Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Ingeniería Materia: Instrumentación Reporte: LVDT Alumno: Martínez Cruz Daniel
Contenido Introducción ................................................................................................................................................ 2 LVDT ........................................................................................................................................................ 2 CARACTERISTICAS Y VENTAJAS ..................... ................................. ....................... ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ................... ........ 2 Geometría ........................................................................................................................................... 3 Objetivos ..................................................................................................................................................... 3 Materiales ................................................................................................................................................... 3 Desarrollo .................................................................................................................................................... 4 Sensor ..................................................................................................................................................... 4 Circuito .................................................................................................................................................... 5 Diagrama del circuito ...................... ................................. ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ................ ..... 6 Diseño en PCB ......................................................................................................................................... 7 Adquisición de datos....................... .................................. ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ................ ..... 8 Panel frontal........................................................................................................................................ frontal........................................................................................................................................ 8 Diagrama de bloques ...................... ................................. ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ............. 8 Fotografías del sensor terminado............................. ........................................ ...................... ...................... ...................... ...................... ...................... ....................... ................ .... 9 Conclusiones ............................................................................................................................................... 9 Observaciones ........................................................................................................................................... 10
Introducción LVDT Un L.V.D.T. (Linear Variable Differential Transformer) es un transformador que produce una tensión proporcional al desplazamiento de un núcleo ferromagnético (núcleo móvil separado). Este tipo de transductor consiste en un bobinado primario alimentado por una señal de C.A. y dos bobinados secundarios. Cuando el núcleo se desplaza al interior de estas bobinas genera voltajes inductivos (V1) y (V2) en cada bobina secundaria, proporcionales a su desplazamiento. Los dos bobinados secundarios están conectados en serie y en fases opuestas, de modo que la señal de salida es la diferencia entre estos voltajes. En esta configuración, el voltaje de salida es cero cuando el núcleo se encuentra en el centro y las dos tensiones (V1) y (V2) se anulan. Cuando el núcleo se desplaza hacia las extremidades del captador la diferencia aumenta más y m ás. La señal de salida se rectifica con el fin de obtener una tensión continua, representativa de la posición del núcleo. Los sensores de distancia tipo LVDT son elementos de medida inductivos. Se basan en el principio inductivo de transformador de núcleo variable. Esto permite que un movimiento lineal del núcleo en el interior del cuerpo del sensor provoque una variación de inducción entre primario y secundario, lo que se traduce en un cambio de señal de salida, proporcional a ese desplazamiento.
La linealidad en su nombre se refiere a que el voltaje v aría de forma lineal al desplazamiento del núcleo
CARACTERISTICAS Y VENTAJAS •
Extremadamente preciso
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Alta resolución
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Resistencia de envejecimiento (larga vida)
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Insensible a las interferencias
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Al no haber contacto entre las bobinas y el núcleo, el sensor no agrega fricción al sistema
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Resistencia a los ambientes difíciles (humedad, polvo, etc.)
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Robusto
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Resistencia a la aceleración
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Precio favorable
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Fácil instalación.
Geometría La geometría del LVDT se puede cambiar para una aplicación particular; si se necesita medir una distancia mayor, se pueden colocar las bobinas secundarias de forma longitudinal, mucho más amplias que la central, más si se requiere medir un recorrido muy corto, se pueden emplear bobinas secundarias con un alambre más fino, y más vueltas en cada bobina.
Objetivos Construir un LVDT y comprobar su funcionamiento Adquirir, por medio de la tarjeta Arduino, los datos obtenidos por el sensor, para un tratamiento posterior, así como su graficación.
Materiales •
Tarjeta de Arduino
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Carretes para embobinar
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Alambre magneto calibre 30
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Transformador de 127 a 12V, 500mA
(aproximadamente 200 gramos)
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Cable dúplex calibre 22
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Núcleo de hierro
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Clavija
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Resorte
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Cable calibre 22 (para conexiones de
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Pegamento tubería PVC
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Tubería de PVC de 1.5” x 12”
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Tapón para tubería de PVC de 1.5”
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Cople tubería/tapón para tubería de PVC de 1.5”
•
Eje plástico de 12”
bobinas) •
Alambre para interconexión de protoboard
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Computadora con SDK de Arduino y LabView
Desarrollo Sensor Para la construcción de las bobinas empleamos el alambre con la siguiente configuración
Para el cuerpo del LVDT se emplea la tubería
Circuito Para la excitación de la bobina principal se utiliza el transformador
Para la rectificación de la onda, se utiliza una configuración de súper diodo, el OPAMP lo que hace es que elimina la caída de voltaje ocasionada por el diodo, el capacitor filtra la señal para producir la señal de corriente directa
Esta configuración se repite para cada bobina, la señal adquirida por cada configuración se resta en otro OPAMP, el resultado de estas pasa a otro OPAMP el cuál restará o aumentará el voltaje de tal Forma que el sensor quede calibrado para obtener cero Volts a la salida del circuito en estado estable.
Diagrama del circuito
Salida del circuito
Una de las bobinas se conecta aquí, la otra es a tierra
Diseño en PCB Por medio de ARES se diseñó en PCB el circuito
Adquisición de datos Para la adquisición de datos se utiliza la tarjeta de Arduino y el programa de LabView.
Panel frontal
Diagrama de bloques
Fotografías del sensor terminado
Conclusiones Se comprobó el funcionamiento del sensor, así como la adquisición de datos del mismo
Se creó para la adquisición de datos una interfaz en LabView que nos permitía ver el voltaje que se es taba aplicando en el sensor Se empleó la tarjeta de Arduino para comunicar el sensor con la PC
Observaciones En la construcción de las bobinas se debe procurar que cada bobina tenga una resistencia lo más alta posible, por esto es importante que se utilice alambre calibre 30, ya que con 1000 vueltas se consiguió una resistencia de 50 Ω, originalmente
no se había considerado esto, se construyeron las bobinas con una resistencia de 2.5-3Ω, ocasionando que el circuito fallara y se quemaran los OPAMP, ya que consumían demasiada corriente. En la salida del circuito se debe implementar un filtro para el ruido, de lo contrario la gráfica obtenida mostrará valores incorrectos.
