2.2. Sensores inductivos

Son aquellos que producen una modificación de la inductancia o inductancia mutua por variaciones en un campo magnético. Estas variaciones pueden ser fruto de perturbaciones en el campo, o modificación de la distancia de influencia del campo. Solo hablaremos de dos tipos: la reluctancia variable y la inductancia mutua.

2.2.1. Reluctancia variable

Existen ciertos casos donde las condiciones físicas de operación requieren un sensor a prueba de casi todo. La solución acostumbrada son los sensores de reluctancia variable y se caracterizan porque funcionan de la siguiente manera: El campo de un imán permanente es deformado al paso de un objeto de alta reluctancia, como los dientes de un engrane metálico; este cambio en el campo induce un voltaje en una bobina colocada rodeando al imán. La magnitud de este voltaje depende de la velocidad con la que el diente en nuestro ejemplo pasa frente al campo magnético y, cuando es suficientemente grande (4500 mm/seg), puede ser empleado en contadores o indicadores de velocidad directamente.

En nuestro medio usualmente se conocen estos sensores como de "Pick Up" magnético. Y, tienen forma de cilindro metálico, a manera de un tornillo. Este tipo de sensor se basa en la ley:

Donde φ es el flujo de campo magnético, I es la corriente y N es el número de vueltas del inductor.Pero el flujo magnético es igual al cociente entre la fuerza magnetomotriz M y la reluctancia magnética R, y además, M = NI, por lo que:

Para una bobina de longitud L y sección de área A, donde la longitud sea mucho mayor que el diámetro de las espiras se tiene:

Donde

μr es la permeabilidad relativa del núcleo

L = recorrido de las líneas de campo en el aire.

A = Área de las bobinas.

Normalmente se aprovechan las variaciones de la longitud y de la permeabilidad.Cuando lo que varía es la distancia L se está hablando de sensores de entrehierro variable, y cuando lo que varia es la permeabilidad se dice que se está hablando de sensores de núcleo móvil.

Esto sensores tiene los siguientes problemas:

*Los campos magnéticos parásitos afectan a L, por lo que se deben apantallar.
*La relación L y R no es constante y varía hacia los extremos.
*L y R son inversamente proporcionales, por lo que las medidas serán normalmente no lineales.
* La temperatura de trabajo debe ser menor a la de Curie del material usado.

Por contra tienen las siguientes ventajas:

*La humedad los afecta muy poco

* Tiene poca carga mecánica

*Y una alta sensibilidad.

Algunas configuraciones tipicas se muestran a continuacion:

2.2.2. Inductancia mutua (LVDT)

La denominación LVDT viene de Linear Variable Differential Transformer. 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.

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:

*Resolución infinita.

*Poca carga mecánica.

*Bajo rozamiento: vida ilimitado y alta fiabilidad.

*Ofrecen aislamiento eléctrico entre el primario y el secundario.

*Aísla el sensor (vástago) del circuito eléctrico.

*Alta repetibilidad.

*Alta linealidad.

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

2.2.3. Acondicionamiento

DETECCION COHERENTE:

En los sensores con alimentación en alterna, la modulación en amplitud surge del producto entre la tensión de alimentación y la variable a medir. Así, por ejemplo, para un puente que incorpore un sensor simple (capacitivo o inductivo) en uno de sus brazos la señal de salida es:

V(s)= V(t) x(t)/4

donde se ha supuesto que la impedancia de los cuatro brazos del puente es la misma y que x<<1.>. La detección o demodulación debe ser síncrona o coherente, de no ser así se perdería la información sobre el signo de x(t). La demodulación coherente consiste en multiplicar la señal modulada VS(t) por una tensión alterna VR(t) en fase con la portadora, (VR(t)=ARcoswPt), y aplicar un filtro paso bajo al resultado.

De la expresión de la salida final se deduce que la tensión de alimentación del puente (VP) y la de referencia del multiplicador (AR) deben ser muy estables, pues de lo contrario sus fluctuaciones se interpretarían como variaciones de x.

Por otra parte, el ancho de banda de x(t) debe ser al menos diez veces inferior a wP para que la demodulación sea sencilla. De no ser así, los filtros paso bajo necesarios para rechazar los restos de portadora y frecuencias armónicas deberían ser de orden muy elevado. Esto también es aplicable a la detección de envolvente.

En la figura se muestra gráficamente el proceso de la demodulación coherente. Existen comercialmente circuitos monolíticos que realizan las funciones de amplificación de alterna y demodulación síncrona o coherente (incluido filtro paso bajo), además, integran también el oscilador de referencia que puede ser utilizado para alimentar el puente. Estos circuitos se denominan genéricamente amplificadores de portadora. Un ejemplo es el Signetics NE5521.

3. Sensores electromagnéticos

Son aquellos en los que una magnitud física puede producir una alteración de un campo magnético o de un campo eléctrico, sin que se trate de un cambio de inductancia o de capacidad.

3.1. Basados en la ley de Faraday

Estos sensores se utilizan comunmente en tacogeneradores o tacómetros de AC (generadores de energía eléctrica) para medir la velocidad angular w. La ley de Faraday dice: “En un circuito magnético o bobina con N espiras con un flujo magnético φ=f(t) se induce una tensión:”

Está basado como su nombre lo dice, en la ley de faraday pero se deben cumplir ciertas premisas para su adecuado funcionamiento, debe tener un perfil de velocidades simétrico, la tubería sobre la que va a ser usado debe ser no magnética ni metálica, sino de teflón o cerámica y la tubería debe estar llena siempre. es muy usado en aguas residuales, líquidos corrosivos o con sólidos en suspensión pues no requieren de contacto directo.

3.2. Basados en el efecto Hall

Este se caracteriza por generar una tensión de salida dependiendo de la influencia de un campo magnético sobre el. Esta limitado por la temperatura y la existencia de un error de cero que depende de inexactitudes físicas del sensor, sin embargo trae ventajas como inmunidad frente a condiciones ambientales y ademas no requieren de contacto físico para realizar las mediciones.

El llamado voltaje Hall es la diferencia de potencial que se crea en las superficies de una barra conductora, cuando por ésta fluye una corriente y está sometida a un campo magnético. En la siguiente gráfica se muestra un ejemplo de medición de corriente en donde, Iin crea B, a su vez B crea VH que es proporcional a Iin (Ibias = constante).