SENSORES MODULADORES:
Los sensores moduladores son aquellos que varían un parámetro eléctrico en función de la variable a medir. La variable puede ser presión, temperatura, caudal, etc., y el parámetro eléctrico puede ser resistencia, inductancia, capacitancia o campo magnético o eléctrico. La clasificación general de esto sensores se hace en Sensores resistivos y sensores de reactancia variable.
Los sensores moduladores son aquellos que varían un parámetro eléctrico en función de la variable a medir. La variable puede ser presión, temperatura, caudal, etc., y el parámetro eléctrico puede ser resistencia, inductancia, capacitancia o campo magnético o eléctrico. La clasificación general de esto sensores se hace en Sensores resistivos y sensores de reactancia variable.
TIPOS DE SENSORES MODULADORES:
1.- SENSORES RESISTIVOS:
Los sensores moduladores del tipo resistivos, son aquellos que varían una resistencia en función de la variable a medir. Existen muchos tipos de sensores resistivos los cuales se pueden clasificar por el tipo de variable a medir. Estas variables pueden ser mecánicas, térmicas magnéticas ópticas o químicas
1.1.-Potenciómetros (Variables mecánicas):
Un potenciómetro es un resistor que posee un contacto móvil deslizante o giratorio.
•Tipos:
*Deslizantes (desplazamiento lineal)
*Giratorios (desplazamiento angular)
Un potenciómetro es un resistor que posee un contacto móvil deslizante o giratorio.
•Tipos:
*Deslizantes (desplazamiento lineal)
*Giratorios (desplazamiento angular)
1.2.-Galgas extensométricas (Variables mecánicas):
Se basan en el efecto piezorresistivo donde se busca modificar la resistencia variando algunos de los parámetro de la resistencia, por ejemplo, su longitud l o su sección transversal A. Si a una pieza de material resistivo se le aplica un esfuerzo, esta se deformará, y cambiará su resistencia. Por tanto, este tipo de sensores se utiliza para medir fuerza o presión, aunque también puede aplicarse a la medida de desplazamientos pequeños.
1.3.- Termorresistencias (Variable térmicas):
Una termorresistencia es un dispositivo que varía su resistencia con la temperatura. Suele denominarse RTD (Resistive temperature detector) por sus siglas en ingles.
Este dispositivo tiene como limitaciones.
* No puede medir temperaturas próximas a la de la fusión del conductor con que se fabrica.
* El autocalentamiento ocasionará derivas en la medición.
* S se deforma, puede cambiar su patrón de medición.
Una termorresistencia es un dispositivo que varía su resistencia con la temperatura. Suele denominarse RTD (Resistive temperature detector) por sus siglas en ingles.
Este dispositivo tiene como limitaciones.
* No puede medir temperaturas próximas a la de la fusión del conductor con que se fabrica.
* El autocalentamiento ocasionará derivas en la medición.
* S se deforma, puede cambiar su patrón de medición.
1.4.- Termistores (Variables térmicas):
Los termistores también son resistencia que varían su magnitud con la temperatura. Se diferencian de las termorresistencia por que están basadas en semiconductores. Por tanto su característica no es lineal, aunque dentro de un margen adecuado pueda ser considerada de esa manera.
Tiene como ventajas el ser más sensible que las Termorresistencias, más rápidas y permite hilos de conexión mayores.
Tiene como desventaja el ser no lineal, y al variar su temperatura por el autocalentamiento del material.
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1.5.- Magnetorresistencias (Variable magnéticas):
Las magnetorresistencias se basan en la variación de resistencia en un conductor por variaciones en el campo magnético y Está formada por una aleación de Hierro y Níquel. Este efecto se denomina efecto magnetorresistivo y fue descubierto por Lord Kelvin en 1856.
Las magnetorresistencias se basan en la variación de resistencia en un conductor por variaciones en el campo magnético y Está formada por una aleación de Hierro y Níquel. Este efecto se denomina efecto magnetorresistivo y fue descubierto por Lord Kelvin en 1856.
Este dispositivo se caracteriza por ser de orden cero, tener una alta sensibilidad y por proveer un amplio margen de medición.
Las magnetorresistencias son utilizadas a la hora de medir campos magnéticos u otras magnitudes que provean un cambio en el campo magnético, como detectores de proximidad, nivel de flotador, etc. En estos casos se utiliza un imán que cambia su posición con el proceso. El campo generado por el imán es medido por la magnetorresistencia.
Las magnetorresistencias son utilizadas a la hora de medir campos magnéticos u otras magnitudes que provean un cambio en el campo magnético, como detectores de proximidad, nivel de flotador, etc. En estos casos se utiliza un imán que cambia su posición con el proceso. El campo generado por el imán es medido por la magnetorresistencia.
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1.6.- Fotorresistencias (Variables ópticas):
Las fotorresistencias o LDR, son dispositivos que cambian su resistencia con relación al nivel de incidencia de luz. Están formadas por materiales semiconductores.
Las fotorresistencias o LDR, son dispositivos que cambian su resistencia con relación al nivel de incidencia de luz. Están formadas por materiales semiconductores.
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1.7.- Higrómetros resistivos (Variables químicas):
El higrómetro se utiliza para medir humedad. Se basan en la variación de resistencia que experimentan los materiales por la humedad, como el vapor de agua en un gas o el agua absorbida en un líquido o sólido. Un material típico es el aislante eléctrico, el cual disminuye su resistencia al aumentar su contenido de humedad.
El higrómetro se utiliza para medir humedad. Se basan en la variación de resistencia que experimentan los materiales por la humedad, como el vapor de agua en un gas o el agua absorbida en un líquido o sólido. Un material típico es el aislante eléctrico, el cual disminuye su resistencia al aumentar su contenido de humedad.
1.8.- Acondicionamiento: Puente de Wheastone, Amplificador de Instrumentación:
Puente de Wheatstone:
El puente de Wheatstone es un dispositivo orientado a corregir parte del problema que presenta la configuración anterior: Linealidad y sensibilidad.
Puente de Wheatstone:
El puente de Wheatstone es un dispositivo orientado a corregir parte del problema que presenta la configuración anterior: Linealidad y sensibilidad.
Amplificadores de Instrumentación:
Se denomina amplificador d instrumentación a aquel dispositivo que tenga simultáneamente alta impedancia de entrada, alto rechazo del modo común, ganancia estable y variable con una sola resistencia, y que no se contraponga ganancia-ancho de banda, tensión y corriente de fugas bajas, bajas derivas, impedancia de salida baja.
Se denomina amplificador d instrumentación a aquel dispositivo que tenga simultáneamente alta impedancia de entrada, alto rechazo del modo común, ganancia estable y variable con una sola resistencia, y que no se contraponga ganancia-ancho de banda, tensión y corriente de fugas bajas, bajas derivas, impedancia de salida baja.
2.- SENSORES DE REACTANCIA VARIABLE:
Los sensores de reactancia tienen la ventaja de tener un efecto de carga mínimo o nulo, son ideales para la medida de desplazamientos lineales y angulares y para la medida de humedad; la no-linealidad intrínseca puede superarse usando sensores diferenciales.
Los sensores de reactancia tienen la ventaja de tener un efecto de carga mínimo o nulo, son ideales para la medida de desplazamientos lineales y angulares y para la medida de humedad; la no-linealidad intrínseca puede superarse usando sensores diferenciales.
Como limitación tiene que la máxima frecuencia de variación admisible en la variable medida debe ser menor a la frecuencia de la tensión de alimentación empleada.
2.1.- Sensores Capacitivos:
Los sensores de este tipo pueden ser simples (Co +/- C) y diferenciales (Co + C, Co – C).
El caso simple es el condensador variable.
Los sensores de este tipo pueden ser simples (Co +/- C) y diferenciales (Co + C, Co – C).
El caso simple es el condensador variable.
2.1.1.- Condensador variable:
Un condensador está formado por n número de placas las cuales están separadas por un material dieléctrico.
Un condensador está formado por n número de placas las cuales están separadas por un material dieléctrico.
Estos capacitares son utilizados para la medida de desplazamientos lineales y angulares o cualquier otra magnitud que se pueda convertir en desplazamiento, pueden ser empleados como detector de proximidad o para medir nivel de líquido en un contenedor.
2.1.2.- Condensador diferencial:
Se emplean para medir desplazamientos entre 10-13 y 10mm, con valores de capacidad del orden de 1 a 100pF. Un condensador diferencial consiste en dos condensadores variables dispuestos físicamente de tal modo que experimenten el mismo cambio pero en sentido contrario. Mediante un circuito acondicionador adecuado de la señal de salida, se logra que esta sea lineal, y además hay un aumento de la sensibilidad con respecto al caso de un condensador simple.
Se emplean para medir desplazamientos entre 10-13 y 10mm, con valores de capacidad del orden de 1 a 100pF. Un condensador diferencial consiste en dos condensadores variables dispuestos físicamente de tal modo que experimenten el mismo cambio pero en sentido contrario. Mediante un circuito acondicionador adecuado de la señal de salida, se logra que esta sea lineal, y además hay un aumento de la sensibilidad con respecto al caso de un condensador simple.
Esta formado por tres placas planas paralelas. En general, las placas exteriores suelen ser fijas y la placa central móvil, en respuesta a la variable a detectar. Vemos cómo, a pesar de que C1 y C2 son no lineales, se logra obtener una salida lineal realizando una medida diferencial y con una sensibilidad mayor que en el caso del condensador simple.
2.1.3.- Acondicionamiento: divisor de tensión, amplificador de carga, amplificador de transconductancia:
Los circuitos de acondicionamiento dependerán de si el sensor es simple o diferencial. Para el caso de condensador simple se tiene.
Los circuitos de acondicionamiento dependerán de si el sensor es simple o diferencial. Para el caso de condensador simple se tiene.
Amplificador de Carga:
Un amplificador de carga es un tipo especial de preamplificador que se usa en acelerómetros piezoeléctricos sin circuitos integrados. Su propósito es de convertir la impedancia de salida extremadamente alta del acelerómetro a un valor bajo, adaptado para transmitir la señal de vibración a través de cables a otros instrumentos que la van a procesar. El amplificador de carga es sensible a la cantidad de carga eléctrica generada por el acelerómetro en lugar de al voltaje que genera el mismo. Ya que la carga es independiente del cable conectado al acelerómetro, la sensibilidad del acelerómetro no varía con la longitud del cable como lo hace cuando se usa un amplificador de voltaje.
Un amplificador de carga es un tipo especial de preamplificador que se usa en acelerómetros piezoeléctricos sin circuitos integrados. Su propósito es de convertir la impedancia de salida extremadamente alta del acelerómetro a un valor bajo, adaptado para transmitir la señal de vibración a través de cables a otros instrumentos que la van a procesar. El amplificador de carga es sensible a la cantidad de carga eléctrica generada por el acelerómetro en lugar de al voltaje que genera el mismo. Ya que la carga es independiente del cable conectado al acelerómetro, la sensibilidad del acelerómetro no varía con la longitud del cable como lo hace cuando se usa un amplificador de voltaje.
Divisor de tensión:
El divisor de tensión es un circuito simple que también se aplica para estos sensores.
El divisor de tensión es un circuito simple que también se aplica para estos sensores.
Un amplificador de transconductancia variable (OTA)
Es un dispositivo electrónico parecido a un amplificador operacional. Si bien en un amplificador operacional, la tensión de salida es proporcional a la tensión de entrada, en un amplificador operacional de transconductancia, es la corriente de salida la que es proporcional a la tensión de entrada.
Es un dispositivo electrónico parecido a un amplificador operacional. Si bien en un amplificador operacional, la tensión de salida es proporcional a la tensión de entrada, en un amplificador operacional de transconductancia, es la corriente de salida la que es proporcional a la tensión de entrada.
2.2.- Sensores inductivos:
Los sensores inductivos son aquellos que producen una modificación de la inductancia o inductancia mutua por variaciones en un campo magnético.
Los sensores inductivos son aquellos que producen una modificación de la inductancia o inductancia mutua por variaciones en un campo magnético.
2.2.1.- Reluctancia variable:
Los sensores inductivos basan su funcionamiento en el cambio de la reluctancia total de un circuito magnético cuando se modifican las distancias de los entrehierros.
Los sensores inductivos basan su funcionamiento en el cambio de la reluctancia total de un circuito magnético cuando se modifican las distancias de los entrehierros.
2.2.2.- 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.
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.
2.2.3.- Acondicionamiento:
Para el acondicionamiento de los sensores inductivos se suele utilizar los divisores de tensión y puentes de alternas vistos para los sensores capacitivos. Para el LVDT habrá que utilizar un amplificador de portadora y detección coherente.
Como su salida es de suficiente amplitud no suelen requerir de amplificación. Una alternativa es usar rectificadores de media onda u onda competa, y restar el resultado.
Para el acondicionamiento de los sensores inductivos se suele utilizar los divisores de tensión y puentes de alternas vistos para los sensores capacitivos. Para el LVDT habrá que utilizar un amplificador de portadora y detección coherente.
Como su salida es de suficiente amplitud no suelen requerir de amplificación. Una alternativa es usar rectificadores de media onda u onda competa, y restar el resultado.
3.- Sensores electromagnéticos:
Son aquellos dispositivos 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. En este apartado se tratan algunos de los más habituales.
Son aquellos dispositivos 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. En este apartado se tratan algunos de los más habituales.
3.1.- Basados en la ley de Faraday:
Se basa en el principio de que una variación en el flujo magnético sobre una bobina, genera una fuerza electromotriz. 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 continúo o alterno.
*Ideal para aguas residuales, líquidos corrosivos o con sólidos en suspensión.
Se basa en el principio de que una variación en el flujo magnético sobre una bobina, genera una fuerza electromotriz. 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 continúo o alterno.
*Ideal para aguas residuales, líquidos corrosivos o con sólidos en suspensión.
3.2.- Basados en el efecto Hall:
El efecto Hall, descubierto por E. H. Hall en 1879, consiste en la aparición de una diferencia de potencial transversal en un conductor o semiconductor, por el que circula corriente, cuando hay un campo magnético aplicado en dirección perpendicular a ésta. En la figura 3.42 se indica el sentido de la tensión obtenida para el caso de un semiconductor, que depende del tipo de portadores de corriente mayoritarios. Sobre éstos aparece una fuerza (de Lorenz) F= (qv) xb, con la consiguiente acumulación de cargas en las superficies que dan origen a una tensión tal que la fuerza sobre los portadores equilibra la fuerza debida al campo magnético. Como la dirección de la fuerza depende del tipo de portadores mayoritarios, la tensión Hall tiene signo distinto para un material p que para uno n.
El efecto Hall, descubierto por E. H. Hall en 1879, consiste en la aparición de una diferencia de potencial transversal en un conductor o semiconductor, por el que circula corriente, cuando hay un campo magnético aplicado en dirección perpendicular a ésta. En la figura 3.42 se indica el sentido de la tensión obtenida para el caso de un semiconductor, que depende del tipo de portadores de corriente mayoritarios. Sobre éstos aparece una fuerza (de Lorenz) F= (qv) xb, con la consiguiente acumulación de cargas en las superficies que dan origen a una tensión tal que la fuerza sobre los portadores equilibra la fuerza debida al campo magnético. Como la dirección de la fuerza depende del tipo de portadores mayoritarios, la tensión Hall tiene signo distinto para un material p que para uno n.
La tensión Hall obtenida, VH, depende del grosor t del material en la dirección del campo magnético aplicado, de la corriente primaria I, del campo magnético aplicado B y de las propiedades eléctricas del material (densidad de carga y movilidad de los portadores) recogidas. En el denominado coeficiente Hall, AH.
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