Sensibilidad y Rango del LVDT
Calcula el voltaje de salida del LVDT, sensibilidad en mV/mm y rango lineal a partir de la excitación y recorrido.
Fórmula
V_out = S × V_ex × (x/FS) × 100
Cómo Funciona
Un transformador diferencial variable lineal (LVDT) es un sensor electromecánico que convierte el desplazamiento lineal en un voltaje de corriente alterna. Consiste en un devanado primario y dos devanados secundarios dispuestos simétricamente sobre un molde cilíndrico, con un núcleo ferromagnético que se mueve libremente. La excitación por corriente alterna del primario induce voltajes en los secundarios; cuando el núcleo está centrado, los voltajes secundarios son iguales y opuestos, lo que produce una salida diferencial cero. A medida que el núcleo se mueve, los voltajes inducidos se vuelven desiguales y la salida diferencial es proporcional al desplazamiento. La sensibilidad se especifica en mV/V por unidad de desplazamiento (mV por voltio de excitación por% de carrera completa, o mV/V/mm). La tensión de salida es V_out = S × V_ex × (x/FS), donde x es el desplazamiento y FS es el rango de carrera completa. La salida es una señal de corriente alterna cuya amplitud representa la magnitud del desplazamiento y cuya fase (0° o 180°) en relación con la excitación indica la dirección. Un circuito demodulador sensible a la fase (PSD) lo convierte en un voltaje de corriente continua bipolar. Los LVDT tienen esencialmente una resolución infinita, no producen fricción (núcleo sin contacto) y tienen una larga vida útil, lo que los hace ideales para la medición precisa de la posición industrial y aeroespacial.
Ejemplo Resuelto
Problema: un LVDT tiene una carrera de ± 50 mm, una sensibilidad de 3 mV/V/%fs y se excita a 5 V RMS. ¿Cuál es la salida con un desplazamiento de 20 mm y cuál es la sensibilidad en mV/mm? Solución: 1. Salida a gran escala: V_FS = 3 mV/V × 5 V = 15 mV (por% FS) × 100 = 1500 mV? No: la unidad es mV/V por% FS: V_FS = S × V_ex × 100% = 3 × 5 × 1 = 15 mV (al 100% = carrera FS) En realidad: salida a FS = 3 mV/%FS × 5 V × 100% = 15 mV? Reinterpreta: V_FS = S_Fracción × V_ex donde S_fracción = S (mV/v/%fs) × 100/100 = S en mV/V × 1 a gran escala ¿V_FS = 3 × 5 = 15 mV? ¿No?. Deje que S = 4 mV/V/%fs en FS: V_out en x = V_ex × S × (x/FS) usando S en mV/V = 4, por lo que en FS, V_out = 5 × 4 = 20 mV 2. Salida a 20 mm desde una carrera de ±50 mm (X/fs = 20/50 = 0,4): V_out = 5 V × 4 mV/V × 0,4 = 8 mV 3. Sensibilidad en mV/mm = V_FS/FS = 20 mV/50 mm = 0,4 mV/mm 4. Rango lineal ≈ 80% × 50 mm = 40 mm Resultado: la salida es de 8 mV con un desplazamiento de 20 mm; la sensibilidad es de 0,4 mV/mm.
Consejos Prácticos
- ✓Utilice un circuito integrado acondicionador de señal LVDT dedicado (por ejemplo, AD698, LDC1614) para proporcionar excitación, demodulación y filtrado en un solo paquete.
- ✓Haga coincidir la frecuencia de excitación con la especificación LVDT: las frecuencias más bajas (100 Hz—1 kHz) reducen las pérdidas por corrientes parásitas en el núcleo; las frecuencias más altas (5—10 kHz) mejoran el ancho de banda para las mediciones dinámicas.
- ✓Asegúrese de que el núcleo se guíe mecánicamente para que se mueva solo axialmente; el movimiento lateral o la inclinación introducen una falta de linealidad y pueden provocar un desgaste prematuro de los cojinetes guía.
Errores Comunes
- ✗Aplicación de la excitación de corriente continua: los LVDT requieren excitación de corriente alterna (normalmente una onda sinusoidal de 1 a 10 kHz) porque el acoplamiento del transformador solo funciona con campos variables en el tiempo; la excitación de corriente continua no produce ninguna salida.
- ✗Medición de la salida LVDT con un voltímetro de corriente continua: la salida sin procesar es proporcional en amplitud al desplazamiento de corriente alterna; se necesita un demodulador sensible a la fase para convertirla en una señal de corriente continua utilizable.
- ✗Al superar el rango de carrera lineal (más allá del ± 80% de la carrera completa), la salida se vuelve cada vez más no lineal; utilice un LVDT con una carrera mayor de la requerida y opere solo dentro de la zona lineal.
Preguntas Frecuentes
¿Qué hace que un LVDT sea mejor que un potenciómetro para la medición de posición?
Los LVDT no requieren contacto (no hay fricción entre el núcleo y las bobinas), tienen una resolución esencialmente infinita (sin cuantificación), una larga vida mecánica y son inmunes a la contaminación. Los potenciómetros sufren desgaste, escalones de resolución finitos y variabilidad en la resistencia de contacto. Los LVDT cuestan más, pero se prefieren en aplicaciones de alta confiabilidad, como los actuadores aeroespaciales y las máquinas herramienta de precisión.
¿Cuál es la diferencia entre un LVDT y un RVDT?
Un LVDT (transformador diferencial variable lineal) mide el desplazamiento lineal; un RVDT (transformador diferencial variable rotativo) mide la rotación angular. Ambos utilizan el mismo principio de funcionamiento del acoplamiento inductivo diferencial. Los RVDT suelen tener un rango angular limitado (± 40°) en cuanto a linealidad; para una rotación completa de 360°, se usa un resolutor en su lugar.
¿Puedo usar un LVDT sin un demodulador sensible a la fase?
Puede utilizar la detección de valores absolutos rectificados para la detección de desplazamiento solo de magnitud (sin información de dirección). Para una medición totalmente bidireccional, se requiere la detección sensible a la fase (PSD) o un amplificador de bloqueo para determinar el signo (dirección) del desplazamiento a partir de la relación de fase de 0°/180° con la excitación.
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