TRASFORMATORE DIFFERENZIALE LINEARE
Questi dispositivi noti con il nome di TDL sono costituiti da un supporto di materiale non
ferromagnetico, con un avvolgimento primario, alimentato in corrente alternata, e due secondari
identici connessi in opposizione; un nucleo mobile di materiale ferromagnetico completa il
sistema, in figura è riportato il circuito elettrico.
Nel caso in cui il nucleo si trovi disposto simmetricamente rispetto ai due avvolgimenti
secondari, ai capi di essi si avranno, in condizioni ideali tensioni indotte uguali, ed essendo essi
in opposizione, il segnale complessivo, differenza delle due tensioni, sarà nullo. Qualora invece,
il nucleo non si trovi centrato rispetto al due avvolgimenti secondari, saranno diversi i flussi
concatenati tra primario e secondario di conseguenza le tensioni ai capi delle due bobine saranno
diverse e si potrà rilevare complessivamente una tensione di uscita diversa da zero. La sensibilità
statica del trasduttore varia linearmente sia con l'ampiezza sia con la frequenza della tensione di
alimentazione del primario. I valori generalmente adottati per le frequenze sono comprese nel
campo da 50 Hz a 10 KHz, mentre per le tensioni non si superano di norma i 50 V. Il campo di
misura per i TDL commerciali varia da un minino di ± 150/μm ad un massimo di ± 150 mm, con
precisioni dell'ordine del ± 0,1%.
OSCILLATORE
L'oscillatore è un circuito elettrico in grado di generare un segnale alternato; la frequenza del
segnai generato dipende dalle costanti del circuito. Il più semplice circuito in cui può instaurarsi
una corrente sinusoidale è costituito dal parallelo di un condensatore e di un induttore. Se il
condensatore è carico, la sua scarica determina attraverso l'induttanza una corrente sinusoidale
che si mantiene poi inalterata; si susseguono continue scariche e ricariche del condensatore e
l'energia presente nel circuito varia in continuazione da energia elettrica, immagazzinata nel
condensatore carico, a energia magnetica, immagazzinata nell'induttore quando circola corrente.
La frequenza di oscillazione coincide con quella di risonanza del circuito ( quando un induttore
di induttanza L e un condensatore di capacità C sono connessi in parallelo si ottiene un circuito
di risonanza LC, nel quale possono instaurarsi delle oscillazioni sinusoidali alla frequenza di
risonanza 1/( 2LC )). Poiché i circuiti reali presentano sempre una certa resistenza, si
determina una perdita dì energia con conseguente indebolimento delle oscillazioni fino al loro
completo arresto. Uno dei sistemi per sopperire alle perdite di energia, consiste nel!'accoppiare
all'induttanza del circuito oscillante una seconda induttanza ( in pratica l'accoppiamento è
realizzato con un trasformatore i cui due avvolgimenti costituiscono le due induttanze ). Il
segnale uscente dalla seconda induttanza, sfasato di 180°, cioè in ritardo di mezzo periodo
rispetto a quello del circuito oscillante per effetto della trasformazione, è inviato ad un
amplificatore, realizzato anche con un sole transistore. Lo stesso segnale, uscito
dall'amplificatore, viene reintrodotto nel circuito oscillante; poiché l'amplificatore introduce
anch'esso uno sfasamento di 180°, risulta che il segnale è in fase coi quello originariamente
presente nel circuito stesso. Il segnale prodotto e quello rinviato nell'oscillatore dopo
l'amplificazione, trovandosi in fase, raggiungono contemporaneamente i loro valori massimo e
minimo e, se l'amplificazione è calcolata esattamente, coincidono per tutto il periodo,
sostenendosi così vicendevolmente a spese dell'energia fornita, da un'opportuna sorgente
necessaria al funzionamento dell'amplificatore. Il principio adottato che consiste nel prelevare il
segnale oscillante, amplificarlo e riportarlo in fase al punto iniziale, è detto retroazione positiva.
DEMODULATORE
Per demodulare un segnale si può usare un elemento in grado di lasciare transitare solo le
sinusoide positive o negative della portante modulata che riceve.
DESCRIZIONE DELL'APPARECCHIATURA
L'apparecchiatura, che realizza un sistema didattico di trasduzione di posizione con LVDT, è
costituita da un pannello m cui sono alloggiati il condizionatore di segnale ed il trasduttore, oltre
al dispositivo per la generazione dello spostamento lineare (e per il relativo rilievo metrico).
CONDIZIONATORE di SEGNALE - LVDT (Trasformatore Differenziale
Lineare Variabile)
II trasduttore di posizione impiegato è un LVDT, cioè un trasduttore elettromeccanico che
produce un'uscita elettrica proporzionale allo spostamento del suo nucleo mobile separato.
L'LVDT ha caratteristiche tali da renderlo adatto a una grande varietà di applicazioni. Alcune di
queste caratteristiche sono uniche e non sono disponibili in altri trasduttori. Queste
caratteristiche derivano dal fatto fondamentale che l'LVDT è un trasformatore elettrico con un
nucleo separabile e un contatto. In particolare un trasduttore LVDT consiste in una bobina
primaria e due bobine secondarie simmetricamente disposte su una forma cilindrica. Un nucleo
magnetico, libero di muoversi all'interno della forma cilindrica, fornisce un percorso al flusso
magnetico che interessa la bobina. Quando la bobina primaria è alimentata da una sorgente
alternata esterna, nelle due bobine secondarie sono indotte delle tensioni. Le due bobine sono
collegate in serie una in opposizione di fase all'altra, sicché le due tensioni hanno polarità
opposta. L'uscita del trasduttore è quindi la differenza tra queste due tensioni ; la differenza vale
zero quando il nucleo magnetico è al centro o nella posizione di zero. Quando il nucleo
magnetico viene spostato dalla posizione zero, la tensione indotta nella bobina verso la quale il
nucleo si muove aumenta, mentre la tensione indotta nell'altra bobina diminuisce. Questa azione
produce un'uscita di tensione differenziale che varia linearmente al variare della posizione del
nucleo. La fase di questa tensione di uscita varia bruscamente di 180 gradi quando il nucleo
passa per la posizione di zero.
TARATURA DEL CONDIZIONATORE DI SEGNALE
Lo scopo dell'esercitazione è quello di tarare il condizionatore di segnale, cioè far si che a 0 mm
corrisponda una tensione d'uscita di 0 V e ad uno spostamento di ±12.5 mm. corrisponda una
tensione di uscita di ±1,25 V.
Strumentazione impiegata
Alimentatore stabilizzato con uscita ±12 Vcc
Voltmetro digitale
Oscilloscopio doppia traccia
Calibro
MODO OPERATIVO
Collegare le boccole ±12 V, 0V del pannello ad un alimentatore stabilizzato.
Collegare il voltmetro digitale tra la boccola +8V ed una boccola di massa.
Regolare RVS per avere + 8.00 V sulla boccola contrassegnata +8V; verificare che ci
siano -8 V alla boccola con, l'omonimo contrassegno.
Verificare che sulla boccola 13 sia presente un segnale triangolare (ampiezza 4Vpp,
frequenza 2500 Hz circa).
Porre il cursore LVDT tutto in posizione +, regolare RV4 per avere sulla boccola 4 un
segnale sinusoidale di 1Vpp.
Collegare il canale A dell'oscilloscopio alla boccola 4, il canale B alla boccola 6.
Regolare RV3 (errore dì fase) fino ad avere i due segnali esattamente in fase se il cursore
di LVDT si trova tutto a - ( meno ) , oppure sfasati di 180 gradi con cursore tutto a +.
Verificare che il segnale alla boccola 5 sia raddrizzato negativo se il cursore si trova a -,
raddrizzato positivo con cursore a +. L'ampiezza massima deve valere circa 0,5 V per
una corsa di 12,5 mm.
Porre il cursore di LVDT in posizione di 0, verificare che ci siano 0V alla boccola 5
(eventualmente spostare il corpo di LVDT), regolare RV1 (Zero) per avere 0 V in uscita
alla boccola 1.
Porre il cursore LVDT a +12,5 mm, regolare RV2 per avere +1,25 V in uscita alla
boccola 1. Porre il cursore LVDT a -12,5 mm, verificare che all'uscita vi siano -1,25 V.
Collegare il voltmetro digitale all'uscita standard, regolare RV6 per avere ± 8 V quando
l'uscita proporzionale vale ± 1,25 V.
RILIEVO DELLA CURVA CARATTERISTICA "SPOSTAMENTO TENSIONE "
Lo scopo dell'esercitazione è quello di rilevare la curva che mette in relazione lo spostamento del
cursore con la tensione presente all'uscita proporzionale OUT boccola 1.
Strumentazione impiegata:
Alimentatore stabilizzato con uscita ±12 Vcc
Condizionatore di segnale
Voltmetro digitale
Calibro.
MODO OPERATIVO
Eseguire la taratura del condizionatore come indicato sopra
Collegare il voltmetro digitale tra l'uscita proporzionale boccola 1 e massa.
Variare la distanza del cursore (a partire dalla posizione di 0), prima per valori positivi,
poi per valori negativi con passo indicativo di 2 mm
Rilevare in corrispondenza la distanza effettiva misurata con il calibro e la tensione di
uscita presente sul voltmetro digitale.
Riportando sull'asse delle ascisse il valore della distanza (mm) e sull'asse delle ordinate il valore
della tensione presente all'uscita proporzionale del condizionatore, si ricava un grafico che
rappresenta la curva caratteristica trasduttore - condizionatore.
