondary Caused by Associated Core Displacement

ACONDICIONAMIENTO DE SEÑAL DE LVDT

Debido a que la salida de un LVDT es una forma de onda de CA, no tiene polaridad. La

magnitud de la salida de un LVDT aumenta independientemente de la dirección de

movimiento desde la posición cero eléctrico.

Con el fin de saber en qué medio del dispositivo el centro del núcleo se encuentra, hay que

considerar la fase de la salida, así como la magnitud en comparación con la fuente de

excitación AC en el devanado primario. La fase de salida se compara con la fase de

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excitación y que puede ser ya sea en o fuera de fase con la fuente de excitación,

dependiendo de qué medio de la bobina el centro del núcleo es en.

La electrónica de acondicionamiento de señal deben combinar información sobre la fase de

la salida con la información sobre la magnitud de la salida, por lo que el usuario puede

conocer la dirección del núcleo se ha movido así como la forma lejos de la posición cero

eléctrico que se ha movido.

Acondicionadores de señal LVDT generan una señal sinusoidal como una fuente de

excitación para la bobina primaria. "Esta señal es típicamente entre 50 Hz y 25 kHz. La

frecuencia portadora se selecciona generalmente para ser al menos 10 veces mayor que la

frecuencia esperada más alta de la moción núcleo”. El circuito de acondicionamiento de

señal demodula la señal de salida sincrónicamente secundaria con la misma fuente de

excitación primaria. La tensión de CC resultante es proporcional al desplazamiento del

núcleo. La polaridad de la tensión de CC indica si el desplazamiento es hacia o lejos de la

primera secundaria (desplazamiento hacia la izquierda o derecha).

La Figura 7 muestra un esquema de detección práctico, típicamente proporcionado como un

solo circuito integrado (IC) fabricado específicamente para LVDT. El sistema contiene un

generador de señal para la primaria, un detector sensible a la fase (PSD) y el amplificador /

circuitería de filtro

Figure 7. Sophisticated Phase-Sensitive LVDT Signal Conditioning Circuit

Los rangos generales de LVDT están disponibles con rangos lineales de al menos ± 50 cm

hasta ± 1 mm. El tiempo de respuesta es dependiente en el equipo al que está conectado el

núcleo. Las unidades de una medición LVDT están típicamente en mV / V / mm o mV / V /

in. Esto indica que por cada voltio de estimulación aplicada a la LVDT hay una

retroalimentación definida en mV por unidad de distancia. Un LVDT cuidadosamente

fabricado puede proporcionar una salida lineal dentro de ± 0,25% en un rango de

movimiento del núcleo, con una resolución muy fina. La resolución está limitada

principalmente por la capacidad del hardware de acondicionamiento de señal para medir los

cambios de voltaje.

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BIBLIOGRAFÍA

http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD598.pdf

http://www.analog.com/media/en/technical-documentation/data-sheets/AD698.pdf

http://www.ni.com/white-paper/3638/en/