3. Sensores Electromagnéticos

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 continuo o alterno.
• Ideal para aguas residuales, líquidos corrosivos o con sólidos en suspensión.

3.2 Basados en el 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:

o La temperatura cambia la resistencia del material.

o Hay un error de cero debido a inexactitudes físicas.

Tiene como ventajas:

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

o Inmune a las condiciones ambientales.

o Sin contacto.

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.

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 repetibilidad.

g. Alta linealidad.

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.

Esto sensores tiene los siguientes problemas:

a.- Los campos magnéticos parásitos afectan a L, por lo que se deben apantallar.

b.- La relación L y R no es constante y varía hacia los extremos.

c.- L y R son inversamente proporcionales, por lo que las medidas serán normalmente no lineales.

d.- La temperatura de trabajo debe ser menor a la de Curie del material usado.

Por contra tienen las siguientes desventajas:

a.- La humedad los afecta muy poco.

b.- Tiene poca carga mecánica.

c.- Y una alta sensibilidad.

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. Esta variaciones pueden ser fruto de perturbaciones en el campo, o modificación de la distancia de influencia del campo.

Solo se veran dos tipos: la reluctancia variable y la inductancia mutua.

2.1.3 Acondicionamiento: divisor de tensión, amplificador de carga, amplificador de transconductancia.

Divisor de Tensión:
Un divisor de tensión es una interfaz formada por una combinación serie de un resistor y un sensor, alimentados por una fuente de fija de tensión o corriente. Puede darse el caso que el sensor forme conforme la asociación serie de estos dos dispositivos.

En la siguiente figura se puede observar la aplicación de esta interfaz al caso de potenciómetros:

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 genéra 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.

Amplificador de transconductancia:

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:

Esto se consigue con una alta impedancia de salida, a diferencia del amplificador operacional (OA) que presenta una baja impedancia a la salida. Esto implica que el OTA trabajará con bajas corrientes de salida.

La aplicación práctica más común de estos dispositivos es la de amplificador de ganancia variable controlada por tensión (como control de volumen en equipos de audio). Actualmente, para estas aplicaciones existen C.I. de controles de volumen específicos, controlados por una tensión DC o por una señal digital para adecuar un interfaz de un pulsador o de la señal de un mando a distancia.

2.1.2 Condensador diferencial

Se emplean para medir desplazamientos entre 10-13 y 10 mm, 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.

Está 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. Se ve 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.

En el caso de que se quiera medir desplazamientos o distancia una configuración típica es:

2.1.1 Condensador variable

Un condensador variable es aquel en el cual se pueda cambiar el valor de su capacidad. Para tener condensador variable hay que hacer que por lo menos una de las tres variables (constante dielectrica, distancia entre placas y area de placas) cambien de valor. De este modo, se puede tener un condensador en el que una de las placas sea móvil, por lo tanto varía d y la capacidad dependerá de ese desplazamiento, lo cual podría ser utilizado, por ejemplo, como sensor de desplazamiento.

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.