SENSORES DE REACTANCIA VARIABLE (LVDT)

SENSORES DE REACTANCIA VARIABLE (LVDT)

Jarlen David Páez

Jd.paez@hotmail.com - 1610018

Omar Duvan Castro

omartecastro@hotmail.com – 161001744

Carlos Mauricio Rojas Beltrán

carlosbe06@hotmail.com - 161002027

Universidad de los Llanos

RESUMEN: En este informe de laboratorio se estudia la labor del transformador diferencial de variación lineal a partir de su implementación como un sistema de medida. Además, su uso permite reconocer el funcionamiento de los sensores de reactancia variable; de esta forma se elaboran circuitos que permiten y facilitan el estudio de los LVDTs.

PALABRAS CLAVE: LVDT, sensor, reactancia variable, transformador.

I. INTRODUCCIÓN

La variación de la reactancia de un componente o circuito ofrece alternativas de medida distintas a las disponibles con los sensores resistivos. Muchas de ellas no requieren contacto físico con el sistema donde se va a medir, o bien tienen un efecto de carga mínimo. En concreto, ofrecen mejores soluciones para mediciones de desplazamientos lineales y angulares, en el caso de tratar con materiales ferromagnéticos, y para las medidas de humedad.

En este tipo de sensores la falta de linealidad intrínseca en alguno de los principios de medida empleados se supera mediante el uso de sensores diferenciales. Tienen en cambio una limitación en la máxima frecuencia de variación admisible en la variable medida, pues debe ser inferior a la frecuencia de la tensión de la alimentación empleada, necesariamente alterna.

II. OBJETIVOS

- Diseñar e implementar un sistema de medición haciendo uso de un transformador diferencial de variación lineal (LVDT)

- Identificar y caracterizar el transformador diferencial de variación lineal (LVDT).

- Conocer el principio de funcionamiento y realizar medidas de desplazamientos con el LVDT.

- Reconocer el funcionamiento de los sensores de reactancia variable.

III. MARCO TEÓRICO

Transformador Diferencial

Figura 1. Núcleo de Ferrita.

El transformador diferencial lineal (LVDT) utiliza 3 bobinas, un devanado primario y dos devanados secundarios situados a cada lado del devanado primario en forma simétrica. En el interior puede desplazarse un núcleo ferromagnético que cubre totalmente el primario y una fracción más o menos importante de los secundarios. El primario se alimenta con una corriente alterna fija. En los secundarios se induce una tensión de valor similar cuando el núcleo ferromagnético está en su posición central. La conexión de los secundarios es en serie-oposición; es decir, en forma tal que las tensiones respectivas se restan. En la posición central, ambos secundarios reciben una misma cantidad de flujo y, por tanto, sus tensiones inducidas son iguales produciendo una salida nula. La tensión de salida del secundario es alterna de la misma frecuencia que la del primario y de una amplitud débil.

Desplazando el núcleo a uno u otro lado de su posición central, los flujos recibidos por cada secundario varían en sentido contrario produciendo una señal a la salida cuya amplitud es proporcional al desplazamiento efectuado y cuya fase, con relación a la tensión del primario es 0 ó 180 grados, lo cual permite distinguir la dirección de desplazamiento.

Figura 2. Esquema Físico LVDT.

Un captador convierte un parámetro físico (una presión, una temperatura o una posición por ejemplo) en otro parámetro, generalmente una señal eléctrica. Los captadores LVDT 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.

IV. PROCEDIMIENTO

PARTE 1

a) Averiguar la forma de conexión para LVDT y sus características más importantes.

El transformador Diferencial Variable Lineal es un dispositivo de sensor posición que provee un voltaje de salida de CA proporcional al desplazamiento de su núcleo que pasa a través de sus arrollamientos. Los LVDTs proveen una salida lineal para pequeños desplazamientos mientras el núcleo permanezca dentro del bobinado primario. La distancia exacta es función de la geometría del LVTD.

Los LVDT están disponibles en configuraciones de 4 o 5 cables. Mientras que el número de cables describe el número de conexiones físicas entre su LVDT y su sistema de medición, también describe cómo interpreta el sistema de medición las señales del LVDT.

En una configuración de 4 cables, la circuitería de medición utiliza la señal de excitación interna para cambiar la modulación de la señal que llega del LVDT. En una configuración de 5 cables, el sistema de medición ignora la señal de excitación y utiliza la señal de voltaje de modo común del LVDT para cambiar la modulación. Mientras que algunos LVDT pueden operar en cualquier modo, usted debe utilizar otros LVDT en una u otra configuración. Por lo tanto, es beneficioso elegir un sistema de medición de LVDT que maneje ambas configuraciones.

b) Investigar sobre el acondicionamiento de la señal necesaria para un LVDT.

El acondicionamiento del sensor de deformación constaría de 2 partes principales, cada una con tres etapas diferentes (Figura 3) la primera etapa parte del diseño esta relacionada con el adecuado suministro de energía para el sensor. La segunda etapa engloba la manipulación de la señal de salida del sensor para obtener una señal de voltaje de directa acorde con las especificaciones del diseño.

Figura 3. Diagrama del circuito de alimentación (a) y acondicionamiento de la señal (b) del LVDT.

La primera etapa consiste en la generación de la señal sinusoidal, el acondicionamiento previo de la señal y la fase de potencia, que servirá para asegurar los requerimientos de energía del sensor. La segunda etapa consiste en la captura de la señal de salida del LVDT, su acondicionamiento y la conversión CA a CD.

PARTE 2

V. ANALISIS DE RESULTADOS

Se implemento un circuito para visualizar y analizar el comportamiento de las señales en los

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