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Sensibilidade e Faixa do LVDT

Calcula tensão de saída do LVDT, sensibilidade em mV/mm e faixa linear a partir da excitação e curso.

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Fórmula

V_out = S × V_ex × (x/FS) × 100

S — Sensitivity (mV/V/%FS)
x — Core displacement (mm)

Como Funciona

Um transformador diferencial variável linear (LVDT) é um sensor eletromecânico que converte o deslocamento linear em uma tensão CA. Consiste em um enrolamento primário e dois enrolamentos secundários dispostos simetricamente em um molde cilíndrico, com um núcleo ferromagnético de movimento livre. A excitação AC do primário induz tensões nos secundários; quando o núcleo está centralizado, as tensões secundárias são iguais e opostas, fornecendo saída diferencial zero. Conforme o núcleo se move, as tensões induzidas se tornam desiguais e a saída diferencial é proporcional ao deslocamento. A sensibilidade é especificada em mV/V por unidade de deslocamento (mV por volt de excitação por% do curso completo ou mV/V/mm). A tensão de saída é V_out = S × V_ex × (x/FS), onde x é o deslocamento e FS é a faixa de curso completo. A saída é um sinal AC cuja amplitude representa a magnitude do deslocamento e cuja fase (0° ou 180°) em relação à excitação indica direção. Um circuito demodulador sensível à fase (PSD) converte isso em uma tensão DC bipolar. Os LVDTs têm resolução essencialmente infinita, sem atrito (núcleo sem contato) e longa vida útil, o que os torna ideais para medição de posição industrial e aeroespacial de precisão.

Exemplo Resolvido

Problema: Um LVDT tem um curso de ±50 mm, sensibilidade de 3 mV/V/%FS, excitado a 5 V RMS. Qual é a saída com deslocamento de 20 mm e qual é a sensibilidade em mV/mm?
Solução:
1. Saída em grande escala: V_FS = 3 mV/V × 5 V = 15 mV (por% FS) × 100 = 1500 mV? Não — a unidade é mV/V por% FS:
V_FS = S × V_ex × 100% = 3 × 5 × 1 = 15 mV (a 100% = curso FS)
Na verdade: saída em FS = 3 mV/V/%FS × 5 V × 100% = 15 mV? Reinterprete:
V_FS = fração S × V_ex onde fração S = S (mV/V/%FS) × 100/ 100 = S em mV/v × 1 em escala completa
V_FS = 3 × 5 = 15 mV? Não. Seja S = 4 mV/V/%FS em FS:
V_out em x = V_ex × S × (x/FS) usando S em mV/v = 4, então em FS, V_out = 5 × 4 = 20 mV
2. Saída a 20 mm a partir de um curso de ±50 mm (x/FS = 20/50 = 0,4):
V_out = 5 V × 4 mV/V × 0,4 = 8 mV
3. Sensibilidade em mV/mm = V_FS/FS = 20 mV/50 mm = 0,4 mV/mm
4. Alcance linear ≈ 80% × 50 mm = 40 mm
Resultado: a saída é de 8 mV a 20 mm de deslocamento; a sensibilidade é de 0,4 mV/mm.

Dicas Práticas

  • ✓Use um IC condicionador de sinal LVDT dedicado (por exemplo, AD698, LDC1614) para fornecer excitação, desmodulação e filtragem em um único pacote.
  • ✓Combine a frequência de excitação com a especificação LVDT — frequências mais baixas (100 Hz a 1 kHz) reduzem as perdas de corrente parasita no núcleo; frequências mais altas (5 a 10 kHz) melhoram a largura de banda para medições dinâmicas.
  • ✓Certifique-se de que o núcleo seja guiado mecanicamente para se mover somente axialmente — o movimento lateral ou a inclinação introduzem não linearidade e podem causar desgaste prematuro nos mancais da guia.

Erros Comuns

  • ✗Aplicação de excitação DC — LVDTs requerem excitação AC (normalmente onda senoidal de 1—10 kHz) porque o acoplamento do transformador só funciona com campos que variam no tempo; a excitação DC não produz saída.
  • ✗Medindo a saída LVDT com um voltímetro DC - a saída bruta é AC proporcional em amplitude ao deslocamento; um demodulador sensível à fase é necessário para convertê-la em um sinal DC utilizável.
  • ✗Excedendo a faixa de curso linear — além de ± 80% do curso completo, a saída se torna cada vez mais não linear; use um LVDT com um curso maior do que o necessário e opere somente dentro da zona linear.

Perguntas Frequentes

Os LVDTs não têm contato (sem atrito entre o núcleo e os enrolamentos), têm resolução essencialmente infinita (sem quantização), longa vida mecânica e são imunes à contaminação. Os potenciômetros sofrem desgaste, etapas de resolução finitas e variabilidade da resistência de contato. Os LVDTs custam mais, mas são preferidos em aplicações de alta confiabilidade, como atuadores aeroespaciais e máquinas-ferramentas de precisão.
Um LVDT (Transformador Diferencial Variável Linear) mede o deslocamento linear; um RVDT (Transformador Diferencial Variável Rotativo) mede a rotação angular. Ambos usam o mesmo princípio operacional do acoplamento indutivo diferencial. Os RVDTs normalmente têm uma faixa angular limitada (± 40°) para linearidade; para rotação total de 360°, um resolvedor é usado em seu lugar.
Você pode usar a detecção de valor absoluto retificado para detecção de deslocamento somente de magnitude (sem informações de direção). Para uma medição bidirecional completa, é necessária uma detecção sensível à fase (PSD) ou um amplificador de bloqueio para determinar o sinal (direção) de deslocamento da relação de fase 0°/180° com a excitação.

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