Unidade 6 – Medição de vibrações

Unidade 6 – Medição de Vibrações
A Fig. 6.6b mostra o esquema de um acelerômetro piezoelétrico. Uma pequena massa é pressionada contra um
cristal piezoelétrico por meio de uma mola. Quando a base vibra, a carga exercida pela massa sobre o cristal varia com a
aceleração e, portanto, a voltagem de saída gerada pelo cristal será proporcional à aceleração. Os acelerômetros
piezoelétricos são compactos, resistentes, com alta sensibilidade e utilizáveis em altas faixas de frequência.
6.3.3 - Transdutores Eletrodinâmicos
Quando um condutor elétrico, na forma de um solenóide, se move em um campo magnético, produzido por um
imã permanente ou por um eletroimã, como mostra a Fig. 6.7, é gerada uma voltagem V neste mesmo condutor, dada
por
V Dl v
(6.12)
onde D é a densidade de fluxo magnético, l é o comprimento do condutor, e v é a velocidade do condutor em relação ao
campo magnético. Em virtude da proporcionalidade entre a velocidade relativa entre imã e solenóide e a voltagem de
saída, os transdutores eletromagnéticos são freqüentemente utilizados em sensores de velocidade. A eq. (6.12) pode ser
escrita na forma
D l V F
(6.13)
v I
onde F é a força que age sobre o solenóide quando pelo mesmo passa uma corrente I. Desta forma este tipo de
transdutor pode também ser utilizado como um excitador de vibrações (a partir de uma corrente elétrica introduzida
gera-se uma força mecânica)
S
N
E
N
v
S
Deslocamento
Enrolamentos
secundários
Figura 6.7 - Transdutor eletrodinâmico. Figura 6.8 - LVDT.
121
Voltagem de
alimentação
6.3.4 - Transformador Diferencial Linear Variável (LVDT)
E i
Enrolamento
primário
E O = Voltagem
de saida
Os LVDT (Fig. 6.8) são sensores para medição de deslocamento linear. O funcionamento deste sensor é
baseado em três bobinas e um núcleo cilíndrico de material ferromagnético de alta permeabilidade. Ele dá como saída
um sinal linear, proporcional ao deslocamento do núcleo, que está fixado ou em contato com o que se deseja medir. A
bobina central é chamada de primária e as demais são chamadas de secundárias. O núcleo é conectado ao objeto cujo
deslocamento deseja-se medir e a movimentação dele em relação às bobinas é o que permite esta medição. Para esta
medição, uma corrente alternada é aplicada na bobina primária, fazendo com que uma tensão seja induzida em cada
bobina secundária proporcionalmente à indutância mútua com a bobina primária. A freqüência da corrente alternada está
geralmente entre 1 e 10 kHz. De acordo com a movimentação do núcleo, esta indutância mútua varia, fazendo com que
as tensões nas bobinas secundárias variem também. As bobinas são conectadas em série reversa, com isso a tensão de
saída é a diferença entre as duas tensões secundárias. Quando o núcleo está na posição central, equidistante em relação
às duas bobinas secundárias, tensões de mesma amplitude porém opostas são induzidas nestas duas bobinas tornando
nula a tensão de saída. Quando o núcleo é movimentado em uma direção a tensão em uma das bobinas secundárias
aumenta equanto a outra diminui, fazendo com que a tensão aumente de zero até um máximo. Esta tensão está em fase
com a tensão primária. Quando o núcleo se move em outra direção, a tensão de saída também aumenta de zero até um
máximo, mas sua fase é oposta à fase primária. A amplitude da tensão de saída é proporcional à distância movida pelo
núcleo (até o seu limite de curso), sendo por isso a denominação "linear" para o sensor. Assim, a fase da tensão indica a
direção do deslocamento. Como o núcleo não entra em contato com o interior do tubo, ele pode mover-se livremente,
quase sem atrito, fazendo do LVDT um dispositivo de alta confiabilidade. Além disso, a ausência de contatos
deslizantes ou girantes permite que o LVDT esteja completamente selado das condições do ambiente.
Os LVDTs disponíveis no mercado abrangem faixas de deslocamento entre 0,0002 cm a 40 cm, o que os torna
de ampla aplicabilidade. Estes transdutores não sofrem influência de variações de temperatura, mas têm limitação em
altas frequências por possuírem o núcleo magnético.