Transformadores diferenciales Variables Lineales LVDT s

Transcripción

1 1 Transformadores diferenciales Variables Lineales LVDT s Un transformador diferencial variable lineal, genera una señal de voltaje de salida de ca, la cual es proporcional a un desplazamiento físico. La figura 10-4 muestra la construcción, el símbolo esquemático, y las formas de onda de salida de un LVDT. Figura (a) Construcción física de un LVDT (b) Dibujo esquemático de un LVDT. (c) cuando el núcleo del LVDT está completamente centrado, Vsal = 0 V, (d) cuando el núcleo se desplaza hacia arriba, Vsal está en fase con Vent. (e) cuando el núcleo se desplaza hacia abajo, Vsal está fuera de fase con Vent.

2 2 La figura 10-4(a) muestra que un LVDT tiene una bobina primaria y 2 secundarias todas ellas encapsuladas en el mismo empaque. El empaque es hueco y contiene un núcleo magnético el cual es libre de desplazarse en el interior del empaque. En tanto el núcleo magnético se encuentre perfectamente centrado en el empaque, el acoplamiento de campo magnético será el mismo para el embobinado secundario 1 y el embobinado secundario 2. Por tanto, ambos voltajes de bobina secundaria serán iguales. Si el núcleo se mueve hacia la izquierda en la figura 10-4(a), el acoplamiento magnético será mayor que el embobinado secundario 1 debido a que una mayor parte del núcleo está dentro de ese embobinado que dentro del embobinado secundario 2.

3 3 Por tanto, el voltaje de bobina 1 será mayor que el voltaje de bobina 2. Por otro lado, si el núcleo se desplaza hacia la derecha en la figura 10-4(a), el voltaje de bobina 2 será mayor que el voltaje de bobina 1, debido a que la bobina secundaria 2 tendrá una mayor parte del núcleo dentro de ella. El LVDT se construye de manera que la diferencia entre los dos voltajes de bobina secundaria sea proporcional al desplazamiento de núcleo. Cuando el LVDT está en uso como dispositivo de medición, las bobinas secundarias se conectan en serie con las marcas de polaridad en oposición, como se indica en la figura 10-4(b). Por tanto, si el núcleo está centrado y el voltaje de bobina 1 iguala al voltaje de bobina 2, el voltaje de salida neto (Vsal) es 0. Esto se muestra en la figura 10-4(c). El núcleo se desplaza hacia arriba en la figura 10-4(b), el voltaje de bobina 1 se vuelve más grande que el voltaje de la bobina 2, de forma que Vsal se vuelve distinto a cero. Cuanto más lejos se desplaza el núcleo, mayor se vuelve Vsal. Esto se muestra en la figura 10-4(d). Además, Vsal está en fase con Vent debido a la forma en que la fase de voltaje de salida se define en la figura 10-4(b). Si el núcleo desciende por debajo de su posición central en la figura 10-4(b), el voltaje de la bobina 2 se vuelve más grande que el voltaje de bobina 1, y Vsal

4 4 nuevamente se vuelve distinto a cero. Esta vez, Vsal está 180 grados fuera de fase con Vent, como lo muestra la figura 10-4 (c). Por tanto, el tamaño de Vsal representa la cantidad de desplazamiento respecto al centro y la fase de Vsal representa la dirección del desplazamiento. La mayoría de los LVDT tienen un rango del desplazamiento de aproximadamente más o menos una pulgada. Es decir, el núcleo se mueve al desplazar hacia arriba una pulgada a partir del centro o hacia abajo una pulgada a partir del centro. Si el LVDT se usará para medir desplazamientos mecánicos mucho más grandes que una pulgada, se deberá usar un aparato de proporcionalidad mecánica (engranaje) apropiado. En cuanto a los valores de voltaje se refiere, la mayoría de los LVDT se diseñan para operar sobre un voltaje de entrada de menos de 10 V ca. Los voltajes de salida de escala completa caen en el mismo rango general. Es decir, los voltajes de salida de escala completa tienen un rango de aproximadamente 0.5 V ca a alrededor de 10 V ca para diferentes modelos de LVDT.

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6 6 Transductores de Presión Los diferentes enfoques para la medición de presión industrial son numerosos. Estudiaremos sólo dos clases de dispositivos sensores de presión, los tubos Bourdon y los fuelles Estos dispositivos, detectan la presión medida y la convierten a movimiento mecánico. El movimiento mecánico es entonces convertido a una señal eléctrica, ya sea por un potenciómetro o por un LVDT. Tubos de Bourdon Un tubo de Bourdon es un tubo de metal deformado con una sección transversal oval. Está abierto en un extremo y sellado en el otro. El tubo entero es elástico debido a la elasticidad del metal usado en su fabricación. El fluido cuya presión está siendo medida se admite al interno del tubo en el extremo abierto, el cual esta anclado mecánicamente. El tubo entonces curvea en una cantidad proporcional a la magnitud de la presión. Esta curvatura se transmite mecánicamente al selector de un potenciómetro o al núcleo de un LVDT para proporcionar una señal eléctrica. La figura 10-5(a) a la (d) muestra las diferentes formas de tubos de Bourdon y los movimientos que producen. Figura 10-5 Tubos de Bourdon. (a)tubo Bourdon en forma c, el tipo más común.(b)tubo Bourdon en forma helicoidal. (c) Tubo de Bourdon espiral. La figura 10-5 (e) muestra de que manera un tubo Bourdon de forma C se puede conectar a un potenciómetro. La figura 10-5(f) muestra la forma en que un tubo Bourdon de forma C se puede conectar a un LVDT. Los tubos Bourdon helicoidales y en espiral a menudo son preferibles que los tubos de Bourdon en forma de C,

7 7 debido a que producen un movimiento mayor de escala por cantidad de presión. Los tubos Bourdon se utilizan más a menudo para presiones en el rango de 10 a 300 psi Figura 10-5 Tubos de Bourdon. (d) Tubo de Bourdon Helicoidal. (e) Tubo Bourdon de forma conectado a un potenciómetro.(f)tubo de Bourdon de forma C conectado a un LVDT.

8 8 1O-3-2 Fuelles Un fuelle es esencialmente una serie de diafragmas de metal conectados juntos. Cuando están sujetos a una presión de fluidos, un diafragma de metal se distorsionará ligeramente debido a la elasticidad del material con el que fue fabricado. Cuando varios diafragmas están soldados unidos en serie, el movimiento total en el extremo del diafragma puede ser importante. La figura 10-6(a) muestra una vista transversal de un fuelle. Con el puerto de acceso de presión anclado, el fuelle se expandir al momento que la presión del fluido se eleve. y la protuberancia de salida se moverá hacia la izquierda. FIGURA I0-6 (a) Construcción básica de un fuelle. (b) Distribución de fuelle en la cual la presión de entrada se aplica al interior del fuelle. (c) Distribución de fuelle enla cual la presión de entrada se aplica al exterior fuelle.

9 9 La fuerza de contracción se puede proporcionar por la elasticidad de los diafragmas del propio fuelle o por una combinación de la elasticidad del diafragma con un resorte externo. FIGURA I0-6 (a) Construcción básica de un fuelle. (b) Distribución de fuelle en la cual la presión de entrada se aplica al interior del fuelle. (c) Distribución de fuelle enla cual la presión de entrada se aplica al exterior fuelle. Las figura 10-6(b) y (c) muestran dos distribuciones comunes de fuelles. En la figura 10-6(b), la presión es aplicada al interior del fuelle y tiende a extender el fuelle contra la tracción del resorte de tensión. En el momento en que el fuelle se expande, acciona una articulación mecánica que mueve el selector de un potenciómetro para proporcionar una señal de salida eléctrica. En la figura 10-6(c), la presión medida es aplicada al exterior de un fuelle, forzándolo a contraerse en contra del empuje de un resorte de compresión. Al moverse, una articulación mecánica desplaza el núcleo de un LVDT para proporcionar una señal eléctrica de salida. Estos transductores de presión son calibrados mediante el ajuste de la tensión inicial o mediante la compresión del resorte de regreso.

10 10 Una tuerca de ajuste, no mostrada en la figura 10-6, se proporciona para este propósito Los transductores de presión tipo fuelle encuentran su principal utilidad en la medición de presiones en el rango de 0.5 a 20 psi

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