ESCUELA POLITÉCNICA DEL EJÉRCITO EJÉRCITO – LATACUNGA CARRERA DE ELECTRÓNICA INSTRUMENTACIÓN INSTRUMENTACIÓN Y SENSORES INFORME No. 2
Semestre: Quinto : “A”
Nombre : Leonardo Flores
1.- TEMA:
LVDT (Transformador (Transformador Diferencial de variación lineal )
2. OBJETIVOS: General: Analizar el principio de funcionamiento funcionamiento de un LVDT, determinar determinar su curva característica y los efectos de la temperatura y el ruido
Específicos:
Reconocer la estructura externa y terminales del LVDT Observar las señales de entrada y salida del Transformador Determinar la curva de respuesta en función del desplazamiento del núcleo Implementar y observar el acondicionador de señales Determinar el efecto de la frecuencia de la señal sobre el LVDT Determinar el efecto de la temperatura y el ruido sobre los parámetros del LVDT
3.- EQUIPOS Y MATERIALES A UTILIZAR
Módulo de LVDT.
Módulo de acondicionamiento de señal.
Amplificador de instrumentación
Fuente, osciloscopio, multímetro
Varios
4.- TRABAJO PREVIO
Analice los circuitos indicados en el procedimiento Lea todos los pasos a seguir durante el procedimiento
3. MATERIALES:
Módulo del LVDT
Fuente de Alimentación Micrómetro Voltímetro Osciloscopio Cables de conexión
5. CONOCIMIENTOS PREVIOS NECESARIOS El LVDT (Transformador Diferencial de Variación Lineal) convierten el movimiento de un núcleo en un campo magnético de una bobina en una señal eléctrica variable. El movimiento del núcleo modifica las señales relativas entre dos devanados. El transformador lineal variable diferencial (LVDT Linear Variable DifferentialTransformer ) es el más conocido de los transductores de desplazamiento inductivos de reluctancia variable. Esta familia de transductores convierte el desplazamiento en un cambio de tensión alterna, gracias a la alteración de las líneas de campo magnético entre dos o más arrollamientos, originadas por una tensión alterna aplicada a uno de los devanados. El LVDT consta de un transformador con un arrollamiento primario, y dos secundarios conectados en oposición-serie, como muestra la figura 1, donde la doble flecha indica el sentido del movimiento del núcleo ferromagnético
Con el núcleo en la posición central, la tensión del primario (Ve) genera dos tensiones idénticas en cada secundario, pues VA = VB y la salida Vo = 0. Cuando el núcleo se desplaza VA difiere de VB proporcionalmente al desplazamiento, así Vo cambia de amplitud y fase en proporción al movimiento en una u otra dirección respecto al cero. El transformador diferencial de variación lineal mide fuerza en términos del desplazamiento del núcleo ferromagnético de un transformador.
Los dos tipos de captadores trabajan habitualmente con una tensión de alimentación senoidal y la salida eléctrica depende tanto de la posición del núcleo como de la tensión de entrada. La relación entre ambas es la sensibilidad, que se expresa en S=
mVsalida/Valimentación/mmcarrera
El transformador consiste de un embobinado primario y dos embobinados secundarios, los cuales están en contrafase con el primario. Los secundarios tienen igual número de vueltas, están conectados en serie y en oposición de fase, con lo cual, las fems inducidas en las bobinas se oponen. La posición del cursor determina el flujo concatenado entre el voltaje alterno de excitación del primario y el correspondiente a los embobinados del secundario. Las características relativas a la calidad de la conversión son las siguientes: linealidad, sensibilidad y variación de fase. Un LVDT es muy parecido a cualquier otro transformador, el cual consta de un bobinado primario, bobinado secundario, y un núcleo magnético. Una corriente alterna, conocida como la señal portadora, se aplica en el bobinado primario. Dicha corriente alterna en el bobinado primario produce un campo magnético variable alrededor del núcleo. Este campo magnético induce un voltaje alterno (CA) en el bobinado secundario que está en la proximidad del núcleo. Como en cualquier transformador, el voltaje de la señal inducida en el bobinado secundario es una relación lineal del número de espiras. La relación básica del transformador es:
El LVDT indica la dirección de desplazamiento debido a que las salidas de los dos bobinados secundarios se encuentran balanceadas mutuamente. Los bobinados secundarios en un LVDT se conectan en sentido opuesto. Así cuando el mismo campo magnético variable se aplica a ambos bobinados secundarios, sus voltajes de salida tienen igual amplitud pero diferente signo. Las salidas de los dos bobinados secundarios se suman, simplemente conectando los bobinados secundarios a un punto común de centro. La construcción básica del LVDT se muestra en la figura
Figura 3: funcionamiento básico del LVDT.
Desfase de la señal de entrada con la señal de salida. A una posición de equilibrio (generalmente cero desplazamiento) se produce una señal de salida igual a cero. La señal inducida de CA es entonces demodulada para producir un voltaje de CC que sea sensible a la amplitud y a la fase de la señal de CA producida. En la Figura siguiente se observa un diagrama de acondicionamiento del LVDT.
LVDT acoplado al circuito de acondicionamiento.
El módulo disponible en el laboratorio se muestra en la figura siguiente con sus partes constitutivas
6.- PROCEDIMIENTO PRÁCTICO 6.1Implemente el circuito en el módulo de laboratorio, tal como se indica en la figura
6.2 Conectar un osciloscopio a la entrada y salida de la señal para poder observar las formas de onda para diferentes desplazamientos. Guarde estas formas de onda
Fig. 6.1 Módulo del circuito que el equipo de laboratorio utiliza para el estudio del LVDT
6.3 Conectar un voltímetro a la salida del circuito y obtener los valores de medida respecto a la distancia que se movió el núcleo. Llenar la tabla con los voltajes de salida obtenidos para los distintos valores de ganancia (Tabla 1).
Longitud (mm)
V out (V) Ganancia x1 (V)
Ganancia x10 (V)
Ganancia X 100
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 12,5 13 13,31
-0.71 -0.70 -0.69 -0.68 -0.63 -0.61 -0.60 -0.58 -0.55 -0.52 -0.48 -0.40 -0.25 -0.17 -0.05 0.02
-7.40 -7.33 -7.20 -7.05 -6.86 -6.63 -6.36 -6.06 -5.74 -5.43 -5.04 -4.18 -2.58 -1.57 -0.48 0.18
-10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -10 -9.98 -4.85 1.79
13,5 14 14,5 15 16 17 18 19 20 21 22 22,5
0.06 0.16 0.25 0.32 0.37 0.41 0.44 0.48 0.51 0.57 0.60 0.63
0.61 1.67 2.61 3.39 4.34 4.83 5.23 5.62 5.99 6.31 6.61 6.66
6.14 11.36 11.36 11.36 11.36 11.36 11.36 11.36 11.36 11.36 11.36 11.36
6.4 Fije un desplazamiento y varíe la frecuencia de entrada y observe el efecto en el LVDT 6.5 Observe los efectos la temperatura sobre el LVDT acercando un calentador
7.- ANÁLISIS DE RESULTADOS 7.1 En base a los datos obtenidos trace la curva desplazamiento Vs Tensión de salida para las diferentes ganancias.
Curva desplazamiento - Voltaje del LVDT con una Ganancia de X1.
Curva desplazamiento - Voltaje del LVDT con una Ganancia de X10
Curva desplazamiento - Voltaje del LVDT con una Ganancia de X100
8.- PREGUNTAS 8.1 Indique y explique las etapas para el acondicionamiento de la señal proveniente de un LVDT
Las etapas con las que consta el LVDT son:
Alimentación del primario.- se genera una señal en el primario mediante un oscilador.
Pre amplificación de la señal del secundario.
Detección del sentido del desplazamiento en función de su fase.
Filtrado.- eliminación del rizado y del ruido.
Amplificación.- se usa según de la necesidad y de donde se encuentre conectada la salida. Esto se hace si la señal es baja.
La señal inducida de CA es demodulada para producir un voltaje de CC que sea sensible a la amplitud y a la fase de la señal de CA producida.
8.2 Muestre los datos de dos LVDT comerciales
Acondicionador de señal LVDT modelo E20
Acondicionador de señal LVDT modelo E30
9.- COMENTARIOS Y CONCLUSIONES 9.1 ¿Qué aprendió en esta práctica? Aprendimos el principio de funcionamiento de un LVDT, y la reacción que tiene al variar la temperatura y la frecuencia del voltaje de entrada. 9.2 ¿Qué habilidades desarrollo con esta práctica? La habilidad de utilizar un modulo de un LVDT, nuevos equipos como un micrómetro, y conocer sus características y su funcionamiento.
9.3 ¿Qué equipo(s) empleo para la realización de la práctica? Utilizamos un Módulo del LVDT , Fuente de Alimentación , Micrómetro, Voltímetro , Osciloscopio, Cables de conexión
9.4 ¿Qué procedimientos se le complicaron? Al principio al momento de variar el desplazamiento del núcleo del LVDT, y hasta determinar cómo funciona el modulo. 9.5 Exprese una crítica al desarrollo de la práctica y los resultados obtenidos. La práctica estuvo interesante, ya que se conoció el funcionamiento de un sensor nuevo, además de determinar cómo está construido físicamente. Los resultados obtenidos fueron los esperados, ya que a medida que el núcleo se desplazaba el voltaje variaba de negativo a positivo y viceversa. 9.6 Mencione algo para mejorarla ya sea modificando el o los procedimientos o sugiriendo nuevos experimentos. Creo que la práctica no necesita modificaciones ya que está bien planteada y mediante ella se conoce de manera clara, sencilla y concisa el funcionamiento, características y comportamiento del LVDT. Tal vez solo podríamos mejorarla realizando un procedimiento donde se utilice el sensor en alguna aplicación.
CONCLUSIONES Un LVDT es muy parecido a cualquier otro transformador, el cual consta de un bobinado primario, bobinado secundario, y un núcleo magnético. Pero la diferencia es que su núcleo es desplazable hacia la derecha o izquierda y dependiendo de esto su voltaje de salida variara, ya sea en forma positiva o negativa. El LVDT al ser sometido a cambios de temperatura, su comportamiento varia, en este caso su voltaje de salida varía proporcionalmente a la temperatura. A mayor temperatura su voltaje también será mayor y viceversa. Ya que el LVDT es un transformador y su principio es de un transformador, al igual que sucede con la temperatura, al variar la frecuencia también variara el Vo. Existen LVDT AC y LVDT DC, la diferencia es que el LVDT AC su salida es directamente en el secundario, mientras que el LVDT DC necesita que la señal del secundario sea transformada a una señal continua y esto se hace mediante un acondicionamiento, que consiste en un rectificador, un filtro, un amplificador de instrumentación y un amplificador no inversor.
10- RECOMENDACIONES Leer previamente la teoría y el procedimiento para facilitar la resolución de la práctica. Para tener un mejor entendimiento se recomendaría armar el circuito utilizando los materiales típicos como resistencias, amplificadores operacionales, etc. en lugar del modulo. Para el mejor desarrollo de la practica se debe tener cuidado con los equipos para evitar que se dañen.
11.- FUENTES DE CONSULTA http://www.investigacion.frc.utn.edu.ar/sensores/Tutorial/TECNO3.pdf http://www.ing.ula.ve/~dpernia/pdfs/vibracion_mecanica.pdf http://www.singerinstruments.com/products/micro_miniature_lvdts/lvdt_e30.php
Anexos
