Sensores de posición LVDT

• Los transformadores diferenciales de variación lineal (LVDT) de CA no contienen componentes electrónicos, lo que los convierte en una excelente opción para aplicaciones con restricciones de espacio o entornos operativos hostiles
• Los LVDT de CC tienen componentes electrónicos de acondicionamiento de señal integrados y no requieren calibración ni acondicionamiento especial de la señal. Las unidades se pueden alimentar con voltajes de CC unipolares o bipolares y tienen salidas de voltaje, de corriente o digitales incrementales
• Los LVDT con un émbolo accionado por resorte y un conjunto de rodamientos (sondas manométricas) son fáciles de instalar y se encuentran disponibles las versiones de CA, de CC y de salida digital en rangos de +/-0.020 in a +/-2.000 in.
• Los LVDT de conductor separado están disponibles en varias configuraciones; por ejemplo: miniatura (CA), de uso general (CA, CC y alimentado por bucle), sellados (CC, alimentado por bucle), sellados herméticamente (CA, CC), sumergibles (alimentado por bucle), para zonas de riesgo (CA) y personalizados

El elemento móvil de un LVDT de núcleo libre es una armadura tubular separada de material magnéticamente permeable llamado núcleo, que puede moverse axialmente dentro del orificio hueco de la bobina y está acoplado mecánicamente al objeto cuya posición se mide. Este orificio suele ser lo suficientemente grande como para proporcionar una distancia radial considerable entre el núcleo y el orificio, sin contacto físico entre este y la bobina, lo que resulta en una medición sin fricción y una vida mecánica prácticamente infinita.[1]

Los LVDT de conductor libre son muy versátiles, sin contacto y robustos y perduran en entornos hostiles o difíciles cuando se fabrican con los materiales adecuados. El funcionamiento sin fricción se traduce en una mayor repetibilidad y resolución. Con base en estas propiedades, los LVDT se utilizan típicamente en sistemas donde se le da prioridad al costo de propiedad, la seguridad y la alta confiabilidad, como la señal del flap en una aeronave, las aplicaciones submarinas, las válvulas de vapor de alta temperatura y las instalaciones en plantas eléctricas.

Otras aplicaciones adecuadas para LVDT de conductor libre comprenden:

• Cuando el objeto medido esté acoplado mecánicamente a la superficie u objeto de referencia (válvulas, cilindros hidráulicos, actuadores, máquinas de ensayo de tensión)
• Rangos de medición superiores a 4.00 in con respuesta de frecuencia >10 Hz (mediciones de vibración)
• Medición crítica de materiales delicados o muy elásticos que hacen posible que el objeto medido se mueva con poca o ninguna resistencia mecánica.

Los LVDT accionados por resorte, por lo general conocidos como sondas de medición dimensional, incorporan un sensor de posición inductivo sin contacto, ya sea un LVDT o un medio puente, que incluye una armadura móvil accionada por resorte acoplada a un eje apoyado en un rodamiento lineal de alta precisión. La mayoría de las sondas de medición tienen un rango máximo de medición de ±0.50 mm a ±50.0 mm (±0.020 in a ±2.00 in), con resoluciones de fracciones de micras. Cuando los componentes electrónicos se integran a un conjunto accionado por resorte, no hay necesidad de componentes electrónicos externos, lo que hace que la configuración mecánica del sensor en maquinaria automatizada sea menos complicada y más rentable.

Las sondas de medición electrónicas se utilizan, por lo general, en la medición dimensional de partes fabricadas y son componentes importantes de los sistemas de garantía de calidad. Las aplicaciones donde el objeto medido NO está acoplado mecánicamente a la referencia son las aptas:

• Medición en la industria pesada: las sondas de medición herméticamente selladas resuelven muchos de los problemas asociados con la medición dimensional en entornos hostiles
• Medición de alta precisión: Las sondas de medición de alta precisión utilizan un conjunto de rodamiento de bolas lineales instalado con precisión en un eje de sonda no rotativo, templado y rectificado, para minimizar el juego radial y los efectos de la carga lateral. Esto da como resultado la excepcional repetibilidad de las sondas de 0.000006 in (0.15 μm)
• Mediciones de calidad de la línea de montaje: Para estas aplicaciones, se recomiendan sondas de medición de extensión por aire y retracción por resorte, ya que se extienden para realizar mediciones y luego se retraen para que la sonda no se dañe a medida que el producto se mueve por la línea.
• Medición de la horizontalidad de las placas
• Posible movimiento axial transversal del objeto medido: por ejemplo, hacer una medición de redondez en una parte giratoria

Los sensores LVDT suelen especificarse con cables conductores, ya que son, en mayor parte, menos costosos que los conectores y fáciles de usar, y proporcionan una sencilla conexión a la electrónica de acondicionamiento de señal para pruebas de mesa. En algunos casos, los cables conductores pueden operar en rangos de temperatura o presión más amplios. Por ejemplo, los cables conductores son la conexión eléctrica preferida para los sensores que se utilizan en aplicaciones hidráulicas de alta presión en cilindros o cuando las temperaturas de funcionamiento superan los 400 °F.

Sin embargo, la sensibilidad del cable conductor es una posible desventaja, ya que este puede romperse si no se maneja con cuidado durante la instalación. Los tendidos de cables largos también pueden ser voluminosos y complicados de instalar. Además, los cables conductores son capaces de captar ruido que puede afectar la interpretación de las señales por parte del equipo de acondicionamiento, lo que, en última instancia, reduce la precisión de la salida del sensor. 

Sin necesidad de cableado, los sensores con conectores son más fáciles de instalar y quitar. Al reinstalar un sensor, los conectores se pueden enchufar o desenchufar, a la vez que los cables conductores deben romperse y, con frecuencia, repararse. Los conectores también se pueden especificar con ensambles de cables blindados para crear distancias más largas entre el sensor de posición lineal LVDT y la electrónica, lo cual es de particular importancia cuando los sensores deben funcionar en entornos difíciles, ya que el cableado tiene menor resistencia y un blindaje que protege contra la interferencia de fuentes externas.

Si los cables del ensamble se rompen o se tiran, solo se tendrá que reemplazar el ensamble, ya que el sensor LVDT seguirá funcionando bien. Si se rompe o se pela un cable conductor por tirar de él con demasiada fuerza el sensor no se podrá reparar y será necesario adquirir un repuesto. Mediante el uso de conectores, los sensores LVDT se pueden sellar herméticamente, con grados de protección de entrada de hasta IP-68. Los conectores pueden ser voluminosos y difíciles de colocar en espacios reducidos o en en los LVDT que requieren tamaños pequeños. 

Para aplicaciones en cilindro con fluido hidráulico, un LVDT ventilado funcionará bien. Los sensores de posición lineal LVDT ventilados pueden tolerar una combinación de alta presión, temperaturas, impactos y vibraciones, ya que la bobina del sensor está ventilada e igualar la presión dentro y fuera de él.

Las configuraciones especiales de los LVDT también cuentan con una leve resistencia a la radiación y funcionan bajo el agua, en altas presiones o condiciones atmosféricas. Por ejemplo, ciertos tipos de acero inoxidable no se pueden utilizar en la construcción de los LVDT si estos van a estar en contacto directo con el agua de mar. Para sobrevivir en entornos submarinos, la carcasa de LVDT debe construirse con aleaciones especiales que aumenten la resistencia química al agua de mar. Estas superaleaciones mejoran la ya alta confiabilidad del LVDT, confirmando que puede cumplir con los requisitos de una vida útil larga, incluso si se expone por completo al agua de mar a profundidades de hasta 15,000 pies con presiones externas de alrededor de 7500 psi.

El sellado externo de estos sensores no herméticos cumple con la norma IEC IP-61 y como están protegidos contra la entrada de polvo y la condensación, son ideales para las siguientes aplicaciones:

• Ambientes secos con exposición limitada a polvo o suciedad
• Pruebas en laboratorio 
• Aplicaciones en interiores
• Medición de precisión
• Reemplazo del indicador de cuadrante
• Determinación de la posición del actuador del robot

Cuando las bobinas están completamente revestidas en epoxi, el grado de estos sensores aumenta a IP-64, lo que los hace idóneos para entornos donde pudiese haber mucha humedad.

Están construidos completamente de acero inoxidable y cuentan con bobinas selladas contra entornos hostiles según la norma IEC IP-68 y además de estar protegidos contra el polvo, están homologados para resistir una presión específica sin entrada de agua durante inmersiones prolongadas.

Ejemplos de aplicaciones recomendadas para los LVDT con grado IP-68 son:

• Monitoreo estructural en exteriores
• Aplicaciones con polvo, suciedad, grasa y humedad
• Industria pesada
• Posición de la válvula
  
  

Todos los sensores que cuentan con la clasificación IP-68 por parte de los fabricantes, pudiesen no ser los mismos, pero deben exceder la clasificación IP-67. Los sensores IP-68 están sellados mediante soldadura y todas las partes expuestas al agua son de metal con excepción del conector. Pueden sumergirse en agua u otros fluidos hasta 1000 PSI cuando no están en funcionamiento. Sin embargo, no pueden funcionar al estar sumergidos porque el agua podría penetrar el conector y causar un cortocircuito.

Tienen una clasificación IP-68 con el conector de acoplamiento Seacon Branter adecuado. El conector y el enchufe de acoplamiento están homologados para presiones de hasta 5,000 psi o más. Por lo general, su vida útil es de 20 años en aplicaciones críticas donde accesar la unidad para reemplazarla o repararla es muy costoso.

Aplicaciones recomendadas:

• Agua salada o dulce
• Monitoreo estructural de presas o puentes
• Monitoreo de la posición de la válvula reguladora o la del árbol de Navidad
• Extensómetros submarinos
• Cables de amarre
• Determinación de la posición del actuador o cerrojo de ROV