transductores de reactancia variable y...

Escuela Técnica Superior de Ingenieros de TelecomunicaciónUniversidad de Las Palmas de Gran Canaria

TRANSDUCTORESDE REACTANCIA VARIABLE Y ELECTROMAGNÉTICOS

Juan A. Montiel-Nelson

05/10/2004 Transductores de reactancia variable... 2

Indice

Introducción a los Transductores de Reactancia VariableTransductores CapacitivosTransductores InductivosTransductores Electromagnéticos


Introducción

Principios generales– La variación de la reactancia de un componente o circuito ofrece una

alternativa de medida a los transductores resistivos.Ventajas frente a los transductores resistivos – No requieren contacto físico con el sistema donde se va a medir , o

bien tienen un efecto de carga mínimo.Introducción a la medida diferencial– La falta de linealidad intrínseca se supera con el uso de transductores

diferenciales.Limitación de frecuencia– La frecuencia de variación admisible en la variable medida debe ser

inferior a la frecuencia de alimentación.


Transductores capacitivos

Fundamentos– Expresiones de capacidades

• Depende de la disposición geométrica de los conductores y del material dieléctrico

( );1

);,(

0 −=

=

ndAC

GCC

rεε

ε



Condensador variable– Caso de un condensador formado por n placas planas

paralelas iguales, con área A, distancia d entre cada par, y un material entre ellas con constante dieléctrica relativa

( );10 −= ndAC rεε



Cambios de la constante dieléctrica– Aplicación en la medida de nivel de depósitos– Aplicación en la medida de temperatura, en caso de materiales

ferroeléctricos, por encima de la temperatura Courie

Materiales Ferroeléctricos a Temperatura de Courie

cTTk−

=ε



Limitaciones– Efecto de los Bordes

• En el caso de un condensador plano con placas paralelas, los efectos de los bordes son despreciables si la separación entre placas esmucho menor que la dimensión lineal de éstas

• Al aumentar la relación a/d disminuye el error relativo

;2daLna

dAC Π

Π+= εε



Limitaciones– Efectos de los bordes

• Ubicación de guardas



Aislaminetos entre placas– El aislamiento debe ser alto y constante

• Si por caso de humedad variable aparecen resistencias parásitas en paralelo con C por variar el aislamiento ofrecido por el dieléctrico, se tendría variaciones en la impedancia del condensador

• Si el método de medida fuese sensible sólo al módulo de la impedancia, pero no a su fase, los errores podrían ser importantes



Interferencia capacitivas– Dado que sólo una de las superficies puede ponerse a tierra, la

posibilidad de interferencias capacitivas es otra fuente de error a considerar.



Cables de conexión– Deben se apantallados para evitar las interferencias

capacitivas, añaden una capacidad en paralelo con el condensador, por la que se pierde sensibilidad pues la magnitud a medir hará cambiar sólo la capacidad del transductor, que es una parte de la capacidad total



Linealidad– Dependencia con los parámetros y la medida

• Dependen de los parámetros que varía y de si se mide la impedancia o la admitancia del condensador

– Medida de la admitancia con distancia variable• Con εr, A variable y salida lineal• Con d variable y salida no lineal• Sensibilidad

( )

( ) ( )( )L+−+−

−≈

+−

=+

−=

+=

3202

022 4321

11

;1

ααααα

εα

ε

dC

dC

dA

dxdC

dAC



Dieléctrico entre placas– Si se añade un dieléctrico entre placas de un condensador

plano• Sensibilidad

( )( )L+−+−

−≈

+

−=+

−=

=+

=

32022 43211

1

;;

θθθεε

εεεεεε

εθε

ε

rr

r

r

r

r

r

dC

dxd

Axd

AdxdC

dx

xdAC



Medida de impedancia con distancia variable– Sensibilidad de la medida

( )( )

;11

11

1;;

2222

22

2 AjdA

Ajd

dxdC

CjdxdZ

CjZ

dx

xdAC r

r

ωεαεε

ωεα

ω

ωεθ

εε

=

+

−

+−=−=

==+

=



Alta impedancia de salida– La impedancia decrece cuanto mayor sea la frecuencia de

alimentación (ésta puede venir limitada por la presencia de capacidades parásitas, que presentarán también menor impedancia cuanto mayor sea la frecuencia)



Ventajas– Error de carga mínimo– Contacto mecánico

• No hay contacto mecánico directo, y no habrña por tanto errores de fricción no de histéresis y ademñas no hay que hacer mucha fuerza para desplazar el elemento móvil

– Estabilidad y reproducibilidad muy elevadas• Al no depender C de las propiedas de (conductividad) de las placas,

no afectan en este sentido los cambios de temperatura, ni hay envejicimiento, ni derivas temporales.

– Alta resolución– No producen campos magnñeticos o eléctricos grandes



Aplicaciones– Medida de desplazamientos– Detectores de proximidad– Medición de cualquier

magnitud que se pueda convertir en un desplazamiento• Presión, fuerza, par,

aceleración



Aplicaciones– Medida de humedad

• Las variaciones de la constante dieléctrica empleando óxido de aluminio como dieléctrico

– Análisis químico de mezclas binarias de fluidos no conductores– Medida de temperatura

• Empleando mezclas de materiales ferroeléctricos para obtener la temperatura de Courie adecuada– SrTiO3 (Tc = - 240 ºC)– BaTiO3 (Tc = 120 ºC)

– Medidas de espesores finos• Materiales dieléctricos cuya permitividad no cambie apreciablemente con la

humedad o se mantenga constante al variar ésta



Aplicaciones– Medida de nivel de líquidos conductores y no conductores



Condensador diferencial




;111

;111

;;

21

1

2

21

2

21

2

1

21

1

21

CCCV

CjCjCj

VV

CCCV

CjCjCj

VV

xdAC

xdAC

+=

+=

+=

+=

−=

+=

ωωω

ωωω

εε




;211

1

;211

1

2

1

dxdV

xdxd

xdVV

dxdV

xdxd

xdVV

−=

−+

+

+=

+=

−+

+

−=




;

;22

2

1

1

2

21

xdxd

xdAxdA

CC

VV

dxV

dxd

dxdVVV

+−

=

−

+==

=

−

−+

=−

ε

ε



Condensador diferencial– Una medida que implica una diferencia de capacidades daría

un resultado proporcional a x, pero una medida que implique la cociente no

( ) ( )

( ) ( ) ;

;

0

00

0

00

02

0

00

0

00

01

xxxC

xxxx

da

dxxaC

xxxC

xxxx

da

dxxaC

+=

+=

+=

−=

−=

−=

εε

εε



Limitaciones– Las mismas que el condensador variable– Capacidad de los cables de salida

• Un error particularmente grave es la capacidad de los cables de salida pues están en paralelo con las capacidades y ello introduce una no linealidad y una pérdida de sensibilidad

Ventajas– Linealidad

• Es posible tener una salida proporcional a la magnitud de interés incluso en el caso de una variación de la distancia entre placas


Transductores inductivos

Variación de la reluctancia– Fundamento

• La inductancia de un circuito indica la magnitud del flujo magnético que concatena debido a una corriente eléctrica. Si se trata de una corriente circulando por el propio circuito, se habla de autoinductancia, L. En caso contrario, se habla de inductancia mútua

;;

;;

2

RNLNI

RdidNL

==

==

ε

εθθ



Variación de la reluctancia– Circuito magnético

• Dada una bobina de sección A y de longitud l mucho mayor que susdimensiones transversales, R viene dado por

;11

;;111

0

0

0

000

Al

Al

lAAl

Al

Al

aara

a

rr

µµ

µµµµµ

∑+∑=ℜ

>>≈+=ℜ



Variación de la reluctancia– Circuito magnético

• Cualquier variación en N, µ o la geometría (l, A) puede emplearse para la transducción de señales– Transductores de entrehierro variable l0– Transductores de núcleo móvil µ



Limitaciones– Variación de la L con campos magnéticos parásitos– Relación L y R

• Relación no constante entre L y R dado que el campo deja de ser uniforme hacia los extremos del dispositivo

– Flujo magnético disperso• Flujo muy grande que limita el alcance de la medida para una longitud

determinada y es una fuente de interferencias para otros dispositivos o circuitos de las proximidades

– Amplificación de portadora y detección de fase• Necesidad de amplificador de portadora para detectar la fase de la

tensión de salida final. No basta con medir la amplitud.– Temperatura de Curie



Ventajas– Robustez en ambientes duros

• Afecta poco la humedad ambiental y otros contaminantes– Carga mecánica– Alta sensibilidad



Configuraciones



Aplicaciones– Medida de desplazamientos y

posición– Detectores de proximidad– Aplicación singular: cuenta

del número de vehículos– Medición de cualquier

magnitud que se pueda convertir en desplazamientos• Presión, fuerza, par,

aceleración

Transductor de presión diferencialde reluctancia variable basado en un diafragma ferromagnéticoy dos bobinas fijas



Aplicaciones– Medidas de espesores



Cuadro de características• Transductor de desplazamiento inductivo diferencial modelo W5TKN

(documentación HBM)



Basados en corrientes de Foucault– Fundamento

• Alteración de la impedancia de una bobina por la que circula unacorriente alterna mediante una superficie conductora en el campomagnético creado por la bobina

– Profundidad de penetración• Dependencia

– Profundidad de penetración– Frecuencia– Conductividad– Permeabilidad magnética

;µσδ fΠ=



Basados en corrientes de Foucault– Limitaciones

• El espesor del material donde se inducen las corrientes debe sersuficientemente grande comparado con la profundidad de penetración de aquellas

• Relación no lineal entre la impedancia de la bobina y la distancia del blanco

• El cambio de impedancia depende del material (conductividad y permeabilidad) y por ende de la temperatura



Basados en corrientes de Foucault– Aplicaciones



Transformadores diferenciales– Fundamentos

• Variación de la inductancia mútua entre primario y cada uno de los dos secundarios al desplazarse a lo largo de su interior un núcleo de material ferromagnético



Transformadores diferenciales– Análisis del circuito equivalente

• Tensión del secundario en vacío




( ) ( )( ) ( )

( )( ) ( )[ ] ( )[ ] ;

22

;0;

;

213221122

1232212

1122

32222211

2121111

222

RRMLLRLRsMMMLLLsEMMsI

sMLssLRIsMsMIsMsMIsLRIE

RRRR cbb

+−′+++−−−′+−−

=

−′++++−=+−++=

+′+=




• Tensión en el secundario en vacío– Sensibilidad S=S(w)– Fase F=F(w)

( )

( ) ;

;

;;

1120

11

11

11

121020

sIMMERsL

EI

RsLEMMsERIE c

−=+

=

+−

==




• Tensión en el secundario en carga– Sensibilidad S = S(w, Rc)– Fase – E0=E0(M1-M2)

( )( )( ) ;

22

;2

;22

212112212

1210

21212

2322

RRLRLRsLLsERMMsE

MMLL

LMLL

c

+++−

=

−>>

≈−′+



Transformadores diferenciales– Limitaciones

• Deriva del cero– En la posición central la tensión de salida no pasa por cero, sino

por un mínimo, debido a la existencia de capacidades parásitas entre primario y secundario y a la falta de simetría en los bobinados y circuitos magnéticos

• Presencia de armónicos– Debido a fenómenos de saturación del núcleo

• Influencia de la temperatura– La temperatura influye en la resistencia eléctrica de las bobinas,

por lo que es mejor alimentar a corriente constante

( ) ( )[ ];25251 225 −+−+= TTVVT βα



Transformadores diferenciales– Ventajas

• Resolución muy alta > 0.1%• Rozamiento muy bajo y poca carga mecánica• Aislamiento eléctrico entre primario y secundario• Alta repetibilidad, linealidad, y sensibilidad unidireccional



Transformadores diferenciales– Materiales y modelos



Transformadores diferenciales– Aplicaciones

• Medidas de desplazamientos y posición– Es muy frecuente como detector de cero en servosistemas de

posición en aviones y submarinos. Se puede emplear también como pallador en máquinas-herramientas.

• Medición de cualquier magnitud que se pueda convertir en desplazamiento– Mediante el empleo del sensor adecuado, se pueden medir otras

magnitudes que puedan provocar finalmente el desplazamiento del núcleo




• Se puede aplicar a los instrumentos basados en un flotador, siempre y cuando los devanados sean herméticos. El flotador arrastra el vástago, o es el mismo núcleo

• Los rotámetros y los detectores de nivel se prestan fácilmente a este uso

• Las células de carga y los medidores de par, donde se produce undesplazamiento muy pequeño, pueden basarse en un LVDT como transductor



Transformadores variables– Fundamento

( )( ) ;sencossencos

;coscos

;coscos

;

1212

1212

112

1

2212

tktIMMIE

MSl

NNM

SlINBSSB

dIdNM

ωαωαωω

ααµ

αµαφ

φ

===

==

==•=

=



Transformadores variables– Fundamento

• La tensión de salida tiene la misma frecuencia que la de entrada, pero su amplitud depende de la inclinación relativa entre los devanados, si bien no de una forma proporcional

( )( ) ;sencossencos

;coscos

;coscos

;

1212

1212

112

1

2212

tktIMMIE

MSl

NNM

SlINBSSB

dIdNM

ωαωαωω

ααµ

αµαφ

φ

===

==

==•=

=



Transformadores variables– Comparaciones

• Menos carga mecánica al eje de giro que los codificadores digitales (discos grandes, alta resolución)

• Aguantan mayores temperaturas y más humedad, choques y vibraciones que los codificadores y ciertos potenciómetros. Son particularmente consideradas en las aplicaciones militares y aereoespaciales

• Pueden transmitir la información analógica a gran distancia, con cable adecuado, y allí hacer la conversión a digital

• Presentan un aislamiento eléctrico entre excitación de entrada y salida



Transformadores variables– Exactitud máxima aproximada para distintos transductores de

posición angular



Transformadores variables– El transformador síncrono trifásico: sincros

• Descripción– Consta de un estator cilíndrico de material ferromagnético, con

tres devanados dispuestos a 120º c0onectados en estrella, y un rotor en forma de H, también de material ferromagnético, con unoo tres devanados, que gira solidario al eje cuya rotación se va a medir



Transformadores variables– El transformador síncrono

trifásico: sincros• Circuito equivalente

– Representación esquemática de un transformador síncronotrifásico (sincro)




• Circuito equivalente– Tensiones inducidas

( ) ( )( ) ( )( ) ( );º120coscos

;coscos;º120coscos

3330

2220

1110

−+=+=

++=

αφωαφωαφω

tketketke

s

s

s




• Circuito equivalente– Tensiones entre fases admitiendo que los acoplamientos son

iguales, k1=k2=k3=k, y que los estátores están en vacío, entonces las tensiones están en fase cambiando su envolvente. Sistema trifásico geométrico no temporal.

( ) ( )[ ]( )( ) ( )

( )[ ]( ) ( ) ( ) ( )

( )[ ]( ) ( ) ( );º240sencos3º60senº60sen2cos

cosº120coscos;º120sencos3º60senº60sen2cos

º120coscoscos;sencos3120sensen2cos

º120cosº120coscos

21

32

13

+=+−

=−+=+=−−

=−−==−−

=+−−=

αωαω

ααωαωαω

ααωαωαω

ααω

tKtK

tKetKtK

tKetKtK

tKe

s

s

s




• Cuadro de características: Sincro 26V 08CX4c (Singer)




• Desde el punto de vista de su utilización, se clasifican en: – Sincros de par: Selsyn– Sincros de control




• Aplicaciones– Sincros de par: Selsyn

• Par de salida pequeño• Conjunto TX-RX• TR: indicador analógico• Conjunto TDX-TR




trifásico: sincros• Aplicaciones

– Sincros de par: Selsyn• Ofrecen un par de

salida pequeño• Conjunto de un

transmisor de par (TX) y un receptor de par (TR) para la transmisión de información angular

• Se emplean para transmitir información angular de un eje a otro con la portencianecesaria para posicionar este segundo eje (normalmente el de un indicador analógico) sin necesidad de un servosistema





– Sincros de par: Selsyn• Transmisor de par

diferencial (TDX) conectado para sumar, con su signo, un ángulo representado en formato sincro con otro entrado manualmente o a través del eje de giro de un eje, y su símbolo





– Sincros de control• Transductor de

posición angular• Conjunto CX-CT

Son más pequeño que los sincros de par y pueden actuar como transmisor de control (CX) o como transformador de contro (CT)

El transformador de control (CX) es una versión de alta impedancia del TX. Un tano de lo mismo, para le transformador de control (CT), normalmente con un estator a base de hilo más fino y más vueltas para no cargar el estator de CX al que va conectado.

Conjunto de un transmisor de control y un transformador de control conectados para posicionar una carga dentro de un servosistema de posición




• Aplicaciones– Sincros de control

• Conjunto CDX-CT. Análogamente al TDX, existe también el transformador diferencial de control, CDX.

• Los sincros se emplean normalmente en servosistemas de posición angular en radar, robótica, posicionamiento de paneles solares, máquinas-herramientas, mesas de dibujo automáticas, etc.



Transformadores variables– Resolvers o resolucionadores

• Vector resolver– Generador de seno y

coseno. El vector actúa de primario y los dos devanados del estator actúan de secundario

– Tensiones inducidas

;coscos;sencos

42

13

αωαω

tKetKe

s

s

==




• Resolver eléctrico– Hay dos devanados en el

rotor y dos en el estator, peropuede que uno de los cuatro no se utilice (se cortocircuita o se deja en circuito abierto según convenga)

– Tensiones inducidas

( )( );sencos

;sencos

132413

241324

αααα

ssR

ssR

eeKeeeKe

−=+=




• Aplicaciones– Transformación de

coordenadas polares a cartesianas: Resolución

– En el devanado cortocircuitado la f.e.m. Neta inducida es nula, sin embargo, en la práctica se hace así para evitar tensiones residuales inducidas

;sen;cos

;;cos

113

124

1

ααω

EeEe

MEtEE

R

R

MM

−==

∝=




• Aplicaciones– Transformación de

coordenadas cartesianas a polares: Composición

– En el devanado R1-R3 habrá tensión hasta que quede dispuesto perpendicular al flujo resultante de las tensiones en el estator. En ese instante el otro devanado del rotor abarca el 100% del flujo y, por tanto, su salida alcanza el valor máximo.

;sen;cos

;sencos

24

13

241324

αα

αα

EeEe

eee

s

s

ssR

==

+=




• Aplicaciones– Giro de ejes rectangulares– El ángulo α se entra

mecánicamente– Tensiones inducidas en el

rotor son proporcionales a:

– Tensiones de entrada en el estator, so proporcionales a x e y

;cossen;sencos

αααα

yxyyxx

+=′−=′




• Introducción de un desfase temporal en una tensión senoidal– Si en el esquema anterior (giro de ejes rectangulares) se aplica a

un devanado del estator una tensión es13 y al otro una tensión es24, estándo el rotor girado un ángulo a, las tensiones inducidas en éste son:

( ) ( )( ) ( );sensensencoscos

;sensencoscossen;cos;sen

13

24

2413

αωαωαωαωαωαω

ωω

−=−=+=+=

==

tEttEetEttEe

tEetEe

R

R

ss




• Transmisión de datos para la medida de ángulos



Transformadores variables– Inductosyn

• Es la marca registrada de un tipo de transformador variable que, admite realizaciones no sólo angulares sino también lineales




• Fundamento– Consiste en un estator

con una forma como la indicada en la figura y un rotor a modo de cursor deslizante,ambos de acero inoxidable. La tensión inducida en este último, depende de la posición relativa de un circuito respecto al otro.

;2cosPxkVVS Π=




• Fundamento– Normalmente de emplea

otro devanado de lectura situado a una distancia fija P/4 respecto al primero

;2senPxkVVS Π=




• Fundamento– El acoplamiento es

inductivo exclusivamente, puesto que se interpone un apantallamientoelectrostático entre ellos.

– Normalmente: P es de 2mm, Longitud total entre 250mm-36m, separación estator y rotor 0,178mm.



Transductores magnetoelásticos– Fundamento

• Se fundamentan en el efecto Villari, consistente en cambios reversibles en las curvas de magnetización cuando se aplica un esfuerzo a un material ferromagnético e, inversamente, en cambios de forma y volumen durante la magnetización (J.P. Joule)

;rkµ

σ =



Transductores magnetoelásticos– Dos tipos de disposiciones, con el fin de aplicar este efeco en

la medida de magnitudes físicas.• Transductores magnetoelásticos basados en una distribución de flujo

constante: la carge mecánica varía la permeabilidad.• Transductores magnetoelásticos basados en la variación producida

en la distribución de flujo cuando se aplica una carga mecánica

Cuando se deforma un material magnético isótropo hay una modificación diferente en la dirección de la carga y en la transversal, es decir, se hace magnéticamente anisótropo.



Transductores magnetoelásticos– Materiales. En general deben tener buenas propiedades mecánicas y

magnéticas a la vez.• Materiales cristalinos magnéticamente blandos (con ciclos de histéresis

pequeño) son también mecánicamente blandos.• Metales amorfos (“vidrios metálicos”), que son aleaciones de hierro, niquel,

cromo, cobalto, silicio, boro, etc.., permiten detectar tensiones de solo 0.1 Nm-2.– Aplicaciones

• Medidas de fuerza, par, y presión en automóviles e industrials mecánicas.• Se fabrican células de carga donde hay una bobina cerrada sometida a

compresión, tracción o ambas caras a la vez.• Los presductores o torductores se basan en la disposición de un material

magnético sometido a compresión, tracción o ambos casos a la vez


Transductores electromagnéticos

Fundamento– Se tratan de dispositivos en los que una magnitud física puede

producir una alteración de un campo magnético o campo eléctrico, sin que se trate de un cambio de inductancia o de capacidad.

Transductores basados en la ley de Faraday– Fundamento

• En un circuito o bobina con N espiras que abarque un flujo magnético, si éste varía con el tiempo se induce en él una tensión o fuerzaelectromotriz,e, tal que

;dtdNe φ

−=



Transductores basados en la ley de Faraday– Dos tipos de disposiciones

• El flujo varía, por ejemplo, cuando es debido a una corriente alterna; los tacómetros de alterna entran dentro de este tipo.

• La posición del circuito con respecto al flujo (constante) varía; los medidores de velocidad lineal y los caudalímetros electromagnéticos entran dentro de este tipo.



Transductores basados en la ley de Faraday– Tacogeneradores (Tacómetros de

alterna)• En la figura se representa

esquemáticamente este transductor, donde aparece el devanado de excitación, el de detección de tensión y el rotor en forma de lo que se denomina jaula de ardilla, debido a que está constituido por una serie de espiras cortocircuitadas alrededor de un tambor. En otros roores éste se constituye simplemente de un tambor metálico (aluminio).



Transductores basados en la ley de Faraday– Tacogeneradores (Tacómetros de alterna)

• Si la velocidad de giro varía, no deberá hacerlo con una frecuencia comparable a la de excitación, que actúa de portadora. Para demodular la envolvente conviene que la frecuencia de excitación sea al menos diez veces mayor que la de la velocidad a medir, de esta forma no se tendrá que recurrir a filtros complejos

• Algunos modelos incluyen un termistor linealizado en serie con el devandao primario para disminuir el coeficiente de temperatura total.



Transductores basados en la ley de Faraday– Tacómetros de continua (Dinamos tacométricas)

• Similares a los tacómetros de alterna, pero rectificando al salida, de igual forma que las máquinas generadoras de corriente continua.

• Descripción– Un imán permanente (aleación especial obtenida por

sinterización) crea un flujo magnético constante. Un circuito con varias espiras que gira en su seno genera una tensión alterna, la conexión de salida se va conmutando periódicamente de forma que se obtiene una tensión continua de polaridad dependiente de la velocidad de giro y de amplitud proporcional a esta.



Transductores basados en la ley de Faraday– Tacómetros de continua (Dinamos tacométricas)

• Limitaciones– En la práctica, la tensión de salida no es estrictamente continua

sino que se presenta una cierta ondulación debida a asimetrías mecánicas (excentricidad, rotor no cilíndrico,...), magnéticas (anisotropía) o causas eléctricas (contactos de las escobillas de conexión).

– La temperatura afecta a la magnetización de los imanes permanentes y puede ser, por tanto, otra fuente de error.

• Aplicaciones– Medida de velocidades– Dentro de servosistemas de velocidad o de posición (para tener

realimentación de velocidad)



Transductores de velocidad lineal (LVT)– Fundamento

• Basado en la ley de Faraday, pero en este caso aplicada a un conductor de longitud l que se mueva con velocidad lineal v perpendicular a un campo magnético con densidad de flujo B, con lo que se tiene proporcionalidad directa

;Blve =



Transductores de velocidad lineal (LVT)– Dos disposiciones distintas

• En los medidores de devanado móvil, similares a los altavoces electrodinámicos, hay un imán permanente fijo y el devanado se mueve con la velocidad a detectar.

• Para aumentar la longitud del conductor, y con ella la sensibilidad, se usa hilo muy fino, lo cual implica un aumento de la resistencia de salida y, por consiguiente, exige que la impedancia de entrada del medidor sea también alta



Transductores de velocidad lineal (LVT)– Dos disposiciones distintas

• Los medidores de núcleo móvil están basados en una disposición similar a los transductores inductivos diferenciales de núcleo móvil, pero el núcleo es un imán permanente, en vez de ser un simple material ferromagnético

Si sólo se empleara un devanado, una vez todo el núcleo hubiera entrado en el interior de la bobina, la tensión inducida sería nula en tanto en cuanto su velocidad fuera constante, qye que los polos opuestos del imán inducirían a lo largo del devanado tensiones opuestas que se cancelaría entre sí.



Transductores de velocidad lineal (LVT)– Aplicaciones

• Medidas de velocidades mediante el empleo de un sistema inercial(masa-resorte) como sensor.



Caudalímetroselectromagnéticos– Fundamento

• Se basan en la ley de Faraday, donde un líquido conductor se desplaza en el seno del campo magnético creado por dos bobinas externas; en dos electrodos dispuestos a 90º respecto al flujo y al campo, se recoge una pequeña tensión eléctrica.

• La proporcionalidad entre la tensión de salida y el cudal sólo es cierta si el perifl de velocidades es simétrico respecto al eje central longitudinal y el campo magnético es uniforme.



Transductores basados en el efecto Hall– Fundamento

• El efecto Hall consiste en la aparición de una diferencia de potencial transversal en un condcutor o semiconductor, por el que circula, cuando hay un campo magnético aplicado en dirección perpendicular a ésta.



Transductores basados en el efecto Hall– Fundamento

• 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 denomindao coeficiente hall, AH. Siendo la relación entre estos parámetros

• Aunque en la práctica, la tensión Hall depende de otros factores como son la tensión mecánica o presión, r, y la temperatura, T, de forma que

IBtVA H

H =

( ) ( ) ( ) ( );TVVIVBVV HHHHH +++= ρ



Transductores basados en el efecto Hall– Limitaciones

• La temperatura afecta a la resistencia que presenta el elemento, por lo que si se alimenta a tensión constante la corriente de polarización, I, variará con la temperatura, y con ella la tensión de salida, VH. Es preferible alimentar a corriente constante.

• La temperatura afecta a la movilidad de los portadores myoritarios, y por lo tanto, a la sensibilidad.

• La presencia de una tensión de desequilibrio (offset) que se debe a inexactitudes fñisicas y no uniformidades en el material. La solución consiste en incorporar un electrodo de control adicional por el que se inyecta la corriente necesaria para tener una salida nula en ausencia de campo magnético.



Transductores basados en el efecto Hall– Ventajas

• Frente a otros transductores sensibles a un campo magnético, lo elementos Hall tiene la ventaja de que su salida es independiente a la velocidad de variación del campo detectado.

• Son inmunes a las condiciones ambientales, comparados con los transductores basaos en un emisor y detector óptico.

• La susencia de contactos, cuando se aplican a la detección de movimientos, les confiere mayor robustez que la que tienen los transductores donde aquellos están sometidos a desgaste y son una fuente de interferencias por la presencia de arco eléctricos.



Transductores basados en el efecto Hall– Materiales empleados

• SbIn, AsIn, Ga, AsGa, Si• Se fabrican con forma rectangular, con forma de mariposa (para

concentrar el flujo en la zonza central) y también en forma de cruz simétrica (en cuyo caso los electrodos son intercambiables).



Transductores basados en el efecto Hall– Aplicaciones

• Gausímetros• Realización del producto entre

dos magnitudes que se conviertan, respectivamente, en una corriente y un campo magnético

• Medidor de desplazamientos



Transductores basados en el efecto Hall– Características

• Elementos Hall de conmutación



Transductores basados en el efecto Hall– Características

• Elementos Hall lineales

transductores de reactancia variable y...

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