Tutoriel sur les capteurs de position LVDT
Comment fonctionne le LVDT
Qu'est-ce que le LVDT ?
LVDT signifie Linear Variable Differential Transformer (transformateur différentiel variable linéaire), un type de capteur électromécanique qui convertit les changements mécaniques du mouvement linéaire en signaux électroniques correspondants. Les capteurs de position linéaire LVDT peuvent mesurer des déplacements aussi petits que 0,1 mm et peuvent également mesurer des déplacements allant jusqu'à 1000 mm.
Depuis plus de 50 ans, les capteurs de déplacement linéaire LVDT constituent un outil de rétroaction de position linéaire fiable pour une variété d'applications de laboratoire, industrielles, militaires et aérospatiales. Les capteurs de déplacement LVDT sont des dispositifs intrinsèquement fiables qui fournissent des mesures de déplacement linéaire très précises de 0,1 mm à 1000 mm, et qui conviennent à une large gamme de températures de fonctionnement.
La figure-1 montre les éléments constitutifs d'un capteur de déplacement LVDT typique. La structure interne du capteur contient une bobine primaire et deux bobines secondaires. Ces bobines sont enroulées sur un squelette creux à haute résistance, enveloppées dans une barrière magnétique hautement perméable pour les protéger de l'humidité, et scellées à l'intérieur d'un tube cylindrique en acier inoxydable. Cette combinaison de bobines est souvent nécessaire pour les capteurs de position.
L'actionneur du LVDT est un noyau cylindrique perméable qui est libre de se déplacer à l'intérieur de la bobine creuse et qui est relié à l'objet dont la position doit être mesurée. L'alésage intérieur de la bobine est plus grand que le diamètre extérieur du noyau, ce qui crée un espace efficace et ne permet aucun frottement ou contact entre le noyau et la bobine.
Le signal de sortie du LVDT est la différence de tension alternative entre les deux ensembles de bobines secondaires, qui varie en fonction de la position du noyau de fer à l'intérieur des bobines. La tension de sortie en courant alternatif du LVDT est généralement démodulée par un circuit électronique et convertie en tension ou courant continu pour la commodité de l'utilisateur.
Comment fonctionne le LVDT
Fig. 2 Variation du noyau LVDT à différentes positions
Figure-2 Que se passe-t-il lorsque le noyau d'un transducteur de déplacement LVDT se trouve dans une position différente. La bobine primaire (P) du LVDT est magnétisée par une alimentation en courant alternatif de 2,5KHz à 10KHz. Lorsque la bobine primaire (P) d'un LVDT est excitée par une alimentation en courant alternatif de 2,5KHz à 10KHz, le flux magnétique généré est couplé aux bobines secondaires voisines S1 et S2 à travers le noyau, et le même flux est couplé au côté secondaire si le noyau est situé au milieu de S1 et S2. Par conséquent, les tensions E1 et E2 induites dans chaque bobine seront égales. Ainsi, lorsque le noyau est au centre, appelé origine, la différence de tension de sortie (E1 - E2) doit être égale à zéro.
Au fur et à mesure que le noyau s'éloigne du centre du LVDT (appelé point zéro), le signal du primaire est couplé à un secondaire plus qu'à l'autre. Lorsque le noyau se déplace sur S1, la tension de sortie de S1 augmente. Lorsque le noyau se déplace sur S2, la tension de sortie de S2 augmente. （Les valeurs de (S1 - S2) et (S2 - S1) deviennent une fonction linéaire de la position du noyau lorsqu'il se déplace vers S1 et S2 respectivement.
La sortie typique d'un LVDT à courant alternatif est illustrée à la figure 3. Les sorties de tension (S1 - S2) et (S2 - S1) augmentent proportionnellement lorsque le noyau s'éloigne de zéro dans l'une ou l'autre direction sur la plage du LVDT.
Figure 3 Sortie typique d'un LVDT à courant alternatif
Sortie DC LVDT
Les LVDT à courant continu sont des circuits électroniques de démodulation intégrés au transducteur qui permettent à l'utilisateur de fournir une entrée en courant continu et de mesurer une sortie en courant continu correspondant à la position du noyau. Les LVDT à courant continu offrent de nombreux avantages de la technologie LVDT, ainsi que la commodité de fournir et de lire un signal à courant continu.
Les LVDT à courant continu sont limités par la température des composants électroniques dans le module de conditionnement du signal électronique, et sont généralement utilisés dans la plage de température de -20°C à 80°C.
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