SENSORES INDUCTIVOS

SENSORES Y ACONDICIONADORES

INSTRUMENTACIN INDUSTRIAL ISENSORES Y ACONDICIONADORES SENSORES INDUCTIVOSFUNDAMENTOS Una corriente elctrica que circula a travs de un conductor crea un campo magntico a su alrededor. Este campo magntico se simboliza con lneas de fuerza o de campo que son circunferencias contenidas en un plano perpendicular al conductor y cuyo sentido se establece con la regla de la mano derecha. Se denomina (B) a la intensidad del campo magntico es decir el nmero de lneas de fuerza por unidad de superficie. Se denomina flujo magntico al nmero total de lneas que atraviesa una superficie A: = B A SENSORES INDUCTIVOS SENSORES INDUCTIVOS

SENSORES INDUCTIVOS SENSORES INDUCTIVOS

SENSORES INDUCTIVOS SENSORES INDUCTIVOS DEFINICIN Sensores que estn basados en la variacin de alguno de los parmetros magnticos.

CLASIFICACIONSensores de inductancia variable Basados en la variacin de la autoinduccin (Self-inductance) Sensores de reluctancia variable (Variable reluctance) Basados en la variacin de la inductancia mutua (Mutual inductance) -LVDT (Linear Variable Differential Transformer) -Transformadores variables (Variable transformers) Sensores magnetoelsticos. Sensores basados en el efecto Wiegand. Sensores basados en las corrientes de Foucault.

SENSORES INDUCTIVOS INDUCTANCIA DE UN CIRCUITORelacin entre el flujo magntico y la corriente elctrica que lo genera. Si se trata de la corriente que circula por el propio circuito, se denomina autoinduccin (L) y si es en otro circuito se denomina Induccin mutua.SENSORES INDUCTIVOS

VARIACIN DE LA AUTOINDUCCINSENSORES NO DIFERENCIALESEl desplazamiento es la variable ms utilizada para variar una autoinduccin: Sensores de ncleo mvil: Se modifica . Sensores de entrehierro variable: se modifica l. El ncleo puede ser de aire o de hierro. Con un ncleo de aire se trabaja a frecuencias ms altas que con uno de hierro, pero las variaciones de la inductancia que se consiguen son pequeas.SENSORES INDUCTIVOS de INDUCTANCIA VARIABLEVARIACIN DE LA AUTOINDUCCINSENSORES INDUCTIVOS de INDUCTANCIA VARIABLE

VARIACIN DE LA AUTOINDUCCIN

CONSIDERACIONES IMPORTANTESLas expresiones indicadas anteriormente para la variacin de la autoinduccin solo son vlidas si se cumplen las siguientes condiciones: No hay campos magnticos parsitos (apantallamiento). Se trabaja a una temperatura inferior a la de Curie. La relacin entre L y R es constante en todo el dispositivo (el flujo magntico no es disperso).

SENSORES INDUCTIVOS de INDUCTANCIA VARIABLEVARIACIN DE LA AUTOINDUCCINVENTAJAS Muy estables en entornos hostiles (por ejemplo entornos hmedos) Alta sensibilidadAPLICACIONESSe utilizan en ambiente industrial para medir desplazamientos u otras variables que se puedan convertir en un desplazamiento (fuerza, presin, etc.), posicin, proximidad de objetos metlicos frricos, etc.

SENSORES INDUCTIVOS de INDUCTANCIA VARIABLEVARIACIN DE LA AUTOINDUCCIN

CIRCUITOS BSICOS DE ACONDICIONAMIENTO MEDIANTE SEALES SENOIDALES DE FRECUENCIA CONSTANTE Divisores de tensin: medida de tensin en un sistema excitado por corriente o de corriente en un sistema excitado por tensin). Puentes de alterna: es el ms adecuado cuando se utilizan topologas diferenciales. En ambos casos la salida que se obtiene no suele ser lineal.

SENSORES INDUCTIVOS de INDUCTANCIA VARIABLE


VARIACIN DE LA AUTOINDUCCINSENSORES INDUCTIVOS INDUSTRIALES TODO-NADALos sensores inductivos basados en la variacin de la autoinduccin se pueden utilizar como sensores todo-nada (detectores) de proximidad de objetos frricos.SENSORES INDUCTIVOS de INDUCTANCIA VARIABLE

VARIACIN DE LA INDUCTANCIA MUTUA

TRANSFORMADOR DIFERENCIAL VARIABLE LINEAL (LVDT)Se basa en la variacin de la inductancia mutua entre un primario y cada uno de los dos secundarios conectados en oposicin (M2 M2), debida al desplazamiento, a lo largo de su interior, de un ncleo de material ferromagntico que est unido a la pieza cuya posicin se quiere medir.El primario est alimentado por una tensin alterna y los secundarios estn situados simtricamente con respecto a l. En cada secundario se inducen tensiones iguales cuando el ncleo est situado en su posicin central. Al desplazarse el ncleo una de las tensiones crece y la otra se reduce en la misma magnitud. SENSORES INDUCTIVOS de INDUCTANCIA VARIABLEVARIACIN DE LA INDUCTANCIA MUTUA

TRANSFORMADOR DIFERENCIAL VARIABLE LINEAL (LVDT)



TRANSFORMADOR DIFERENCIAL VARIABLE LINEAL (LVDT) (Linear Voltage Differential Transformer)

FUNCIONAMIENTO Si el secundario no tiene carga, la tensin V0 es proporcional a (M2 M2) y por lo tanto al desplazamiento del vstago () y est desfasada 90 con respecto a la corriente que atraviesa el primario. El desfase entre V0 y V1 depende de la frecuencia. Adems, la relacin (V0/V1) aumenta al elevar la frecuencia de alimentacin (la sensibilidad aumenta con la frecuencia).

en la que k es una constante especfica de cada LVDT SENSORES INDUCTIVOS de INDUCTANCIA VARIABLE




CONSIDERACIONES IMPORTANTES Debido a las capacidades parsitas entre el primario y los secundarios (que no dependen de la posicin del vstago) y a la falta de simetra de los bobinados, la tensin de salida en la posicin central no es cero. Dichas capacidades hacen que se generen armnicos en la salida que se eliminan con un filtro paso bajo. Al aumentar la temperatura se eleva la resistencia elctrica del primario y si se alimenta a tensin constante disminuye la corriente y con ella la tensin de salida. Por ello es mejor alimentar con corriente constante. Se construye con ncleos de aleacin de hierro y nquel, y se lamina longitudinalmente para reducir las corrientes de Foucault. El vstago no debe ser magntico y todo el conjunto se apantalla magnticamente para hacerlo inmune a campos externos.

SENSORES INDUCTIVOS de INDUCTANCIA VARIABLEVARIACIN DE LA INDUCTANCIA MUTUA

Caractersticas Resolucin terica infinita, alta repetibilidad y linealidad Vida ilimitada y alta fiabilidad debidas al reducido rozamiento entre ncleo y los devanados Aislamiento entre el elemento sensor (vstago) y el circuito elctrico Circuito de acondicionamiento Generador de alterna, demodulador y filtro paso-bajo (Tema 14). Aplicaciones Se utiliza para realizar medidas de desplazamiento as como de otras variables, por ejemplo presin, etc., que provocan el movimiento del ncleo.

SENSORES INDUCTIVOS de INDUCTANCIA VARIABLEVARIACIN DE LA INDUCTANCIA MUTUASENSORES INDUCTIVOS de INDUCTANCIA VARIABLE


TRANSFORMADORES VARIABLES

FundamentoEstn basados en la variacin de la inductancia mutua entre uno o varios devanados, mediante el desplazamiento lineal o angular de alguno de ellos. A uno de los devanados considerado primario se le aplica una tensin alterna senoidal y la variacin de la inductancia mutua hace que vare la tensin inducida en todos los secundarios. SENSORES INDUCTIVOS de INDUCTANCIA VARIABLEVARIACIN DE LA INDUCTANCIA MUTUA

Tipos de transformadores variables De 1 primario y 1 secundario. Sncronos trifsicos (Syncros). Resolucionadores (Resolvers). Inductosyn

SENSORES INDUCTIVOS de INDUCTANCIA VARIABLETransformador variable monofsico

La salida tiene la misma frecuencia que la entrada y su amplitud vara de forma no lineal en funcin del ngulo Ejemplo: Potencimetro de induccinDos devanados concntricos: uno fijo (estator) y otro mvil (rotor)SENSORES INDUCTIVOS de INDUCTANCIA VARIABLEVARIACIN DE LA INDUCTANCIA MUTUA

SENSORES INDUCTIVOS de INDUCTANCIA VARIABLEVARIACIN DE LA INDUCTANCIA MUTUATransformador variable trifsico sncrono

Transformador que consta de un estator cilndrico de material ferromagntico, que tiene tres devanados dispuestos a 120 conectados en estrella, y un rotor en forma de H tambin de material ferromagntico, con uno (o tres) devanados que gira solidariamente con el eje cuya rotacin se quiere medir. SENSORES INDUCTIVOS de INDUCTANCIA VARIABLEVARIACIN DE LA INDUCTANCIA MUTUALas tensiones S1, S2 y S3 estn en fase y slo cambia la envolvente, cuya amplitud es proporcional al seno del ngulo ms o menos 120. Las tres tensiones representan el ngulo en formato syncro.

SENSORES INDUCTIVOS de INDUCTANCIA VARIABLEVARIACIN DE LA INDUCTANCIA MUTUATransformador variable trifsico sncrono

Aplicaciones

Se utilizan en servosistemas de posicin angular en sistemas de radar, robtica, posicionamiento de placas solares, etc. SENSORES INDUCTIVOS de INDUCTANCIA VARIABLEVARIACIN DE LA INDUCTANCIA MUTUA

SENSORES INDUCTIVOS de INDUCTANCIA VARIABLEVARIACIN DE LA INDUCTANCIA MUTUAEl rotor del transmisor TX se pone en una posicin y el rotor del receptor TR est libre. Si las posiciones de ambos son diferentes se crea un par sobre el rotor de TR que le hace girar hasta que se anulan las corrientes a travs de su estator.Transformador variable resolucionador (Resolver)

Transformadores variables cuyo estator y rotor estn constituidos por dos devanados que forman un ngulo de 90 entre ellos. El ngulo se representa con el valor de dos tensiones. La conexin y la denominacin dependen de la aplicacin. En el resolucionador se disponen dos devanados en el rotor (R1 y R2) a 90 y dos devanados en el estator (E1 y E2) tambin a 90. Normalmente se cortocircuita un devanado del estator y se obtiene el ngulo en los dos devanados del rotor. SENSORES INDUCTIVOS de INDUCTANCIA VARIABLEVARIACIN DE LA INDUCTANCIA MUTUASENSORES INDUCTIVOS de INDUCTANCIA VARIABLEVARIACIN DE LA INDUCTANCIA MUTUA

SENSORES INDUCTIVOS de INDUCTANCIA VARIABLEVARIACIN DE LA INDUCTANCIA MUTUATransformador variable inductosynMarca registrada (Farrand Industries Inc.) de un transformador que se puede implementar con desplazamientos angulares y lineales. Consiste en un estator rectangular sobre acero inoxidable y un elemento mvil de la misma forma que se desliza sobre l.

SENSORES INDUCTIVOS de INDUCTANCIA VARIABLEVARIACIN DE LA INDUCTANCIA MUTUA

SENSORES INDUCTIVOS de INDUCTANCIA VARIABLEVARIACIN DE LA INDUCTANCIA MUTUASENSORES MAGNETOELSTICOS

Elementos sensores basados en la variacin de la inductancia por efecto Villari, que establece que cuando se aplica un esfuerzo a un material ferromagntico se producen cambios reversibles de sus curvas de magnetizacin. De la misma forma, durante la magnetizacin se producen cambios de forma y de volumen del material. SENSORES INDUCTIVOS

SENSORES INDUCTIVOSSENSORES DE EFECTO WIEGANG

FUNDAMENTOS (I) Consiste en la conmutacin de la magnetizacin (inversin de polaridad) de la zona central (nucleo) de un material ferromagntico (Vicalloy) cilndrico cuando se le somete a un campo magntico intenso. Para que el material conmute en su zona central, se somete el cilindro a un proceso de torsin con tensin mecnica y alta temperatura mediante el cual se obtiene un cilindro cuyo ncleo es magnticamente blando y cuya zona externa (cubierta) es magnticamente dura. En consecuencia si se somete el hilo a un campo magntico longitudinal, el ncleo experimenta inversiones de polaridad para intensidades de campo magntico distintas (histresis). SENSORES INDUCTIVOSSENSORES DE EFECTO WIEGANG

SENSORES INDUCTIVOS

SENSORES DE EFECTO WIEGANG FUNDAMENTOS (II) Inicialmente el ncleo y la cubierta estn magnetizados en direcciones diferentes y al aplicarle un campo magntico (por ejemplo mediante un imn) que alcanza un valor determinado, se produce un cambio brusco de la polaridad del ncleo y tanto ste como la cubierta quedan magnetizados en la misma direccin. Si se dispone una bobina alrededor del cilindro o en sus proximidades, se genera en ella un impulso de tensin que es independiente de la velocidad del campo magntico aplicado. La magnetizacin del ncleo se invierte sucesivamente. SENSORES INDUCTIVOSSENSORES DE EFECTO WIEGANGSENSORES INDUCTIVOS

SENSORES DE EFECTO WIEGANG Caractersticas Genera tensiones elevadas sin necesidad de alimentacin La tensin de salida no depende de la velocidad de variacin del campo magntico Amplio margen de temperaturas (entre 200 C y +260 C) Consideraciones importantes Su sensibilidad decrece al aumentar la temperatura El diseo de los imanes debe ser cuidadoso Se trabaja a una temperatura inferior a la de Curie La relacin entre la inductancia L y la reluctancia R es constante en todo el dispositivo (el flujo magntico no es disperso) SENSORES INDUCTIVOSSENSORES DE CORRIENTES DE FOUCAULT

CORRIENTES DE FOUCAULT Son las corrientes que aparecen en los materiales conductores que estn prximos a campos magnticos variables, como son los ncleos de los transformadores, carcasas de proteccin, hierros del estator o rotor de los motores, etc. Si se introduce un material conductor dentro del campo magntico de una bobina por la que circula una corriente alterna, se modifica su impedancia debido a que se inducen corrientes de Foucault en el material que crean un campo magntico opuesto al de la bobina. Cuanto ms cerca estn la bobina y la superficie, mayor es el cambio de impedancia. SENSORES INDUCTIVOSSENSORES INDUCTIVOSSENSORES DE CORRIENTES DE FOUCAULTLa relacin entre la impedancia de la bobina y la distancia a la que est situado el conductor no es lineal, pero pueden utilizarse a temperaturas superiores a la de Curie. Se utilizan para la medida de espesores y para la deteccin de objetos metlicos. Ejemplos:SENSORES INDUCTIVOS

SENSORES DE CORRIENTES DE FOUCAULT

SENSORES INDUCTIVOS DE PROXIMIDAD (INDUCTIVE PROXIMITY DETECTORS)

Detectan objetos metlicos La distancia de deteccin depende del tamao, del material del objeto y si la bobina est o no apantallada SENSORES INDUCTIVOS

SENSORES DE CORRIENTES DE FOUCAULTSENSORES INDUCTIVOS DE PROXIMIDAD (INDUCTIVE PROXIMITY DETECTORS)

SENSORES INDUCTIVOS

FUNCIONAMIENTO DEL SENSOR INDUCTIVO DE PROXIMIDAD SENSORES INDUCTIVOS

SENSORES DE CORRIENTES DE FOUCAULTSENSORES INDUCTIVOS DE PROXIMIDAD SENSORES INDUCTIVOS

SENSORES DE CORRIENTES DE FOUCAULTSENSORES INDUCTIVOS DE PROXIMIDADRelacin entre el tamao del objeto y la distancia de deteccin para distintos materiales SENSORES INDUCTIVOS

SENSORES DE CORRIENTES DE FOUCAULTSENSORES INDUCTIVOS DE PROXIMIDADPueden ser de dos tipos:Sensores enrasables

Los sensores enrasables o apantallados (Shielded) son sensores de proximidad inductivos en los que el cuerpo metlico que rodea a los distintos bloques que constituyen el sensor, se prolonga hasta la bobina sensora. Esto evita la dispersin del flujo electro-magntico y lo concentra en la parte frontal tal como se indica en la figura. De esta forma se anula prcticamente el efecto de los metales circundantes y las interferencias mutuas cuando se instalan varios sensores inductivos contiguos. La fotografa muestra un sensor de este tipo SENSORES INDUCTIVOS

SENSORES DE CORRIENTES DE FOUCAULT

SENSORES INDUCTIVOS DE PROXIMIDADSensores no enrasables

Los sensores no enrasables son sensores cuyo recubrimiento metlico externo no llega hasta el borde de la cabeza sensora, es decir no estn apantallados (Unshielded), lo que hace que el flujo se disperse por los laterales de la misma tal como se indica en la figura. Debido a ello el sensor no se puede enrasar con el soporte metlico que lo sustenta porque estara siempre activado. La fotografa muestra un sensor de este tipo. SENSORES INDUCTIVOS

SENSORES INDUCTIVOS

Documents