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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 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 unidad es 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. INSTRUMENTACIÓN Y SENSORES
Ing. José Bucheli
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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Ing. José Bucheli
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 d e señal para medir los cambios de voltaje.
