13.4 Sensores Relutivos e Electromagnéticos

O fenómeno da indução electromagnética, e em particular da indução mútua entre bobinas, é amplamente utilizado para implementar sensores ou transdutores de grandezas não-eléctricas em grandezas eléctricas. Fabricam-se transdutores deste tipo que medem o deslocamento, a posição, a velocidade, a aceleração, a força, o torque, a pressão, entre outras grandezas, uns designados relutivos e outros electromagnéticos. Como se verá adiante, a diferença entre estas duas classes de transdutores reside mais na forma como o fluxo magnético é desenvolvido, cuja variação uma ou várias bobinas acopladas devem detectar sob a forma de uma força electro-motriz induzida, e menos no fenómeno subjacente ao seu funcionamento.

Figura 13.16 Alguns transformadores actualmente existentes no mercado

Os sensores ditos relutivos associam a variação na grandeza não-eléctrica a uma variação nos coeficientes de indução mútua entre uma bobina primária e um ou vários enrolamentos secundários. A bobina primária é excitada com uma corrente eléctrica sinusoidal (a qual desenvolve um fluxo magnético sinusoidal no núcleo), sendo a grandeza não-eléctrica detectada através da medição da variação na amplitude, ou da diferença entre as forças electro-motrizes induzidas nas bobinas que constituem o secundário.

Na Figura 13.17 apresenta-se o esquema simplificado de um dos transdutores relutivos mais comuns - designado LVDT, do inglês Linear Variable Differential Transformer. Um LVDT é basicamente um transformador com ponto médio (também designado diferencial; ver Figura 13.12 no ponto 13.3.2 deste capítulo). A principal diferença reside no facto de o núcleo magnético ser móvel e se encontrar fixo ao objecto cujo deslocamento se pretende medir. Neste sensor, a variação da posição do núcleo altera os coeficientes de indução mútua entre os enrolamentos primário e secundário, tendo como consequência a alteração da diferença entre as forças electro-motrizes induzidas nos dois enrolamentos secundários. Este transdutor caracteriza-se por uma relativa linearidade entre a diferença de potencial medida na saída e o deslocamento operado sobre o núcleo magnético. Esta classe de transdutores, com algumas variantes, é utilizada quer na medição do deslocamento, da velocidade e da aceleração de objectos, quer na medição da força exercida.

Figura 13.17 Sensor relutivo de deslocamento (designado LVDT, do ingl. linear variable differential transformer)

Tal como os relutivos, os transdutores electromagnéticos associam a variação numa grandeza não-eléctrica a uma variação na força electro-motriz induzida aos terminais de uma ou mais bobinas. No entanto, e ao contrário daqueles, os sensores electromagnéticos não são excitados por qualquer corrente eléctrica, limitando-se a detectar as variações no fluxo magnético desenvolvido por exemplo por um íman.

Na Figura 13.18 indica-se o exemplo de um sensor de velocidade de tipo electromagnético, designado transdutor linear de velocidade. Este dispositivo consiste basicamente numa bobina cujo núcleo é um íman móvel, responsável pelo fluxo magnético que atravessa as espiras da bobina fixa. Ao movimento do íman encontra-se associada uma variação no fluxo magnético total que atravessa as espiras da bobina, sendo assim induzida uma força electro-motriz aos terminais respectivos. A diferença de potencial é tanto mais elevada quanto maior for o ritmo de variação do fluxo magnético, portanto crescente com a velocidade de deslocamento do íman.

Figura 13.18 Sensor electromagnético de velocidade