2.2.2. Inductancia mutua (LVDT)

El transformador diferencial de variación lineal se designa normalmente por sus siglas inglesas LVDT (Linear Variable Differential Transformer). Se basa en la variación de la inductancia mutua, entre un primario y cada uno de dos secundarios, al desplazarse en su interior un núcleo de material ferromagnético, arrastrado por un vástago no ferromagnético unido a la pieza cuyo desplazamiento se desea medir.

Al alimentar el primario con una tensión alterna, en el secundario aparece una tensión cuyo módulo es proporcional al desplazamiento (x) del núcleo, dentro de unos márgenes. Según se muestra en la figura, el desplazamiento puede ser positivo o negativo con respecto a la posición de equilibrio, para la cual la salida vale cero.

Obsérvese que los devanados del secundario se conectan en oposición serie. Esta es la forma de conseguir que la salida valga cero en la posición de equilibrio, para la que la tensión es igual en ambos.

Posee las siguientes limitaciones:

• En la posición central la tensión de salida no pasa por cero: en los dispositivos reales es imposible
  conseguir una simetría total en los dos bobinados y circuitos magnéticos del secundario, por esto, en la
  posición de equilibrio, la tensión no pasa por cero sino por un mínimo. Normalmente es inferior al 1% del
  fondo de escala.


• La temperatura puede modificar la ganancia del LVDT: un aumento de temperatura del dispositivo
  incrementa al alza la resistencia del primario, con lo que baja la corriente y con ella la tensión de salida. Por
  esta razón, en ocasiones es recomendable una alimentación del primario en corriente.
  Cuando la frecuencia de alimentación es alta, predomina L1 sobre R1 y el efecto de la temperatura es
  menor.

Las múltiples ventajas del LVDT justifican su frecuente uso.

• Resolución: en teoría es infinita, en la práctica muy alta, superior al 0.1% del fondo de escala.


• Carga mecánica mínima: al ser muy bajo el rozamiento entre el núcleo y los devanados, la fuerza
  necesaria para producir el desplazamiento es prácticamente despreciable. A esta fuerza de arrastre hay que
  añadir la fuerza magnética que se ejerce sobre el núcleo. Es proporcional al cuadrado de la corriente del
  primario, es cero en la posición central y aumenta linealmente con el desplazamiento. En todo caso, la
  fuerza total resultante es mucho menor que la que hay que aplicar para desplazar el cursor de un
  potenciómetro.


• Duración casi ilimitada y alta fiabilidad: esto es consecuencia del bajo rozamiento de la única parte
  móvil, el núcleo. Su tiempo medio antes de fallar puede ser de hasta 2x106 h. (¡228 años!)


• Aislamiento eléctrico: entre el circuito primario y el secundario. Y también entre el elemento sensor
  (núcleo-vástago) y el circuito eléctrico, ya que hay un acoplamiento magnético. Esto tiene interés cuando se
  realizan medidas en atmósferas peligrosas (gases y líquidos inflamables), porque queda limitada la energía
  que se puede disipar dentro del recinto de medida.


• Alta linealidad: en muchos casos hasta del 0.05% del fondo de escala.


• Alta sensibilidad: dependiente de la tensión y frecuencia de alimentación del primario y, de la resistencia
  de carga del secundario (RC)


• Respuesta dinámica elevada: consecuencia de la baja inercia del núcleo, entre otros factores.

Aplicaciones de los LVDT:

• Las medidas de desplazamiento y posición: son las aplicaciones más inmediatas de los LVDT. En
  particular, es muy frecuente su uso como detectores de cero en servosistemas de posición.
  Los alcances de medida pueden ir desde ±100 μm a ±25 cm.


• Otras magnitudes: aquí también, mediante el empleo de los sensores primarios adecuados, es posible
  medir magnitudes cuya variación pueda ser transformada en un desplazamiento del núcleo.
  Esto ocurre en el caso de presiones, aceleraciones, niveles de líquidos, etc.