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Escola Politécnica da Universidade de São Paulo Departamento de Engenharia Mecatrônica
Transdutores Magnéticos
PMR 2727 – Sensores: Tecnologias e Aplicações – Nº USP: Professor: Celso Massatoshi Furukawa
3.1. LVDTs LVDT (Linear Variable Differencial Transformer) é um tipo de transdutor cujo sinal de saída é proporcional à posição de um núcleo magnético móvel. O núcleo se move linearmente dentro de um transformador que consiste em uma espira primária central e duas espiras secundárias, todas dispostas em um formato cilíndrico. A primária é energizada por uma fonte de corrente alternada, induzindo tensões secundárias que variam em função da posição do núcleo magnético. Quando o núcleo está centralizado, as tensões induzidas nas espiras secundárias são iguais. Quando o núcleo é deslocado para outra posição, a tensão na espira secundária mais próxima será maior que na outra espira secundária. O resultado é, portanto, um sinal de tensão que varia linearmente com a posição do núcleo, se o LVDT for propriamente projetado. Os LVDTs se tornaram dispositivos importantes para medir posições e deslocamentos. São largamente utilizados como sensores em aplicações de controle onde deslocamentos de algumas micro-polegadas até vários metros devem ser medidos e onde força e pressão possam ser convertidos em deslocamentos lineares.
3.1.1. Vantagens e Desvantagens dos LVDTs As vantagens dos LVDTs incluem boa acurácia, sensibilidade e linearidade; ausência de atrito (pois não há necessidade de contato entre o núcleo e o tranformador, sendo o atrito limitado a algumas aplicações que requerem o uso de mancais), resolução infinita; somente movimentos no eixo do núcleo são detectados; são muito robustos (o núcleo magnético é essencialmente indestrutível mecanicamente); além de serem isolados física e eletricamente. Contudo, os LVDTs apresentam algumas desvantagens como o tamanho físico, a massa móvel (inércia), suscetibilidade a campos magnético CA externos e técnicas sofisticadas do circuito para aproveitar toda a acurácia do LVDT.
3.1.3. Opções Disponíveis As opções de LVDTs mais importantes incluem os LVDTs de longo curso, os tipos em miniatura, os RVDTs (Rotary Variable Differential Transformers), os para altas temperaturas, os criogênicos, LVDTs para ambientes hostis, hermeticamente fechados, etc. Os LVDTs de longo curso são projetados para deslocamentos longos, com o menor comprimento possível do dispositivo. Por outro lado, os LVDTs miniaturizados reduzem o tamanho do transformador e a massa do núcleo. Os RVDTs (Rotary Variable Differential Transformers) produzem tensões CA diferenciais que variam linearmente com a posição angular de seus eixos; eles são capazes de girar continuamente e são lineares de -40° até +40°. Os LVDTs de altas temperaturas podem operar continuamente até 600°C, enquanto que os criogênicos podem operar até -195°C. LVDTs para ambientes industriais hostis são similares aos dispositivos padrão, mas são mais robustos e feitos com materiais capazes de suportar atmosferas severas. Os sensores usados em ambientes radioativos, por exemplo, enfrentam dois problemas: radiação e altas temperaturas. Aços inoxidáveis e cerâmicas têm boas performances, mas técnicas de construção para altas temperaturas também são recomendadas sob radiação nuclear.
3.1.6. Instalação A precisão e linearidade de um LVDT depende das características de seu campo magnético interno. Qualquer coisa que possa distorcer esse campo ou altere sua simetria pode prejudicar a performance do LVDT. Por isso, materiais magnéticos devem ser evitados. Campos magnéticos externos como os produzidos por grandes motores ou transformadores podem adicionar tensões indesejáveis ao LVDT. Obviamente, locais próximos a fontes desses campos magnéticos devem ser evitados. Porém, quando não for possível, deve-se prover o LVDT com isolamento adicional, para diminuir a interferência dos campos magnéticos externos a níveis aceitáveis.
3.1.7. Aplicações LVDTs e RVDTs podem ser usados para medir a posição e deslocamento através de força, pressão, nível de líquido, vibração, choque, aceleração, etc. LVDTs de curso curto são ideais para ensaios de tensão mecânica, em que o elongamento do material em resposta a uma tensão mecânica é medido. Os LVDTs de longo curso, no entanto, podem ser usados para monitorar o crescimento de rachaduras em calotas de gelo polar.
3.2. LVRTs Os LVRTs (Linear Variable Reluctance Transducer) são muito similares aos LVDTs, sendo a única diferença referente à disposição das espiras: as três espiras do LVDT são substituídas por uma única. LVRTs são essencialmente idênticos aos LVDTs em aparência, performance e sensibilidade. Por essa razão, a escolha de um dos dois é baseada em preferências pessoais. Conclui-se, portanto, que as aplicações de um LVRT são essencialmente idênticas às de um LVDT.
3.3. Detectores Indutivos de Proximidade Detectores de proximidade indutivos detectam uma mudança na indutância, causada pela proximidade de materiais magnéticos ou condutores. Os materiais condutores alteram diretamente o campo magnético em volta da espira, mudando sua indutância. A sensibilidade é maior quanto maior for a proximidade do objeto a ser detectado.
3.4. Tacômetros A maioria dos tacômetros são pequenos geradores de corrente contínua anexados ao dispositivo cuja rotação deve ser medida. Os tacômetros do tipo gerador produzem uma tensão CC proporcional à sua velocidade angular.
