Sensores Capacitivos

Sensor capacitivo

• Los sensores capacitivos son un tipo de sensor eléctrico.

• Los sensores capacitivos (KAS) reaccionan ante metales y no metales que al aproximarse a la superficie activa sobrepasan una determinada capacidad. La distancia de conexión respecto a un determinado material es tanto mayor cuanto más elevada sea su constante dieléctrica.

Funcionamiento

• Desde el punto de vista puramente teórico, se dice que el sensor está formado por un oscilador cuya capacidad la forman un electrodo interno (parte del propio sensor) y otro externo (constituido por una pieza conectada a masa).

Aplicaciones

• Estos sensores se emplean para la identificación de objetos, para funciones contadoras y para toda clase de control de nivel de carga de materiales sólidos o líquidos. También son utilizados para muchos dispositivos con pantalla táctil, como teléfonos móviles o computadoras ya que el sensor percibe la pequeña diferencia de potencial entre membranas de los dedos eléctricamente polarizados de una persona adulta.

Tipos de sensores capacitivos de:

• Detección de nivel: En esta aplicación, cuando un objeto (líquidos, granulados, metales, aislantes, etc.) penetra en el campo eléctrico que hay entre las placas del sensor y varía el dieléctrico, variando consecuentemente el valor de capacitancia.

Aplicación

• Sensor de humedad: El principio de funcionamiento de esta aplicación es similar a la anterior. En esta ocasión el dieléctrico, por ejemplo el aire, cambia su permisividad con respecto a la humedad del ambiente.

Aplicación

• Detección de posición: Esta aplicación es básicamente un condensador variable, en el cual una de las placas es móvil, pudiendo de esta manera tener mayor o menor superficie efectiva entre las dos placas, variando también el valor de la capacitancia, y también puede ser usado en industrias químicas. Pero como sabemos este tipo de aplicación no suele ser lo correcto.

Aplicación

Ventajas

• Las ventajas de este dispositivo son algunas más que en el caso de los sensores inductivos. La primera ventaja es común para ambos, detectan sin necesidad de contacto físico, pero además esto sensor lo realiza de cualquier objeto.

• Además, debido a su funcionamiento tiene muy buena adaptación a los entornos industriales, adecuado para la detección de materiales polvorientos o granulados. La duración de este sensor es independiente del número de maniobras que realice y soporta bien las cadencias de funcionamiento elevados.

Inconvenientes

• Entre los inconvenientes se encuentra el alcance, dependiendo del diámetro del sensor, puede alcanzar hasta los 60mm, igual que la modalidad inductiva.

• Otro inconveniente es que depende de la masa a detectar, si quiero realizar una detección de cualquier tipo de objeto este sensor no nos sirve, puesto que depende de la constante eléctrica. 

Sensores Inductivos

Sensores basados en una variación de reluctancia

• La inductancia de un circuito indica la magnitud del flujo magnético que concatena debido a una corriente eléctrica.

• La inductancia se puede expresar como

• Para una bobina de sección A y de longitud l mucho mayor que sus dimensiones transversales, R viene dada por

•

• Si el circuito magnético incluye tramos en el aire y tramos en un material ferromagnético dispuestos en serie, la expresión general es

• Cualquier variación en N, u (permeabilidad del material en el interior y alrededor de la bobina) o la geometría (l o A) puede emplearse ,en principio para la transducción.

• La mayoría de los sensores inductivos son de reluctancia variable y es un desplazamiento el que la modifica, afectando sobre todo a l0 y a U.

• Los primeros se llaman sensores de entrehierro variable y los segundos de núcleo móvil..R también puede variar por las corrientes de Foucault.

• La aplicación de una inductancia variable a la transducción está sujeta a una serie delimitaciones

• Los campos magnéticos parásitos afectan L• La relación L y R no es constante sino que varía

hacía los extremos del dispositivo .• El flujo magnético disperso es mayor que el flujo

eléctrico disperso en los condensadores.

• L y R son inversamente proporcionales.• En CA, si la salida puede ser bidireccional,

( posición con salida nula) necesita un amplificador para detectar la fase de tensión final.

• • Por último, los dispositivos basados en las

propiedades magnéticas de los materiales deben trabajar a temperatura inferior a la de Curie.

Sensores basados en corrientes de Foucault

• La impedancia de una bobina por la que circula una corriente alterna queda alterada si se introduce una superficie conductora dentro de su campo magnético.

• Debido a introducción de corrientes de Foucault en la superficie que crea su propio campo magnético, opuesto al de la bobina.

• Mayor proximidad de bobina y la superficie, mayor cambio de impedancia

• El espesor del material donde se introducen las corrientes debe ser suficientemente grande comparado con la profundidad de penetración.

• La relación entre la impedancia de la bobinan del b y la distancia del blanco, es general, no lineal.

• Cambio de impedancia depende del material.• No requieren materiales ferromagnéticos para

funcionar.• Algunas configuraciones no necesitan enlaces

mecánicos, será menor su carga mecánica que los de reluctancia variable.

• Es un transformador que produce una tension proporcional al desplazamiento de un nucleo ferromagnetico (núcleo movil separado). Este tipo de transductor consiste en un bobinado primario alimentado por una señal de C.A. y dos boninados secundarios

• El nucleo de una aleacion de hierro y niquel, y esta laminado longitudinalmente para reducer la corriente de Foucault. El vastago que lo arrastra no debe ser magnetico. Todo el conjunto puede apantallarse magneticamente para hacerlo immune a campos externos.

• Cuando el nucleo se desplaza al interior de estas bobinas genera voltajes inductivos y en cada bobina

secundaria, proporcionales a su desplazamineto.• Los dos bobunados secundarios estan conectados en

serie y en fases opuestas, de modo que la señal de salida es la diferencia entre estos voltajes. En esta configuracion, el voltaje de salida es cero cuando el nucleo se encuentra en el centro y las dos tensiones (v1) y (v2) se anulan. Cuando el nucleo se desplaza hacia las extremidades del captador la diferencia aumenta mas y mas. La señal de salida rectifica de obtener una tension comun, representativo de la posicion de nucleo

• Caracteristicas y ventajas• Extremadamente preciso• Alta resolución• Resistencia en envejecimiento (larga vida)• Insensible a la interferencias• Resistencia a los ambientes dificiles (humedad,

polvo, tec)• Robusto• Resistencia a la aceleracion• Precio favorable• Facil instalacion

Transformadores Variables o Variacs

• Un Variac o transformador variable es un equipo eléctrico capaz de modificar y ajustar el voltaje de una línea eléctrica de manera manual o automática.

• Tiene un uso muy extendido en diferentes sectores y aplicaciones, desde laboratorios de investigación hasta diversos tipos de procesos industriales, los cuales requieren de un voltaje variable para ser llevados a cabo.

• El ajuste de voltaje puede realizarse de forma manual en los casos más simples o de modo totalmente automatizado a través de un sistema de control electrónico encargado de modificar el voltaje de salida en función del tiempo, corriente, resistencia eléctrica, o cualquier otra variable asignada.

• En procesos industriales se pueden asignar igualmente funciones de encendido y apagado automático que permiten mantener procesos de producción de manera permanente.

• Corriente Nominal:• Para permitir la máxima utilización de los Variacs, las relaciones de salida

son dadas para corriente constante e impedancia de carga constante.•  • Corriente de carga constante:• Es la corriente de salida que puede soportar el Variac independiente del

voltaje de salida que se ajuste.•  • Impedancia de carga constante:• Cargas tales como lámparas incandescentes o calentadores de

resistencia en las cuales la corriente consumida es aproximadamente proporcional al voltaje aplicado, aumentando hasta la corriente máxima del voltaje de línea. Estas relaciones se aplican solamente para unidades que tengan un voltaje de salida máximo limitado por el voltaje de línea.

•  

• Excelente Regulación• Los Variacs entregan el voltaje de salida con una variación

despreciable entre el estado sin carga y el estado de plena carga.•  • Alta Eficiencia• Las pérdidas en vatios de cada Variac son muy bajas en contraste

con el control ineficiente suministrado por reóstatos y otros controladores de tipo resistivo.

•  • Distorsión de la forma de onda• Un Variac proporciona un voltaje de salida que es una

reproducción fiel y sin distorsión de la forma de onda de la señal de entrada. Esto es una característica necesaria de muchas aplicaciones electrónicas y es el resultado  de un excelente diseño y el uso de acero silicio de grano orientado de alta calidad.

•  • Mantenimiento• Con una atención y un cuidado rutinario de las instrucciones de operación, los únicos

elementos que pueden requerir mantenimiento e inspección periódica son las escobillas. Su reemplazo es poco usual porque están hechas de un carbón especial y son de un diseño que asegura un contacto adecuado de estas con el conmutador en cualquier posición.

•  • Control suave.• El voltaje de la salida de un Variac puede ajustarse continuamente. El voltaje entre

vueltas es una fracción de un voltio y la escobilla está siempre en contacto con una o más vueltas del bobinado. El ajuste del voltaje de salida puede efectuarse para una fracción de un voltio.

•  • Diseño mecánico resistente• Todos los Variacs son diseñados para trabajo pesado, sin problemas de funcionamiento.

Una inspección rígida en cada etapa de fabricación da garantía de un producto de calidad. El ensamblaje seguro del núcleo del Variac y de su bobina, del cabezote de aluminio que soporta la escobilla y una escobilla duradera reducen la necesidad de atención o reemplazo.

•  • Larga vida• Los Variacs tienen un desempeño confiable durante largos períodos de tiempo incluso

bajo condiciones de operación extremas. Los materiales se están mejorando constantemente para darles un mayor tiempo de vida.

• Especificaciones Militares• Todos los modelos de Variacs están disponibles bajo pedido

especial para cumplir con las especificaciones militares aplicables. Los siguientes son requisitos típicos que se pueden solicitar:

• Altitud: hasta 10,000 pies.• Humedad: 95% de humedad relativa durante 24 horas.• Vibración: según la norma MIL-STD-810C, método 514,2 .• Shock: según la norma MIL-STD-810C, método 516,2 .• Corrosión: Todas las piezas de metal excepto el conmutador

están protegidas para soportar 100 horas de niebla salina según la norma FED-STD-151A.

• Partes fenólicas: partes laminadas según la norma MIL-P-15035C; piezas moldeadas según la norma MIL-M14F; las varillas y tubos según la norma MIL-P-79C y tratamiento anti-hongos según la norma MIL-T-152B, Tipo 2.

• Cable de conexión: según la norma MIL-W-16878D.

Sensores ElectromagnéticosLos sensores electromagnéticos están basados en la variación de un campo magnético o de un campo eléctrico sin modificar la inductancia o la capacidad. Se pueden clasificar en: - Sensores basados en la ley de Faraday -Sensores basados en el efecto Hall

Sensores Basados En La Ley De FaradayTacómetro De Alterna

CARACTERÍSTICAS • La tensión de salida de un tacómetro de

alterna es variable tanto en amplitud como en frecuencia. Debido a ello es poco práctico para medir velocidades de rotación pequeñas porque la tensión de salida también lo es.

• Para reducir el efecto de la temperatura se puede incluir un termistor linealizado en serie con el devanado primario, a fin de lograr un coeficiente total de temperatura prácticamente nulo.

• Se utilizan para medir velocidades angulares inferiores a 8000 rpm.  

• En algunos modelos se sustituye el imán permanente por un devanado de excitación

Sensores Basados En La Ley De FaradayTacómetro De Continua

• Se puede realizar  Mediante un generador de continua o dinamo (dinamo tacométrica).

• Mediante un generador de alterna o alternador (tacómetro de alterna) seguido de un rectificador y un filtro.

Sensores Basados En La Ley De FaradaySensor De Velocidad Lineal

• En algunas aplicaciones, como por ejemplo en la medida de vibraciones, no es posible convertir la velocidad lineal en angular y medirla mediante un tacómetro. Por ello se han desarrollado sensores de velocidad lineal

• Se puede implementar: • Mediante un devanado móvil y un imán

permanente fijo

• Mediante un imán móvil y un devanado fijo • Los de imán móvil son los más utilizados porque su

rango de desplazamiento es mayor.

• APLICACIONES • Los sensores de velocidad lineal se utilizan para

medir la velocidad de vibración de sistemas inerciales (masa-resorte) en los que se producen pequeños desplazamientos lineales.

Sensores Basados En El Efecto Hall• Si un conductor o un semiconductor a

través del cual circula una corriente se somete a un campo magnético perpendicular a la misma, se genera una tensión o diferencia de potencial VH (tensión de Hall) transversal, cuyo sentido se invierte al hacerlo el sentido del campo magnético o el de la corriente.

• Ello es debido a que sobre los portadores mayoritarios, que se desplazan bajo influencia del campo magnético, aparece una fuerza (de Lorentz) que produce una acumulación de cargas en una parte del conductor y da origen a una diferencia de potencial entre las dos caras del mismo.

Aplicaciones 

• Medida de campos magnéticos (gausímetros)

• Medida de potencia (B X i) (contadores y vatímetros)

• Medida de intensidad de corriente (trafos de intensidad)

• Medida de velocidad angular y conmutación