Marco teórico

En este reporte se hablará sobre otros tipos de sensores en la pasada se hablaron sobre los sensores resistivos donde todos varian en función de la resistencia del sensor, ahora toca el turno de los sensores de reactancia variable y electromagnética, donde la reactancia es la oposición de corriente en un circuito de corriente alterna , entonces la resistencia puede variar considerablemente y también uno que varía con flujo magnético , donde puede haber funciones como la velocidad constante no se puede mantener el voltaje constante amplificarlo etc. Todo lo veremos a continuación.

Desarrollo

Al variar la reactancia en un circuito puede ofrecer mejores y diferentes formas de medir en los sensores que vimos anteriormente los resistivos. No se necesita que haya un contacto con lo que se tiene por medir, o si lo tienen es muy mínimo. Pueden tener mejores resoluciones. Estos sensores tienen una limitación de máxima frecuencia de variación adimisible en la variable medida, debe ser menor a la frecuencia de variación admisible en la variable medida, obligatoriamente alterna. Algunos sensores electromagnéticos son de hecho de generadores pero se parecen mucho a los de reactiancia variable por la señal de salida a la de ellas.

SENSORES CAPACITIVOS

Condensador variable

Este condensador consiste en dos conductores separados por un dilectrico (solido,liquido o gaseoso) o el vacio. La relación entre la diferencia de potencial viene la capacidad C=Q/V donde depende con la disposición geométrica de los conductores y material diléctrico C=C(e, G)

Por ejemplo un condensador de placas planas y paralelas se tiene:

Donde ε0 = 8.85 pF/m y εr = ε / ε0

ε es la constante dieléctrica del material y ε0 es la constante dieléctrica del vacío

Por tanto, con variar la geometría o el dieléctrico se puede usar para medir un fenómeno físico.

Los problemas que presenta este tipo de medidor es que.

a. No se puede despreciar el efecto de los bordes.

b. El aislamiento entre placas debe ser alto y constante.

c. Existen muchas interferencias capacitivas.

d. Los cables de conexión generan condensadores parásitos.

El efecto de bordes es importante ya que en la ecuación de C se indica que esta está afectada por la distancia entre las placas. Realmente está afectada por la distancia que recorren los electrones desde una placa a la otra. Esto es asumiendo que se desplazan perpendicularmente sobre las placas. Pero en la práctica no es así, y ocurre que en los bordes el desplazamiento es angular, recorriendo una distancia mayor. Esto genera un error.

Esto se corrige utilizando guardas. La guarda consiste en rodear un o de los electrodos con un anillo puesto al mismo potencial del mismo electrodo. Veamos la figura representativa del fenómeno.

Las interferencias capacitivas consiste en que entre cada conductor existen condensadores parásitos. Una solución en este caso es apantallar el cable para llevar todos los posibles contactos a tierra.

Otro problema mencionado son los cables de conexión. Al apantallar el cable para reducir las interferencias capacitivas, se introduce un nuevo error, si el cable es largo:; Es la aparición de capacidades en paralelo a lo largo del cable.

La linealidad es otro elemento a destacar ya que según sea el parámetro que se tome, podremos obtener una salida directamente proporcional o inversamente proporcional, y por tanto no lineal. Si lo que varía es la distancia d y se mide la admitancia (proporcional a C), la medida sería no lineal. Pero si se mide la impedancia, la medida seria lineal.

El uso de sensores diferenciales permitirá superar esta dificultad.

Otro problema importante es la alta impedancia de salida de este tipo de sensores, determinada por el dieléctrico no conductor utilizado.

Para resolver en este caso existen tres alternativas:

a. Colocar la electrónica de acondicionamiento.

b. Usar un transformador de impedancia.

c. Medir la intensidad de corriente en vez de la tensión.

Es indudable que estos sensores tienen ventajas con respecto a sus homólogos resistivos.

Algunas de ellas son:

a. Como sensor de desplazamiento tienen un error por carga mecánica casi nulo: sin fricciones, ni histéresis. La fuerza para mover el elemento móvil en un condensador plano es:

Para valores reales, la fuerza necesaria para producir un desplazamiento es casi despreciable.

b. Estos sensores tienen una estabilidad y reproducibilidad elevadas. C no depende de la conductividad de las placas y por tanto tampoco de la temperatura.

c. Se puede obtener una alta resolución, al variar bastante la capacidad. Se puede detectar hasta 10 pm de distancia.

Estos sensores se suelen aplicar para medir desplazamientos. Si el desplazamiento es grande o pequeño, se prefiere utilizar d variable. Si el desplazamiento es intermedio (1-10cm), se prefiere variar el área de acción entre las placas.

Normalmente la capacidad en estos sensores varía de 500 pF a 1 pF, y se trabaja con frecuencias de 10 kHz para que la impedancia sea pequeña.

Algunas aplicaciones de los sensores son.

a. Medida de desplazamientos lineales y angulares.

b. Detector de proximidad.

c. Cualquier otra magnitud que se pueda convertir en desplazamiento.

d. Medidas de nivel de líquido conductor y no conductor.

Algunos ejemplos

Ejemplo de galga extenso métrica capacitiva

Ejemplo de medidores de nivel.

SENSORES INDUCTIVOS

Los sensores inductivos son aquellos que producen una modificación de la inductancia o inductancia mutua por variaciones en un campo magnético. Esta variaciones pueden ser fruto de perturbaciones en el campo, o modificación de la distancia de influencia del campo.

Inductancia mutua (LVDT)

Este tipo de sensores se basa en la variación de la inductancia mutua entre un primario y cada uno de los dos secundarios al desplazar el núcleo. La denominación LVDT viene de

Linear Variable Differential Transformer

Aunque este dispositivo cambia la impedancia mutua, la salida es una tensión alterna modulada, no un cambio de impedancia.

Tiene como limitaciones que en el centro la inductancia mutua no se anula, por deficiencias en el proceso de construcción. Además existe la presencia de armónicos en la salida

Sin embargo tiene las siguientes ventajas:

a. Resolución infinita.

b. Poca carga mecánica.

c. Bajo rozamiento: vida ilimitado y alta fiabilidad.

d. Ofrecen aislamiento eléctrico entre el primario y el secundario.

e. Aísla el sensor (vástago) del circuito eléctrico

f. Alta repetitividad.

g. Alta linealidad.

Tiene alcances desde 100 micrómetros hasta 25 centímetros.

Cuando estos dispositivos tienen la electrónica DC se denominan LVDT de continua (DCLVDT).

Si la medida es angular se denominan RVDT.

Sensores magneto elásticos

Los sensores magneto elásticos son tipo de sensores de reactancia variable que a diferencia de los otros no se bas an de geometría. Se basan en un efecto llamado Villari, que consiste en cambios reversible en las curvas de magnetización cando hay un esfuerzo a un material a un material ferromagnético. Eso se debe a las tensiones mecánicas de la red del material que impida cuando hay magnetización lso dominios magnéticos. Disminuye la permeabilidad. Donde se generan tensiones generadas por deformaciones. La curva de magnetización es lineal cuando a compresión o tracción. Si

σ=k 1/ μr

Para aplicar este efecto se empleandos disposiciones. Una es cuando se distribuye el flujo magnético en la carga mecánica. Como en la imagen.Los materiales a emplear en estos sensores deben ser mecánicas y magnéticas a la vez. Los materiales cristalinos blandos, tmabien mecánicamente. Sus aplicaciones son medidas de fuerza, presión en automóviles industrisas mecánicas.

SENSORES ELECTROMAGNÉTICOS

Estos sensores producen un cambio en el campo magnético o de campo eléctrico si que se cambie la inductacnia o capacidad.

Sensores basados en la ley de Faraday

En un circuito o bobina el flujo puede ser variable o también puede variar la posición al flujo que siendo este constante. Los tacómetros de alterna son del primer tipo, mientras ttambien hay continua, lso medidores de velocidad lineal y lso electromagnéticos de segundo tipo.

Las condiciones que deben cumplirse para poder usar este tipo de medidor son:

* Perfil de velocidades simétrico.

* Tubería no metálica ni magnética: teflón o cerámica.

* Electrodo de acero o titanio

* Tubería llena

* Campo magnético continuo o alterno.

* Ideal para aguas residuales, líquidos corrosivos o con sólidos en suspensión.

Tacogeneradores

Son parecidos a un generador de energía eléctrica, aquí cunado su varia su velocidad varia y la tensión será

Su salida es en forma de tensión. Para tener una amplitud variable se emplea posición similar a la de un motor bifásico, donde hay 90° pero se comporta como motor monofásico. Aquí el esquma del senso.

Si el devanado se alimenta de corriente alterna de amplitud estable y frecuencia se obitene la indución de una tensión.

Lo que queremos sacar es la amplitud la velocidad de giro no varia porque la frecuencia es la misma que la de excitación, pero nosotros nos conviene que sea 10 veces mayor al menos que la velocidada a medir. Su sensibilidad es de 3 a 10 V/1000 r/min, hay modelso que incluyen uin termistor linealizado en serie con el devanado primario, donde el coeficiente sea casi nulo. Los tacómetros continua o dinamos son similares a la alterna pero rectifica la salida asi como los generadores de continua, asi como un iman permanente, basado en una especial aleacionque hace que el flujo sea onstante. Algo muy importante en esos sensores es la temperatura que puede causar la magnetización del sensor o circuito que como afecta a lso imanes puede provocar un error

Sus aplicaciones es la medida de velocidad (tacómetros en si o dentro de servosistemas de velocidad o de posición.

Sensores de velocidad final

A veces no es necesario conversión de velocidad angular y el uso del tacomentro. Para hacerlo directamente es con la ley de Faraday donde se saca la tensión.

Se aplica el principio de medida que emplea dos disposiciones distintas

EL de devanado móvil donde hay un iman permanente fijo y el devanado se mueve con la velocidad a detectar, para aumentar la longitud del conductor se usa un hilo fino, aumenta la resistencia de salida donde se exige una impedancia alta.

Los de núcleo están basados en disposición similar a los sensores inductivos de nucleo móvil pero el núcleo es un iman permanente donde tiene una viana con acero con blindaje magnético, teniendo los polos opuestos del iman provoco que la tensión inducida sea nula y la velocidad es constante

Sensores de efecto Hall

El efecto hall se refiere a la generación de un potencial en un conductor por el que circula una corriente y hay un campo magnético perpendicular a esta.

Tiene como limitación:

* La temperatura cambia la resistencia del material.

* Hay un error de cero debido a inexactitudes físicas,

Tiene como ventajas:

* Salida independiente de la velocidad de variación del campo magnético.

* Inmune a las condiciones ambientales.

* Sin contacto.

Se puede aplicar a la medida de campos magnéticos, medida de desplazamientos, etc.

ReferenciasSensores y acondicionadores, Pallas Areny, Marcombo, 1998

https://gabrielamorales.wordpress.com/sensores-de-reactancia-variable/