Términos clave de los LVDT

Como la salida del LVDT es una función nominalmente lineal del desplazamiento del núcleo dentro de su rango lineal de movimiento, la gráfica de la magnitud de la tensión de salida en función del desplazamiento del núcleo es, en esencia, una línea recta. Más allá del rango lineal nominal, la salida comienza a desviarse de una línea recta para adoptar una curva suave. A partir de la recta de mejor ajuste estadístico en función del desplazamiento del núcleo dentro del rango lineal nominal de un LVDT, la desviación máxima de la salida del LVDT se define como el error de linealidad o la no linealidad del LVDT.  El error de linealidad suele expresarse como +/- un porcentaje del rango completo de salida o en términos de un ancho de banda de error que abarca la línea recta y las desviaciones. La interpretación correcta del error de linealidad de un LVDT depende de la aplicación específica a la que se destine dicho LVDT en un sistema de medición. Algunos usuarios utilizan la no linealidad como medida de la precisión del sistema, ya que suele ser el error más grande.  

La variable fundamental en la selección de un LVDT es el rango máximo de movimiento del núcleo, lo cual genera una salida analógica con una linealidad específica. El desplazamiento total es la distancia que puede recorrer un núcleo desde su posición nula en esta región lineal. Dado que el núcleo puede desplazarse desde la posición cero hacia cualquiera de los extremos, el rango de operación lineal es el doble del desplazamiento máximo. Cuando se expresa como desplazamiento máximo aproximado (+/-), se hace referencia al rango lineal nominal. Cuando se indica sin especificar la polaridad, se denomina rango máximo, recorrido completo o recorrido total del LVDT. El rango lineal nominal de cualquier LVDT varía con la frecuencia. Cuando se utiliza el LVDT con el núcleo adecuado para la frecuencia especificada, el rango lineal real siempre será igual o superior al valor nominal. Cuando la linealidad óptima no es esencial en una aplicación, el rango de operación práctico puede extenderse mucho más allá del rango lineal nominal especificado. El rango lineal nominal se especifica para una carga de alta impedancia, normalmente de 50 kOhm a 0.5 MOhm. Una baja impedancia de carga puede tener un efecto perjudicial sobre la linealidad y el rango lineal nominal.
 

En el caso de un LVDT de corriente alterna, la salida máxima (FSO) es la señal de salida de un LVDT cuyo núcleo se encuentra en su desplazamiento máximo y cuyo devanado primario está excitado a una tensión de entrada nominal especificada. Sin embargo, en la mayoría de los casos, la mejor forma de comparar los LVDT de corriente alterna con el mismo rango lineal es mediante la sensibilidad. La sensibilidad suele expresarse en milivoltios de salida por milésimas de pulgada de desplazamiento del núcleo por voltio de excitación (mV/mil/voltio). La sensibilidad varía según la frecuencia de excitación, la cual también debe especificarse. La sensibilidad influye principalmente en la ganancia que se requiere de la electrónica de acondicionamiento de señal del LVDT. En la mayoría de los LVDT de corriente continua, la característica equivalente a la sensibilidad es el factor de escala, que por lo general se expresa en voltios de salida de corriente continua por pulgada de desplazamiento del núcleo. Algunos LVDT de corriente continua más antiguos utilizan una configuración radiométrica, lo cual requiere que también utilicen las mismas unidades para la sensibilidad o que se especifique su factor de escala para un voltaje de entrada de corriente continua en particular. También existen LVDT de corriente continua cuya salida se realiza a través de un bucle de corriente de 4 a 20 mA, por lo que sus factores de escala se expresan en miliamperios por pulgada (mA/in) o en miliamperios por mil (mA/mil).

La resolución es el cambio más pequeño en la posición del núcleo que se puede observar en la señal de salida del LVDT. La resolución de un LVDT es prácticamente infinita, ya que funciona según el principio del acoplamiento magnético. Un cambio infinitesimal en la posición del núcleo producirá un cambio en la salida. En la práctica, la limitación de la resolución del sistema radica en la capacidad del equipo electrónico asociado para detectar el cambio en la salida del LVDT, lo que se conoce como la relación señal-ruido del sistema. Con un sistema de medición LVDT diseñado adecuadamente, no es raro alcanzar una resolución de una micropulgada.  

La capacidad de un sensor para reproducir la misma salida en pruebas repetidas con exactamente la misma entrada, bajo condiciones operativas y ambientales constantes, constituye el factor más importante al seleccionar un sensor. Este parámetro, denominado repetibilidad, es la única fuente irreducible e incorregible de error estático en cualquier sistema de medición electromecánico. El error de repetibilidad es el factor limitante en cualquier medición que se basa en sensores. Un LVDT bien fabricado presenta tal grado de repetibilidad que solo se ve afectado por los factores mecánicos de los elementos o estructuras a los que está fijado su núcleo y en los que está montada su bobina. Tanto la repetibilidad como la resolución contribuyen al error general de medición y, por lo general, se expresan como un porcentaje de la salida a escala completa. Estos parámetros se aplican por igual tanto a los LVDT de corriente alterna como a los de corriente continua.

Un LVDT sellado impide que cualquier líquido o gas penetre en la carcasa del sensor.  Para aplicaciones en las que haya medios corrosivos o a presión, alta humedad o radiación, se recomienda utilizar un LVDT herméticamente sellado para garantizar que los medios externos no penetren en los devanados.  Este sellado hace que los sensores sean resistentes a suciedad, agua, vapor, productos químicos e incluso a temperaturas extremas que pueden acortar su vida útil o afectar su confiabilidad.  En esta configuración, la carcasa de alta resistencia, el recubrimiento interior y las arandelas de los extremos del LVDT se sueldan entre sí para formar un sello hermético. Los LVDT con sello hermético típicos toleran presiones de operación de hasta 3,00 psig  Además, su diseño herméticamente sellado hace posible que el núcleo tolere temperaturas de hasta 400°F.

Para soportar presiones extremadamente altas, la carcasa del sensor puede ventilarse a fin de igualar la presión dentro y fuera del sensor de posición lineal LVDT. Las versiones ventiladas de los LVDT pueden resistir una combinación de alta presión, altas temperaturas, impactos y vibraciones. Sin embargo, dado que los orificios de ventilación dejan al descubierto las bobinas en el interior de la carcasa, cualquier fluido que envuelva al LVDT debe ser eléctricamente no conductor y químicamente inocuo. Los LVDT con ventilación pueden funcionar en rangos de temperatura extremos de -65 °F a +400 °F (-55 °C a +200 °C) y a presiones de operación de 35 kpsi. Las altas temperaturas nominales se logran mediante el uso de materiales internos clasificados para operar a esas temperaturas.