Cos'è un trasformatore differenziale lineare

Una corrente alternata che scorre in una bobina primaria può essere utilizzata per indurre una tensione alternata in due bobine secondarie. Se i due avvolgimenti secondari sono identici nelle loro caratteristiche e sono identici anche i due percorsi delle linee del campo magnetico che attraversano queste bobine, allora le due tensioni secondarie generate saranno uguali. Un dispositivo con questa struttura è chiamato trasformatore differenziale.

Un trasformatore differenziale può avere un nucleo d'aria o un nucleo magnetico.

Due avvolgimenti secondari possono essere collegati indifferentemente in fase o in controfase, nel primo caso le loro tensioni si sommano tra loro e nel secondo caso una si sottrae all'altra.

Un avvolgimento primario viene utilizzato per pilotare due avvolgimenti secondari simmetrici, l'ultimo dei quali può essere collegato in modo che le tensioni secondarie si sommino o si sottraggano l'una dall'altra.

Se due bobine sono collegate secondo uno schema di sottrazione, quindi agli stessi valori delle loro tensioni, la tensione secondaria totale sarà zero.Se le caratteristiche del circuito magnetico di una di queste bobine vengono intenzionalmente alterate rispetto alle caratteristiche del circuito magnetico dell'altra bobina, allora le due tensioni secondarie differiranno e la loro differenza non sarà nulla.

In queste condizioni, la fase della tensione secondaria totale indica quale percorso delle linee del campo magnetico presenta la maggiore resistenza, mentre l'ampiezza di questa tensione riflette il valore della differenza di riluttanza.

Se la stessa azione viene utilizzata per aumentare la resistenza magnetica di un percorso e per diminuire la resistenza magnetica dell'altro percorso, allora la tensione di uscita che riflette questa azione raggiunge il suo valore massimo e la funzione di trasferimento avrà la massima linearità possibile.

Poiché non è possibile rendere esattamente uguali due avvolgimenti secondari e due percorsi delle linee del campo magnetico, un trasformatore differenziale ha sempre una tensione di uscita definita, anche con segnale utile nullo all'ingresso.

Inoltre, le caratteristiche dei circuiti magnetici non sono lineari. Come risultato di questa non linearità, compaiono anche componenti armoniche della frequenza fondamentale della tensione di eccitazione primaria applicata, che non possono essere completamente compensate in nessuna disposizione degli avvolgimenti secondari.

La riluttanza di un circuito ferromagnetico a traferro è una funzione della larghezza del traferro con forte non linearità. Di conseguenza, anche l'induttanza di una bobina avvolta attorno a tale circuito è una funzione non lineare della larghezza del gap.

Allo stesso tempo, se ci sono due percorsi più o meno identici delle linee del campo magnetico, ciascuno con un traferro, e se la larghezza di un traferro aumenta al diminuire della larghezza dell'altro, allora la differenza nella resistenza magnetica di questi i percorsi possono variare in modo sufficientemente lineare.

I principi di base del trasformatore differenziale sono incarnati in pratica in una varietà di configurazioni di progetto specifiche per molti scopi diversi.

Trasformatore differenziale variabile lineare (LVDT) è un trasduttore passivo (sensore) che funziona secondo il principio della mutua induzione e può essere utilizzato per misurare spostamento, deformazione, pressione e peso.

Molto spesso, utilizzando NS, possono essere utilizzati per misurare lo spostamento nell'intervallo da diversi millimetri a centimetri, convertendo direttamente lo spostamento in un segnale elettrico.

L'induttanza della bobina vicino o all'interno della quale si trova l'asta ferromagnetica è una funzione della coordinata della posizione di questa asta rispetto alla bobina con forte non linearità.

Se tale asta è un circuito ferromagnetico di un trasformatore differenziale, allora la tensione differenziale secondaria può servire come indicatore dello spostamento dell'asta, che dipende abbastanza linearmente da questo spostamento.

L'avvolgimento primario è collegato a una sorgente CA. I due avvolgimenti secondari S1 e S2 hanno un numero uguale di spire e sono montati in serie uno di fronte all'altro.

Pertanto l'EMF indotto in questi avvolgimenti è sfasato di 180° l'uno rispetto all'altro e quindi l'effetto complessivo si annulla.

La posizione del nucleo ferromagnetico simmetrico previsto nella progettazione del trasformatore differenziale può essere determinata dalla fase e dall'ampiezza della tensione secondaria.

La differenza assoluta tra le due tensioni secondarie indica il valore assoluto dello spostamento dell'asta rispetto al centro o alla posizione zero, e la fase di questa diversa tensione indica la direzione dello spostamento.

La curva B/I di un trasformatore differenziale variabile lineare è mostrata in figura.

Un esempio di utilizzo di un trasformatore differenziale lineare per fornire un feedback di posizione accurato per il monitoraggio e il controllo delle valvole in impianti chimici, centrali elettriche e attrezzature agricole:

Sensori di spostamento sommersi LVDT D5W:

Questi trasduttori sono progettati per misurare lo spostamento e la posizione. Forniscono una misurazione accurata della posizione dell'armatura (parte scorrevole) rispetto all'alloggiamento del sensore di spostamento.

I trasduttori di spostamento sommergibili sono progettati per effettuare misurazioni mentre sono immersi in liquidi idonei. I liquidi non magnetici possono allagare il tubo guida senza compromettere il funzionamento del convertitore. Questi convertitori sono disponibili nelle versioni non controllate o con ritorno a molla.

Nell'automazione di vari processi tecnologici vengono spesso utilizzati convertitori bilaterali con un trasformatore differenziale con nucleo ferromagnetico, che viene inserito alle sue estremità a distanze uguali nelle due bobine secondarie.

Quando l'asta si muove assialmente, si sposta più in profondità in una di queste spire e si estende dall'altra.La differenza assoluta tra le due tensioni secondarie indica il valore assoluto dello spostamento dell'asta rispetto al centro o alla posizione zero, e la fase di questa diversa tensione indica la direzione dello spostamento.

Trasformatore differenziale CA rotante:

Un trasformatore differenziale variabile rotante è un trasformatore passivo basato sul principio dell'induzione reciproca. Viene utilizzato per misurare lo spostamento angolare.

Il suo design è simile a quello di un trasformatore differenziale variabile lineare ad eccezione della costruzione del nucleo.

L'avvolgimento primario è collegato a una sorgente CA. I due avvolgimenti secondari S1 e S2 hanno un numero uguale di spire e sono montati in serie uno di fronte all'altro.

Vantaggi del trasformatore differenziale lineare:

• Non c'è contatto fisico tra il nucleo e le bobine;

• Alta affidabilità;

• Risposta rapida;

• Lunga durata.

È il sensore induttivo più utilizzato grazie alla sua elevata precisione.