Laboratório 6 - LVDT

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Universidade Federal de Lavras 
Departamento de Engenharia 
 
 
 
 
 
 
 
Laboratório 6: 
Transformador Diferencial Variável Linear (LVDT) 
 
 
 
Instrumentação – GNE195 
Belisário Nina Huallpa 
 
 
 
 
Emanuelle Pereira Machado Faria 201420887 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Lavras - MG 
2017 
Introdução 
 
Os LVDTs (Linear Variable Differential Transformers) ou Transformadores Lineares 
Diferenciais Variáveis consistem num conjunto de núcleo magnético variável com três bobinas 
que formam um transformador, como mostrado no primeiro esquema básico abaixo. 
 
Uma das bobinas é o primário, as demais compõem o secundário que modificam a 
tensão de saída do transformador, à medida que o núcleo desliza a fim de identificar um 
deslocamento através da tensão produzida na saída. 
O segundo esquema mostra um deslocamento inferior através do valor da tensão em 
Volt, pois a tensão produzida na bobina do secundário do transformador é menor devido ao 
núcleo estar presente somente numa das bobinas. Por último, temos uma foto de um LVDT. 
Os sensores LVDT apresentam a possibilidade de medir deslocamentos, com 
alcances típicos de 100 mm a 25 cm e sensibilidade de 100mV/cm a 40 mV/mm. São 
vantagens do LVDT o custo relativamente baixo, dispositivos sólidos e robustos que 
apresentam grande vida útil. Uma das principais desvantagens do LVDT é o núcleo estar 
obrigatoriamente em contato com a superfície para medir o deslocamento. 
O LVDT é aplicado em deslocamentos, deflexão de vigas, variação de espessuras de 
peças, nível de fluido (posição de cilindros hidráulicos) e em velocidade de aceleração 
(suspensão automotiva). O LVDT é usado também em posicionadores de precisão como em 
máquinas, ferramentas, CNC e robôs industriais. 
 
 
Objetivos 
 
 Familiarização com o princípio de operação e das características dos LVDTs. 
 
 
Procedimentos e Resultados 
 
Para esse experimento utilizaremos o sensor LVDT do kit didático ST2303. 
O foco deste roteiro pratico é o estudo do princípio de operação dos sensores LVDTs. 
Para isso, precisamos de um Hardware, que no caso é o módulo ST2303, que subdivido em 
7 partes principais: micrômetro, excitação, buffer, LVDT, condicionador de sinal, amplificador 
diferencial, display. 
 
 
6.3) Experimentos 
6.3.1. CaracterÍsticas de Entrada e SaÍda do LVDT. Com o objetivo de observar as 
características de entrada e saída do LVDT, executamos o seguinte procedimento: 
6.3.1.1. Ligamos o sistema de treinamento e posicionamos o micrômetro em 10 [mm]. Este 
deve ser o ponto em que o núcleo do LVDT encontra-se centralizado entre os enrolamentos 
secundários. Consequentemente, o display devera marcar "00,0". 
6.3.1.2. Caso o ponto nulo não esteja sendo indicado pelo display, a posicão física do LVDT 
deverá ser ajustada. Para tal, afrouxe as abraçadeiras e posicione o LVDT no ponto correto. 
Após encontrar o ponto nulo, aperte as abraçadeiras. 
6.3.1.4. Com o objetivo de preencher a tabela a seguir, posicionamos o micrômetro nos 
pontos especificados e anotamos os resultados de deslocamento apresentados no display. 
 
Micrômetro 
[mm] 
Display 
[mm] 
0 11,6 
1 10,5 
2 9,3 
3 8,2 
4 7,1 
5 5,9 
6 4,7 
7 3,6 
8 2,4 
9 1,3 
10 0 
11 -1,1 
12 -2,2 
13 -3,4 
14 -4,5 
15 -5,6 
16 -6,8 
17 -7,9 
18 -9 
19 -10,1 
20 -11,2 
 
 
 
 
6.3.1.5. Apresentamos os dados coletados por meio de um gráfico "|Display|" vs. 
"Micrômetro". 
 
 
Gráfico 1 - Dispersão linear Micrômetro [mm] x Display [mm] 
 
 
6.4.Faixa não linear. Para determinar a faixa não linear do LVDT, procedemos da seguinte 
forma: 
6.4.1. Estendemos o procedimento do experimento anterior, fazendo leituras a cada 1 [mm], 
ate que o micrômetro atinja 25 [mm]. 
 
Micrômetro 
[mm] 
Display 
[mm] 
21 -12,2 
22 -13,1 
23 -14 
24 -14,8 
25 -15,6 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
6.4.2. Fizemos um novo gráfico, similar ao primeiro, incluindo os novos pontos coletados. 
 
 
Gráfico 2 - Dispersão linear Micrômetro [mm] x Display [mm] 
 
 
6.4.3. Usando uma cor diferente, sobrepomos ao novo gráfico os pontos esperados para um 
medidor ideal. Analisamos o desvio entre as curvas. 
 
 
Gráfico 3 – Sobreposição dos gráficos 1 e 2, em que a série 1 representa dispersão linear dos dados 
obtidos em aula e a série 2, dispersão linear ideal de um LVDT. 
 
 
6.5. Sensibilidade. Sabendo que a sensibilidade é a relação entre a variação do sinal de 
saída e a variação correspondente ao sinal de entrada de um instrumento, procedemos 
conforme solicitado: 
 
 
6.5.1. Completamos a tabela a seguir, posicionando o micrômetro nos pontos especificados 
e anotando a tensão entre os Pontos de Teste TP6 e TP7, que representam as saídas do 
Condicionador de Sinal. 
 
Micrômetro 
[mm] 
VTP6 - 
VTP7 [mV] 
10 0,7 
9 12,8 
 
6.5.2. Calcule o valor da sensibilidade do modulo ST2303. 
 
𝑆 = 
12,8−0,7
10,0−9,0
 = 12,1mV/mm 
 
6.6. Funcionamento do LVDT. A diferença de fase entre as tensões de saída do LVDT é 
sempre de 180°. Porém, a amplitude dessas tensões varia de acordo com a posição do 
núcleo. Se o núcleo está centralizado entre os enrolamentos secundários, os sinais de saída 
possuem a mesma amplitude e a soma dos mesmos é igual a zero. A medida que o núcleo 
se aproxima de um dos enrolamentos (e se afasta do outro), a amplitude da tensão no 
respectivo terminal torna-se maior do que a amplitude da tensão no outro terminal, e a soma 
desses sinais resulta em uma tensão que está em fase com o sinal de maior amplitude. Para 
observar esses fatos, procedemos da seguinte maneira: 
6.6.1. Posicionamos o micrômetro em 10 [mm]. 
6.6.2. Conectamos um osciloscópio ao módulo ST2303, ligando a ponta de prova do canal 1 
na saída do Secundário 1 (TP4) e a ponta de prova do canal 2 na saída do Secundário 2 
(TP5). Ajustamos o osciloscópio, alterando a escala e o deslocamento dos canais. 
6.6.3. Utilizando os recursos do osciloscópio, realizamos a soma dos canais 1 e 2. 
 
• 0,0 [mm] 
 
Observa-se que o núcleo está deslocado de forma com que a tensão em TP4 seja maior 
do que a TP5. 
 
• 5,0 [mm] 
 
Como no gráfico 4 o núcleo está deslocado, entretanto com um deslocamento menor. 
 
• 10,0 [mm] 
 
De acordo com o gráfico da soma de TP4 e TP5 conclui-se que o núcleo está 
centralizado 
 
 
• 15,0 [mm] 
 
 
• 20,0 [mm] 
 
Já nos gráficos de 15 e 20 micrômetros o núcleo está deslocado de forma oposta aos 
gráficos 4 e 5, indicando a tensão no TP5 maior do que no TP4. 
 
 
 
 
 
Conclusão 
 
 Pelo que foi explicado, podemos concluir que um LVDT associa a posição de um 
objeto à intensidade de um sinal de saída. Como os sinais induzidos nas duas bobinas estão 
em oposição de fase de modo a termos um nulo na posição central, é fácil perceber que em 
torno desse ponto de nulo, conforme o sentido do deslocamento, poderemos ter sinais com 
fases opostas. Assim, podemos associar à amplitude do sinal o valor do deslocamento do 
objeto e pela fase o sentido desse deslocamento em relação à posição de referência. 
Quando se trata de sensores, a precisão e a linearidade são as características mais 
importantes que os projetistas observam. Os LVDTs são construídos de tal forma que dentro 
da faixa de deslocamentos para os quais são especificados sua linearidade é a mais possível. 
Pela curva típica de resposta de um LVDT, observamos que, quando o núcleo começa 
a “escapar” da ação do campo criado poruma das bobinas, a linearidade é afetada. 
Isso vai ocorre justamente nos extremos de sua trajetória, ou seja, quando os deslocamentos 
nos dois sentidos se aproximam e passam do máximo. Porém, como os LVDTs têm uma 
excelente repetibilidade, a não-linearidade próxima aos limites do alcance do dispositivo pode 
ser predita por uma função de ajuste de curva de tabela ou polinômio, estendendo assim o 
alcance do dispositivo.