LVDT - Transformador Diferencial Linear Variável

[MOR_AL]

Olá pessoal.

Recentemente tive questionamentos sobre sensores magnéticos do tipo Transformador Diferencial Linear Variável.

Aí decidi estudá-los um pouco e obtive os resultados esperados.

Segue a dedução.



MOR_AL

[Red Neck Guy]

Já presenciei algumas aplicações desse tipo de sensor: Posicionamento final da mesa de centro de usinagem, posição da borboleta de bomba injetora de diesel, posição de eixo atuador de lixadeira.
No primeiro era uma placa antiga, tinha um circuito de sample and hold que "capturava" a tensão dos dois envolamentos no pico e jogava em um amp diferencial. A saída era a posição.
Na segunda a placa utilizar o AD630 e mais alguns ampops.
Na terceira era tudo feito por um DSP.
Na primeira o primário era excitado por um oscilador transistorizado, na segunda por um ICL8038 e na terceira não lembro.

[MOR_AL]

Observei que, como a tensão secundária (es) é alternada, as amplitudes máximas serão iguais, tanto quando o núcleo estiver na direita como na esquerda.
Em outras palavras.
Com o núcleo em um extremo, a amplitude começaria com um máximo. Ao chegar no meio a amplitude iria a zero. Ao chegar no outro extremo a amplitude iria novamente a um máximo. Duas retas formando a letra V.
Para que o sinal variasse linearmente, ou seja, formando um "/", teria que haver uma informação da fase de ep para determinar se o núcleo está em um ou outro lado.
Com apenas uma tensão de alimentação, a tensão variaria entre 0V e Vcc. O ponto de equilíbrio do núcleo daria uma tensão Vcc / 2, igual aos sensores de efeito hall. A diferença é que no LVDT não é necessário o campo magnético, como no sensor com efeito hall.
Outro detalhe seria o acoplamento K1 e K2. No equilíbrio (k1 = k2 = 0,5 ou outro valor qualquer, porém iguais), a tensão es daria zero. Um circuito com a tensão de referência (Vcc / 2) deveria ser somado para que, nestas condições, o circuito fornecesse Vcc / 2.
Teria que analisar como resolver este problema.
MOR_AL

[Red Neck Guy]

Isso que eu digo:

Essa placa:


Usa isso:


A senoide é gerada por um ICL8038, isso não sei porque pois daria pra fazer de uma forma mais simples. Já que ali tem um LPC, poderia ter feito pelo DAC passando um passa-baixa...

[MOR_AL]

É!
A condição Custo Benefício tem dois enfoques.

Os AD630 disponíveis no estoque custam:

1 - Para uso como hobby 1.

Custo Ebay. A partir de R$ 44,00. Já incluído o custo do envio. Mais a taxa IOF.

2 - Para uso profissional.

Custo Digi-key. A partir de US$ 21.17. Mais todos os custos.

Se eu fosse fazer um projeto profissional, sem ter que comprar o equipamento já pronto, eu usaria a segunda opção, claro.

Se eu fosse fazer o projeto como hobby, com linearidade melhor que 1%, eu ficaria com a terceira opção, a seguir.

3 - Para uso como hobby 2.

Circuitos integrados de propósito geral, como 4 operacionais em um CI (LM234). Custo aproximado (Ebay) R$ 0.60. Incluído envio. Mais IOF.

Este CI permite entradas com 0V e saídas típicas a partir de 5mV, com apenas uma tensão de alimentação. Ideal para se usar com microcontroladores (MC). Usando VRef = 2.5V, a saída do LM324 permite tensões desde 5mV até 3,5V (Vcc = 5V), mais que o necessário para um MC.
MOR_AL

[MOR_AL]

É Aquino!
O buraco é mais embaixo mesmo.
"O peixe morre pela boca".
Como sou curioso, investiguei um pouco mais sobre o assunto.
Como também sou teimoso, decidi idealizar um circuito de condicionamento de sinal entre o transformador (LVDT) e um microcontrolador (MC) qualquer.
O detalhe é que eu não estava disposto a usar um CI tão caro e especial como o que você mostrou em seu circuito.
Decidi usar componentes bem mais baratos e comuns. Tempo de projeto eu arranjo, né?
Aí a coisa ficou feia.
Assisti diversos vídeos na net, onde os sujeitos mostravam a variação de tensão em um osciloscópio, na medida que variavam a posição do núcleo do LVDT.
Aí observamos três características.
1 - O pessoal não se importava com o circuito de condicionamento do sinal. O interessante, para eles, era a visualização da tensão dos secundários do LVDT no osciloscópio.
2 - O pessoal não apresentava informações sobre a faixa de atuação do LVDT. Bom. Isso depende muito da aplicação. Tudo bem.
3 - O pessoal não esquentava a cabeça sobre a linearidade. Aí nem adianta querer medir o movimento do núcleo. Não vai achar valores corretos menor que um erro determinado. Então a utilização fica mais para a área digital, colocando um comparador diferencial e observando a saída. "1" ou "0".
Em um e somente um dos sítios que pesquisei, o sujeito mencionava, por alto, sobre a linearidade da bagaça.
É isso aí, cheguei a diversos circuitos, uns mais simples, com menos precisão e outros mais complexos, com melhor desempenho.

Evoluindo no projeto, sempre visando maior precisão.
1 - Na simulação usando um gerador de onda quadrada, a precisão aumentou mais um pouco.
2 - A frequência dessa onda pôde ser aumentada para 20kHz. Isso reduz ao meio a corrente que o primário do trafo exige, para uma mesma tensão. Antes a frequência era de 10kHz.
3 - Qualquer que seja a forma de onda do gerador, se senoidal ou quadrada, TEM-SE que reduzir ao máximo a distorção da senóide ou manter o delta da onda quadrada em 50%. Caso estas condições não sejam satisfeitas, haverá distorção na geração do valor de pico da onda.
4 - Considerei um gerador com o dobro da frequência com um dos comparadores do chip, não importando o delta e dividi a frequência por dois com um flip flop do tipo D, para obter a frequência de 20kHz. Este valor de frequência não é crítico e sim o valor do delta.
5 - O terceiro comparador, dos quatro que um chip possui, tem a função de aumentar a capacidade de corrente para o primário do trafo. Ele também é responsável por informar se o núcleo se encontra de um lado ou de outro do ponto central. É equivalente a mais um bit do número de bits do CAD.
Em teoria, a simulação mostrou uma precisão de uma parte em mil, mas deve dar menos na prática.

Bom.
Não montei o circuito e nem o LVDT, apenas simulei o funcionamento no PC.
Quando for necessário eu monto e posto os resultados.
[]'s.
MOR_AL