Capteurs de position LVDT

• Les LVDT (Linear Variable Differential Transformer) à courant alternatif, ne contiennent pas de composants électroniques, et constituent donc un excellent choix pour les applications soumises à des restrictions de taille ou fonctionnant dans des environnements difficiles.
• Les LVDT à courant continu ont des composants électroniques de conditionnement de signal intégrés et ne nécessitent pas d'étalonnage ou de conditionnement spécial du signal. Les unités peuvent être alimentées avec des tensions CC unipolaires ou bipolaires et peuvent avoir des sorties de tension, de courant ou numériques échelonnées.
• Les LVDT avec un poussoir à ressort et un roulement (têtes de jauges) permettent une installation facile. Ils sont disponibles en versions avec sortie CA, CC ou numérique avec des plages allant de +/-0,020 po à +/-2,000 po.
• Les LVDT à noyau séparé sont disponibles dans les configurations suivantes : miniature (CA), usage général (CA, CC et alimentation en boucle), étanche (CC, alimentation en boucle), hermétiquement étanche (CA, CC), submersible (alimentation en boucle), zones dangereuses (CA) et à noyau séparé personnalisé.

L'élément mobile d'un LVDT à noyau libre est une armature tubulaire indépendante en matériau magnétiquement perméable appelée noyau. Il est libre de se déplacer sur l'axe à l'intérieur de l'alésage creux de la bobine et est couplé mécaniquement à l'objet dont la position est mesurée. Cet alésage est généralement assez large pour permettre un jeu radial important entre le noyau et celui-ci, sans contact physique entre le noyau et la bobine, permettant ainsi de réaliser des mesures sans frottement tout en offrant une durée de vie mécanique quasi infinie.

Les LVDT à noyau libre sont très polyvalents, sans contact et robustes, ils offrent une fiabilité durable dans les environnements difficiles ou hostiles si ils sont fabriqués avec les bons matériaux. Le fonctionnement sans friction se traduit par une répétabilité et une résolution plus élevées. En raison de ces caractéristiques, les LVDT sont généralement utilisés dans des systèmes où le coût de possession, la sécurité et la fiabilité sont des priorités, comme l'indication des volets d'ailes d'avions, les applications sous-marines, les vannes de vapeur à haute température et les installations de centrales électriques.

Il existe d'autres applications appropriées pour les LVDT à noyau libre :

• Quand l'objet à mesurer est couplé mécaniquement à une surface ou à un objet de référence (vannes, vérins hydrauliques, actionneurs, machines d'essai de déformation)
• Lorsqu'il est nécessaire de mesurer des plages de mesure supérieures à 4,00 po avec une réponse en fréquence >10 Hz (mesures de vibrations)
• Pour réaliser des mesures critiques sur des matériaux délicats ou très élastiques qui permettent à l'objet mesuré de se déplacer avec peu ou pas de résistance mécanique.

Les LVDT à ressort, communément appelées sondes de mesures dimensionnelles, intègrent un capteur de position inductif sans contact, soit un LVDT, soit un demi-pont, qui comprend une armature mobile à ressort couplée à un arbre supporté par un roulement linéaire de haute précision. La plupart des sondes de mesures ont une plage de mesure maximale allant de ±0,50 mm à ±50,0 mm (±0,020 po à ±2,00 po), avec des résolutions de l'ordre de quelques fractions de microns. Lorsque les composants électroniques sont intégrés dans un assemblage à ressort, il n'est pas nécessaire d'utiliser des composants électroniques externes, ce qui rend l'installation mécanique du capteur dans les machines automatisées moins compliquée et plus économique.

Les sondes de mesure électroniques sont couramment utilisées pour mesurer les dimensions des pièces fabriquées et sont des composants importants pour les systèmes de contrôle qualité. Les applications appropriées sont celles où l'objet mesuré n'est pas couplé mécaniquement à la référence :

• Mesurer dans l'industrie lourde : les sondes de mesures hermétiques peuvent résoudre de nombreux problèmes associés aux mesures dimensionnelles en environnements difficiles
• Mesures de haute précision : les sondes de mesure de haute précision utilisent un assemblage de roulements à billes linéaires montés avec précision sur un arbre non rotatif, trempé et rectifié, afin de minimiser le jeu radial et les effets des charges latérales. Cela se traduit par une répétabilité exceptionnelle des sondes de 0,000006 pouce (0,15 μm)
• Mesures de la qualité sur une chaîne de montage : les sondes de mesure à extension pneumatique et à rétraction par ressort sont recommandées pour ces applications, car elles s'étendent pour effectuer des mesures, puis se rétractent afin que la sonde ne soit pas endommagée lorsque les produits se déplacent sur la ligne.
• Mesures de planéité sur plaques
• Mouvement transversal potentiel de l'objet mesuré : Par exemple, effectuer une mesure de circularité sur une pièce en rotation.

Les capteurs LVDT sont le plus souvent équipés de fils conducteurs, car ils sont généralement moins chers que les connecteurs et faciles à utiliser. Ils offrent ainsi une connexion simple à l'électronique en charge du conditionnement des signaux pour les tests sur banc. Dans certains cas, les fils conducteurs peuvent offrir des plages de fonctionnement étendues en termes de température et de pression. Par exemple, les fils conducteurs sont la connexion électrique préférée pour les capteurs utilisés dans les applications hydrauliques à haute pression, dans les cylindres ou lorsque les températures de fonctionnement dépassent 400 °F.

La sensibilité des fils conducteurs, cependant, est un inconvénient potentiel à leur utilisation, car les fils peuvent se casser s'ils ne sont pas manipulés avec soin lors de l'installation. De plus, l'installation de longs fils peut s'avérer encombrante et compliquée. Enfin, les fils conducteurs sont susceptibles d'être perturbés par des bruits, ce qui peut affecter l'interprétation des signaux par le système de conditionnement et, en fin de compte, réduire la précision du signal de sortie du capteur. 

Indépendamment du câblage, les capteurs avec connecteurs sont plus faciles à installer et à désinstaller. Lors de la réinstallation d'un capteur, les connecteurs peuvent simplement être branchés ou débranchés, tandis que les fils conducteurs doivent être coupés et souvent réparés. Les connecteurs peuvent également être combinés avec des assemblages de câbles blindés pour créer des distances plus longues entre le capteur LVDT et l'électronique, ce qui est particulièrement important lorsque les capteurs doivent fonctionner dans des environnements difficiles, car le câblage a une résistance plus faible et un blindage qui protège contre les interférences provenant de sources extérieures.

Si des fils sont sectionnés ou arrachés au niveau de l'assemblage du câble, seul ce dernier doit être remplacé, car le capteur LVDT reste en état de marche. Rompre ou dénuder un fil conducteur en tirant trop fort dessus rend le capteur non réparable, ce qui impose de le remplacer par un nouveau capteur. Grâce à l'utilisation de connecteurs, les capteurs LVDT peuvent être rendus totalement étanches, offrant ainsi des indices de protection IP-68. Les connecteurs peuvent être encombrants et difficiles à intégrer dans des espaces étroits ou sur des LVDT dont le boîtier est de petite taille. 

Pour les applications dans les cylindres avec fluide hydraulique, un LVDT « ventilé » conviendra parfaitement. Les versions LVDT ventilées peuvent résister à une combinaison de pressions élevées, de températures, de chocs et de vibrations, car la bobine du capteur est ventilée afin d'égaliser la pression à l'intérieur et à l'extérieur du capteur LVDT.

Des configurations spéciales de LVDT offrent également une légère résistance aux radiations et peuvent fonctionner sous l'eau, à des pressions élevées ou dans des conditions atmosphériques difficiles. Par exemple, certains types d'acier inoxydable ne peuvent pas être utilisés dans la construction LVDT lorsque les capteurs entrent en contact direct avec l'eau de mer. Pour pouvoir résister aux environnements sous-marins, le boîtier des LVDT doit être construit à partir d'alliages spéciaux qui augmentent la résistance chimique à l'eau de mer. Ces superalliages permettent d'améliorer la fiabilité déjà élevée des LVDT, garantissant ainsi une durée de vie prolongée, même si le dispositif est entièrement exposé à l'eau de mer à des profondeurs allant jusqu'à 15 000 pieds et à des pressions externes d'environ 7 500 psi.

L'étanchéité externe des capteurs de position linéaire LVDT non étanche est conforme à la norme IP-61 de la CEI. Comme ces capteurs sont protégés contre la pénétration de poussière et la condensation, ils conviennent aux applications suivantes :

• Environnements secs avec une exposition limitée à la poussière et à la saleté
• Essais en laboratoire 
• Applications en intérieur
• Mesures de précision
• Remplacement d'indicateur de cadran
• Retour d'information de la position d'actionneur du robot

Lorsque les bobines sont complètement encapsulées dans de l'époxy, les capteurs de position LVDT non étanches voient leur indice de protection passer à IP-64, ce qui permet de les utiliser dans des environnements où une forte humidité peut être présente.

Construits entièrement en acier inoxydable, les LVDT étanches possèdent des enroulements de bobines qui sont étanches aux environnements hostiles conformément à la norme IP-68 de la CEI. En plus d'être protégés complètement contre la pénétration de poussière, ces capteurs sont certifiés pour une immersion à long terme dans l'eau jusqu'à une pression spécifique.

Les applications recommandées pour les LVDT classés IP-68 comprennent :

• Surveillance des structures extérieures
• Applications exposées à la poussière, à la saleté, à la graisse et à l'humidité.
• Industrie lourde
• Position des vannes
  
  

Tous les capteurs classés par les fabricants pour atteindre l'indice IP-68 sont susceptibles d'être différents, mais tous doivent dépasser l'indice IP-67. Les capteurs IP-68 sont rendus étanches grâce à la soudure, et toutes les pièces qui se trouvent en contact avec les éléments sont en métal, à l'exception du connecteur. Les capteurs eux-mêmes peuvent être immergés dans de l'eau ou d'autres fluides jusqu'à 1 000 psi lorsqu'ils ne sont pas opérationnels. Cependant, ils ne peuvent pas fonctionner lorsqu'ils sont immergés, car de l'eau pourrait s'infiltrer dans la connexion et ainsi provoquer un court-circuit.

Les LVDT submersibles sont classés IP-68 s'ils sont équipés du connecteur Seacon-Branter correspondant. Le connecteur et la fiche d'accouplement sont conçus pour des pressions allant jusqu'à 5 000 psi ou plus. En général, ces unités sont conçues pour avoir une durée de vie de 20 ans et sont utilisées pour des applications critiques dans lesquelles l'accès à l'unité pour le remplacement ou la réparation est très coûteux.

Applications recommandées :

• En eau de mer ou eau douce
• Surveillance des structures de barrages/ponts
• Surveillance des positions de vanne de régulation/arbre de Noël
• Extensomètres sous-marins
• Câbles d'amarrage
• Retour d'information de la position d'actionneur/verrou de ROV