LVDT - resumo completo sobre LVDT O sensor LVDT (linear variable differential transformer) PDF

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resumo completo sobre LVDT O sensor LVDT (linear variable differential transformer) é utilizado para a medição de deslocamento linear....

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1. Introdução O sensor LVDT (linear variable differential transformer) é utilizado para a medição de deslocamento linear. Ele é composto por três bobinas e um núcleo cilíndrico de material ferromagnético de alta permeabilidade. Ele fornece um sinal linear

que

é

proporcional

ao

deslocamento do núcleo. A bobina central é chamada de primária e as demais são chamadas de secundárias. O que permite o processo de medição do deslocamento é a fixação do núcleo ao objeto, resultando no valor da movimentação desejado. 2. Funcionamento Para que se possa realizar essa medição, uma corrente alternada é aplicada na bobina primária, fazendo com que uma tensão seja induzida em cada uma das bobinas secundárias

proporcionalmente

à indutância mútua

com

a

bobina

primária.

A frequência da corrente alternada é baixa e encontra-se geralmente entre 1 e 10 kHz. De acordo com a movimentação do núcleo, esta indutância mútua muda, fazendo com que as tensões nas bobinas secundárias mudem também. As bobinas são ligadas em série reversa, o que resulta numa tensão de saída dada pela diferença entre as duas tensões secundárias. Quando o núcleo do LVDT encontra-se na posição central, à mesma distância das duas bobinas secundárias, as tensões opostas mas de mesma amplitude, são induzidas nestas duas bobinas, assim, a tensão de saída é zero.

Quando o núcleo é movimentado em uma direção a tensão em uma das bobinas secundárias aumenta enquanto a outra diminui, fazendo com que a tensão aumente de zero para um máximo. Esta tensão está em fase com a tensão primária. Quando o núcleo se move em outra direção, a tensão de saída também aumenta de zero para um máximo, mas sua fase é oposta à fase primária. A amplitude da tensão de saída é proporcional à distância movida pelo núcleo (até o seu limite de curso), sendo por isso a denominação "linear" para o sensor. Assim, a fase da tensão indica a direção do deslocamento. Como o núcleo não entra em contato com o interior do tubo, ele pode mover-se livremente, quase sem atrito, fazendo do LVDT um dispositivo de alta confiabilidade. Além disso, a ausência de contatos deslizantes ou girantes permite que o LVDT esteja completamente selado das condições do ambiente. Quando há um deslocamento linear causado pela atuação de alguma peça ou por algum mecanismo, a indução de tensão entre as duas bobinas (a primária com a 1ª secundária ou com o 2ª secundária) se modifica, fazendo com que apareça um determinado potencial na saída do sensor LVDT. De acordo com a direção que acontecer o deslocamento, essa tensão pode apresentar fases diferentes. Essa diferença é o que permite o sensor de determinar com exatidão qual é a direção na qual se dá o deslocamento. Quanto maior for o deslocamento em relação a uma bobina secundária, maior será a tensão aplicada.

3. Aspectos de um sistema com LVDT Os sensores do tipo LVDT possuem faixas de medição usualmente inferiores a 1 m, por isso possuem uma aplicabilidade considerada relativamente pequena. As principais fontes de incerteza desse sistema são: - Repetitividade; - Histerese; - Não linearidade; - Sensibilidade; - Fator de escala; - Amplitude.

4. Aplicação Existem diversas opções para a utilização para aplicação do LVDT dentro da indústria. De acordo com o tipo de uso, temos LVDT’s aplicados em longos cursos de deslocamento, para elevadas temperaturas, os criogênicos, para ambientes hostis, totalmente isolados, entre outros.

Os de longo curso são projetados para elevados deslocamentos, sendo que o comprimento do dispositivo é o menor possível. Como vantagem, sensores em miniatura reduzem o tamanho do transformador e a massa do núcleo, o que é vantajoso economicamente. Os LVDTs de altas temperaturas podem operar continuamente até 600°C, enquanto que os criogênicos podem operar até -195°C.

Existem ainda os RVDTs (Rotary Variable Differential Transformers) produzem tensões através de um circuito de corrente alternada que variam linearmente com a posição de seus eixos. Eles são capazes de girar continuamente e são lineares de -40° até +40°.

LVDTs para ambientes industriais hostis são mais robustos e feitos com materiais capazes de suportar atmosferas mais agressivas. Os sensores usados em ambientes radioativos, por exemplo, enfrentam dois problemas: radiação e altas temperaturas. Por isso, precisam ser confeccionados com materiais especiais, como aços inoxidáveis e algumas cerâmicas que resistem às condições citadas acima.

Basicamente os sensores LVDT estão aptos a medir posição e deslocamento através de diversos parâmetros, entre eles força, pressão, nível de líquido, entre outros. De acordo com o tamanho do curso do LVDT, ele pode se diferenciar drasticamente. Pequenos cursos desses sensores auxiliam a medição do alongamento de um material em resposta a uma tensão mecânica realizada de forma micro ou macroscópica, desde que se possua um controle bem definido desse processo. Os LVDT’s de curso considerado longo estão ligados a grandes análises científicas, como o monitoramento do crescimento de rachaduras em calotas polares.

5. LVRT’s

Os LVRT’s (Linear Variable Reluctance Transducer) são sensores semelhantes aos LVDT’s. Possuem características como sensibilidade, aparência e performance, praticamente idênticos. A única diferença é que nos LVRT’s existe apenas uma bobina ao invés de três. A opção por utilizar um sistema ou outro é meramente subjetiva, visto a similaridade de funcionamento entre eles.

6. Novas tecnologias com o sistema LVDT

É preciso assegurar que o sistema LVDT esteja bem calibrado para que não haja erro nas medições, causando problemas em conclusões importantes. Existem diversas empresas buscando novas tecnologias para que esse tipo de sensor possa ser utilizado em ocasiões cada vez mais adversas e a cada dia com mais precisão.

Através da observação do catálogo da Metrolog, existe um sensor que utiliza o sistema LVDT em aplicações submersas. Nesse caso, é preciso manter eles com fluidos não magnéticos, que não atrapalhem seu funcionamento.

Os

sensores

apresentam,

como

características básicas: longa vida útil, alta resolução e alta exatidão. São confeccionados de aço inoxidável e servem para ensaios acadêmicos e científicos em ambientes submersos, de modo a facilitar medições manuais, que eram antigamente realizadas.

7. Conclusão

Os sensores LVDT, quando bem utilizados, podem fornecer uma análise muito fiel do deslocamento de mecanismos em diversas aplicações. Desde que estejam corretamente calibrados, fornecem uma relação corretas de variáveis mais abstratas, como tensão, pressão e deslocamento linear de estruturas.

8. Referências Bibliográficas

Sensores: Tecnologias e Aplicações Professor: Celso Massatoshi Furukawa http://www.metrolog.net/transdutores/lvdt/acw.php?lang=ptbr http://www.metrolog.net/transdutores/lvdt/acw.php?lang=ptbr

Universidade Federal de Ouro Preto – Escola de Minas

LVDT (linear variable differential transformer)

Aluno: Sebastião Elias Mansur Filho Matrícula: 10.1.1152...