Sensores Electromagnéticos y Termoelétricos

 

Sensores Electromagn ticos & Termoel ctricos Grupo: “Los Apachadores”

 

Sensores Electromagnétic Electromagnéticos os • 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 Far Faraday aday (Faraday’s la law w base based  d  sensors). effect ect sens sensors ors). • - Sensores basados en el efecto Hall (Hall eff

 

SENSORES BASADOS BASADOS EN LA LEY DE FARADAY FUNDAMENTOS •

Si un flujo magnético Φ que varía con el tiempo atraviesa una bobina de N espiras, se genera una tensión:

La variación de Φ se puede lograr:

•

Generando Φ mediante una corriente variable. • Variando la posición de la bobina con respecto a un flujo magnético Φ constante.

 

SENSORES BASADOS BASADOS EN LA LEY DE FARADAY Tacómetro 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 BASADOS EN LA LEY DE FARADAY TACÓMETRO 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.

 

 S ens ores electromag néticos nétic os

SENSORES BASADOS EN LA LEY DE FARADAY TACÓMETRO DE CONTINUA IMPLEMENT IMPLEMENTADO ADO CON CO N UN UNA A DIN DINAM AMO O TACO COMÉ MÉTR TRICA ICA Posee un estator de imanes permanentes y bobinas en el rotor. Realiza una rectificación electromecánica de la tensión alterna, mediante colector con escobillas.

un

No se utiliza utiliza actu actualme almente nte d debido ebido al desg desgaste aste q que ue suf sufren ren el cole colector ctor y las es escobil cobillas. las.

Tema Tema 8 - 8

 

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SENSORES BASADOS EN LA LEY DE FARADAY TACÓMETRO DE CONTINUA IMPLEMENTADO CON CO N UN GE GENE NERA RADO DOR R DE ALTE TERN RNA A

Factor de calidad debido a asimetrías mecánicas, magnéticas o eléctricas

Ondulación

V max

V min

V med  Tema Tema 8 - 9

 

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SENSORES ENLINEAL LA LEY DE FARADAY SENSOR DEBASADOS VELOCIDAD Fundamentos 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 denominados Velocity Transducer ) o LVS (Li nea near Velo Velocity city S ensor )

 

e

N t

 N    BA t

x  N  t   Bl 

LVT (Linear 

Blv

y por por lo tant tanto o la ttensi ensión ón de salida salida es proporcion proporcional al a la velocida velocidad. d.

Tema Tem a 8 - 11

 

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SENSORES BASADOS EN LA LEY DE FARADAY SENSOR DE VELOCIDAD V ELOCIDAD LINEAL (LVS) (LVS) Se puede implementar: Mediante un devanado móvil y un imán permanente fijo (  ss = 10mV/mm/s). Mediante un imán móvil y un devanado fijo ( s = 20mV/mm/s).

Los de imán móvil son los más utilizados porque su rango de desplazamiento es mayor. e v N

S

APLICACIONES Los LVS se utilizan para medir la velocidad de vibración de sistemas inerciales (masa-resorte) (masa-reso rte) en los que se producen pequeños pequeños desplazam desplazamientos ientos lineales. Tema Tem a 8 - 12

 

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SENSORES BASADOS EN LA LEY DE FARADAY CAUDALÍMETRO ELECTROMAGNÉTICO Fundamentos (I) Se basa en el principio de inducción de Faraday: “En un conductor que se mueve cam agné néti ticco, se in indu duce ce un unaa campo mag perpendicularmente a las líneas de fuerza de un tensión eléctrica proporcional a la velocidad” .

B Bob ina de exci tación

l

 

v

V

V

Blv

Por lo tanto, si un líquido conductor se desplaza en el seno de un campo magnétic ico o creado por una o dos bobinas externas, se genera una tensión entre dos electrodos dispuestos a 90º con respecto al flujo y al campo. Tema Tem a 8 - 13

 

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Fundam entos os (II) Fundament Vo = B d v

La tensión de salida Vo sólo es Tensión de

excitación

proporcional al caudal si el perfil de velocidad es simétrico con respecto al eje longitudinal y el campo magnético es uniforme.

La proporcionalidad aumenta con el tamaño tama ño de los electrod electrodos. os.

Tema Tem a 8 - 14

 

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SENSORES BASADOS EN LA LEY DE FARADAY CAUDALÍMETRO ELECTROMAGNÉTICO CONSIDERACIONES IMPORTANTES Para evitar que se ensucien los electrodos se pueden recubrir con un aislante lo que hace que se acoplen capacitivamente. Por ello en lugar de recubrirlos a veces se limpian desde el exterior con ultrasonidos. Para que la medida sea válida la tubería no debe ser metálica (teflón, poliuretano, etc.) y además debe estar completamente llena. El fluido debe ser conductor (5 µS/m es suficiente) y por ello no se puede utilizar para medir el caudal de los hidrocarburos ni de los gases.

APLICACIONES Este método de medida se utiliza en las industrias farmacéutica, alimentaria y en medicina (flujo sanguíneo en las arterias).

Tema Tem a 8 - 15

 

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ENSO SOR RES BASA SADO DOS S EN LA LEY DE FARA RADA DAY Y SEN CAUDALÍMETROS CAUDALÍMETR OS ELECTROMA ELECTROMAGNÉTICOS GNÉTICOS

Tema Tem a 8 - 16

 

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SE SENS NSOR ORES ES BA BASA SADO DOS S EN EL EF EFEC ECT TO HA HALL LL

EFECTO HALL

Fue descubierto por E. H. Hall en 1879. 1879 . 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.

B

i

VH

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

potenc pot encial ial entre entre las d dos os caras caras del del mis mismo mo..

Tema Tema 8 - 17

 

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SENS NSOR ORES ES BA BASA SADO DOS S EN EL EF EFEC ECT TO HA HALL LL SE

La tensión Hall es directamente proporcional a la corriente eléctrica y al campo magnético y es inversamente proporcional al número de portadores por unidad de volumen (conduc-tividad). Por ello los sensores basados en el efecto Hall utilizan semiconductores (InSb, InAs, GaAs, Si) cuya conductividad es menor que la de los metales (Tensión Hall mayor). La dirección de la fuerza depende del tipo de cargas que se desplazan y , debido a ello, la tensión Hall tiene distinto signo en el material de tipo P que en e n el N.

Cristal P

Cristal N

B VH

B

d

i VH

i

F = +q v X B

F = -q v X B Tema Tem a 8 - 19

 

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SE SENS NSOR ORES ES BA BASA SADO DOS S EN EL EFE EFECT CTO O HA HALL LL Los Lo s se sens nsor ores es ba basa sado dos s en el efec efecto to Hall all pu pued eden en ser: ser:

Sens Se nsor ores es Hall Hall de sa sali lida da line lineal al

Sens Se nsor ores es Hall Hall de sali salida da to todo do/n /nad ada a

Tema Tem a 8 - 20

 

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SENS NSOR ORES ES BA BASA SADO DOS S EN EL EF EFEC ECT TO HA HALL LL SE

SENSORES HALL DE SALIDA TODO/NADA

Generan una tensión proporcional a la corriente que circula por el sensor y al flujo magnético que lo atraviesa. Esto hace que la tensión salida seaosólo campo magnético (si la a la corriente (si el campo magnético esde constante) al proporcional corriente es constante). Se utilizan para medir campo magnético, desplazamiento, nivel, presión, etc.

inte in tens nsid idad ad de co corr rrie ient ntee (g (gau ausí síme metr tros os), ),

Tema Tem a 8 - 21

 

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SENS NSOR ORES ES BA BASA SADO DOS S EN EL EF EFEC ECT TO HA HALL LL SE APLICA AP LICACIO CIONES NES MÁS COM COMUNE UNES S

-

Medida de campos magnéticos (gausímetros)

-

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

-

Medida de intensidad de corriente (trafos (trafos de intensidad)

-

Medida de velocidad angular y conmutación

Tema Tem a 8 - 25

 

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SE SENS NSOR ORES ES BA BASA SADO DOS S EN EL EF EFEC ECT TO HA HALL LL EJEM EJ EMPL PLOS OS DE APL PLICA ICACI CIÓN ÓN

Medida (sensordedecorriente salida lineal)

Medidade desalida velocidad (sensor todonada)

Diente

S N

Ranura

Sens Sensor or Hall Campo magnético Salidadel sensor 

VCC VSAT

Tema Tem a 8 - 26

 

Sensores Termoe ermoeléctr léctricos icos • Son considerados sensores generadores ya

que generan una señal eléctrica en base a una medición, en este caso una medición de temperatura. • En el existe una conversión de energía térmica a una energía. La temperatura es medida debidoena unas la diferencia de temperaturas placas metálicas que generan una corriente.

 

Tipos 



Reversibles 

Efecto Ef ecto Peltier



Efecto Thompson

Irreversibles 

Efecto Joule

 

Efecto Peltier Consiste en el calentamiento o enfriamiento de una union entre dos metales distintos al pasar corriente por ella.

 

Efecto Thompson Thompson Consiste en la absorcion o liberacion de calor por parte de un conductor homogeneo con temperature no homogenea por el que circula una corriente

 

Efecto Seebeck Seebeck Este efecto es el resultado de los efectos Peltier y Thompson. La union de estos dos efectos da como el efecto seebeck, en el cual se basan resultado los termopares.

 

Termopar Se construye en base a dos metales homogéneos distintos cuyas temperaturas son diferentes. Al conjunto de los dostermopar metales distintos distint os con una unión firme se le denomina .

 

Caracteristicas Caract eristicas del termopar En las uniones del termopar interesa tener: resistividad elevada para tener una resistencia alta sin requerir mucha masa, un coeficiente de temperatur temperaturaa débil a la resistividad, una Resistencia Resistencia a la oxidación a temperatur temper aturas as altas y la mayor linealidad posible. Paraa esto se utilizan aleaciones Par aleacio nes especiales de niquelcromo, cobre-niquel, cobre-niquel, niquel-aluminio entre otros.

 

Limitantes 1. La te tempe mperratur atura q que ue alcanc alcancee el el tterm ermopa oparr d debe ebe ser inferior a su temperatura a m medir edir.. 2. mínima, La corrie corrient nte que que manera circula circula por los termo termopar pares es los debe debe sser er deeotra la temperatura de conductores será distinta distinta a la del entorno debido al auto calentamiento. 3. La neces necesid idad ad d dee mant manten ener er u una na d dee las las dos dos u uni nione oness a una temperatura temperatura de referencia referencia fija si se desea me medir dir la de la otra unión.

 

MUCHAS GRACIAS!