Sensores de Posição LVDT

• Os transformadores diferenciais variáveis lineares (LVDTs) operados em CA não contêm componentes eletrônicos, tornando-os uma excelente escolha para aplicações com restrições de tamanho ou em ambientes operacionais severos
• Os LVDTs operados por CC têm eletrônicos de condicionamento de sinal incorporados ao LVDT e não requerem calibração ou condicionamento especial de sinal. As unidades podem ser alimentadas com tensões CC uni ou bipolares e têm saídas incrementais de tensão, corrente ou digital
• Os LVDTs com um êmbolo acionado por mola e um conjunto de rolamentos (cabeçotes de medição) permitem uma fácil instalação. As versões de saída CA, CC e digital estão disponíveis em faixas de +/-0,020" a +/-2,000"
• LVDTs com núcleo separado estão disponíveis em configurações como: miniatura (CA), uso geral (CA, CC e loop), vedado (CC, loop), hermeticamente vedado (CA, CC), submersível (loop), locais perigosos (CA) e LVDT de núcleo separado personalizado

O elemento móvel de um LVDT de núcleo livre é uma armadura tubular separada de material magneticamente permeável, chamada de núcleo. O núcleo permanece livre para se mover axialmente dentro do orifício oco da bobina, mas é mecanicamente acoplado ao objeto cuja posição está sendo medida. O orifício é normalmente grande o suficiente para fornecer um espaço radial substancial entre o núcleo e o orifício, sem contato físico entre o núcleo e a bobina para possibilitar uma medição sem atrito e uma vida útil mecânica praticamente infinita.

Os LVDTs de núcleo livre são muito versáteis, sem contato e robustos. Quando construídos com os materiais certos, oferecem confiabilidade a longo prazo em ambientes severos ou hostis. A operação sem atrito se traduz em maior repetibilidade e resolução. Com base nessas propriedades, os LVDTs são normalmente usados em sistemas onde o custo de propriedade, segurança e alta confiabilidade são prioridades, como indicação de flaps para asas de aeronaves, aplicações submarinas, válvulas de vapor de alta temperatura e instalações de usinas.

Outras aplicações adequadas para LVDTs de núcleo livre incluem:

• Quando o objeto medido é mecanicamente acoplado à superfície ou objeto de referência (válvulas, cilindros hidráulicos, atuadores, máquinas de teste de tensão mecânica)
• Faixas de medição acima da resposta de frequência de 4,00" >10 Hz (medições de vibração)
• Medição crítica de materiais delicados ou materiais altamente elásticos que permitem que o objeto medido se mova com pouca ou nenhuma resistência mecânica.

Os LVDTs acionados por mola, normalmente chamados de sondas de medição dimensional, incorporam um sensor de posição indutivo sem contato, seja um LVDT ou uma meia ponte, que inclui uma armadura móvel acionada por mola acoplada a um eixo suportado em um rolamento linear de alta precisão. A maioria das sondas de medição têm uma faixa máxima de ±0,50 mm a ±50,0 mm (±0,020 pol. a ±2,00 pol.), com resoluções de frações de mícrones. Quando os sistemas eletrônicos são incorporados em um conjunto acionado por mola, não há necessidade de sistema eletrônico externo, tornando a configuração mecânica do sensor em máquinas automatizadas menos complicada e mais econômica.

As sondas de medição eletrônica são normalmente utilizadas na medição dimensional de peças fabricadas, servindo como componentes importantes de sistemas de garantia de qualidade. São adequadas para aplicações em que o objeto medido não está mecanicamente acoplado à referência:

• Medição em aplicações industriais pesadas: sondas de medição hermeticamente vedadas podem resolver muitos dos problemas associados à medição dimensional em ambientes severos
• Medição de alta precisão: sondas de medição de alta precisão utilizam um conjunto linear de rolamento de esferas precisamente instalado em uma haste de sonda endurecida e aterrada, não rotativa, para minimizar a folga radial e os efeitos da carga lateral. Isso resulta na repetibilidade excepcional das sondas de 0,000006 polegada (0,15 μm)
• Medições de qualidade da linha de montagem: as sondas de medição de extensão de ar/retração de mola são recomendadas para essas aplicações, já que elas se estendem para fazer medições e, em seguida, retraem-se para que a sonda não seja danificada à medida que o produto se move em linha descendente
• Medição de nivelamento de discos
• Movimento do objeto medido além de seu eixo principal: fazer a medição de circularidade de uma parte rotativa, por exemplo

Os sensores LVDT são mais comumente especificados com fios de conexão, uma vez que geralmente são mais baratos que os conectores e fáceis de usar, fornecendo uma conexão simples à eletrônica de condicionamento do sinal para testes de bancada. Em alguns casos, os fios de conexão podem oferecer faixas operacionais expandidas em temperatura e pressão. Por exemplo, os fios de conexão são a conexão elétrica preferida para os sensores usados nas aplicações hidráulicas de alta pressão no cilindro ou quando as temperaturas operacionais excedem 204 °C (400 °F).

A sensibilidade do fio de conexão, no entanto, é uma desvantagem potencial para seu uso, pois o fio pode quebrar se não for manuseado com cuidado durante a instalação. Longas extensões de cabos também podem ser trabalhosas e complicadas de instalar. Além disso, os fios de conexão são suscetíveis a captar ruídos que podem afetar a interpretação dos sinais pelo equipamento de condicionamento, reduzindo a precisão da saída do sensor. 

Independentemente da fiação, os sensores com conectores são mais fáceis de instalar e desinstalar. Ao reinstalar um sensor, os conectores podem simplesmente ser desconectados ou conectados, enquanto os fios de conexão devem ser quebrados e frequentemente reparados. Os conectores também podem ser especificados com conjuntos de cabos blindados para criar distâncias maiores entre o sensor de posição linear LVDT e os componentes eletrônicos. Consiste em um recurso especialmente importante quando os sensores devem funcionar em ambientes severos, pois o cabeamento tem resistência menor e blindagem que protege contra a interferência de fontes externas.

Se os fios forem quebrados ou puxados no conjunto de cabos, apenas o conjunto de cabos deverá ser substituído, pois o sensor LVDT continuará em funcionamento. Quebrar ou descascar um fio de conexão puxando-o com muita força torna o sensor irreparável, exigindo a compra de um sensor substituto. Por meio do uso de conectores, os sensores LVDT podem ser hermeticamente vedados, oferecendo classificações de proteção de entrada para IP-68. Os conectores podem ser volumosos e difíceis de encaixar em espaços pequenos ou em LVDTs com requisitos de tamanho de pacote pequeno. 

Para aplicações no cilindro com fluido hidráulico, um LVDT “ventilado” terá um bom desempenho. As versões ventiladas dos sensores de posição linear LVDT podem suportar uma combinação entre alta pressão, temperaturas, choque e vibração, uma vez que o conjunto da bobina do sensor é ventilado para equalizar a pressão dentro e fora do sensor de posição linear LVDT.

As configurações especiais dos LVDTs também oferecem resistência leve à radiação e operação quando submersos ou em altas pressões ou condições atmosféricas. Por exemplo, certos tipos de aço inoxidável não podem ser usados na construção do LVDT quando os sensores ficam em contato direto com a água do mar. Para sobreviver em ambientes submarinos, o invólucro do LVDT deve ser construído com ligas especiais que estendam a resistência química à água do mar. As superligas aumentam ainda mais a segurança do conjunto LVDT. Assim, o dispositivo pode atender aos requisitos de vida útil estendida, mesmo quando imerso em água, em alto mar e em profundidades de até 15 mil pés, com pressões externas de aproximadamente 7.500 psi.

A vedação externa do sensor de posição linear LVDT não hermeticamente vedado atende ao padrão IEC IP-61. Uma vez que esses sensores são protegidos contra ingresso de poeira e condensação, eles são adequados para as seguintes aplicações:

• Ambientes secos com exposição limitada à poeira/sujeira
• Testes de laboratório 
• Aplicações para ambientes internos
• Medição de precisão
• Substituição do indicador de discagem
• Feedback de posição do atuador robô

Quando as bobinas estão completamente encapsuladas em epóxi, os sensores de posição LVDT não hermeticamente vedados aumentam de classificação para IP-64, tornando-se adequados para uso em ambientes em que pode haver umidade intensa.

Construídos inteiramente em aço inoxidável, os LVDTs hermeticamente vedados incorporam enrolamentos de bobina que são vedados contra ambientes hostis conforme o padrão IEC IP-68. Além de serem totalmente protegidos contra o ingresso de poeira, esses sensores são classificados para imersão em água a longo prazo, até uma pressão especificada, sem que ocorra ingresso de água.

As aplicações recomendadas para LVDTs com classificação IP-68 incluem:

• Monitoramento estrutural ao ar livre
• Aplicações com poeira, sujeira, graxa, umidade
• Serviço industrial pesado
• Posição da válvula
  
  

Os sensores classificados pelos fabricantes como IP-68 podem não ser os mesmos, mas devem exceder as classificações IP-67. Os sensores IP-68 são vedados por meio de solda, com todas as peças molhadas construídas em metal, com exceção do conector. Fora de operação, os sensores podem ser submersos em água ou em outros fluidos até 1.000 psi. No entanto, os sensores não podem ser submersos e operados ao mesmo tempo, pois a água pode entrar no plugue de acoplamento e causar um curto.

Os LVDTs submersíveis, com o conector de acoplamento Seacon-Branter apropriado, são classificados como IP-68. O conector e o plugue de acoplamento são classificados para pressões de até 5.000 psi ou mais. Tipicamente, são unidades projetadas com uma vida útil de 20 anos para uso em aplicações cruciais em que o acesso à unidade para substituição ou reparo é muito caro.

Aplicações Recomendadas:

• Água do mar ou água doce
• Monitoramento estrutural de barragens/pontes
• Monitoramento da posição de válvulas de bloqueio/árvore de natal
• Extensômetros submarinos
• Cabos de ancoragem
• Feedback de posição do atuador/engate de ROVs