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Lección 7: Sensores Capacitivos e Inductivos

Lección 7: Sensores Capacitivos e Inductivos. Sensores Capacitivos. Condensador plano.  0 : cte. dieléctrica del vacío 8,85 pF/m  r : cte. dieléctrica relativa. Depende de la temperatura y de la frecuencia S: superficie d: distancia entre las placas.  r. S. d.

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Lección 7: Sensores Capacitivos e Inductivos

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Presentation Transcript

  1. Lección 7: Sensores Capacitivos e Inductivos

  2. Sensores Capacitivos • Condensador plano • 0: cte. dieléctrica del vacío 8,85 pF/m • r: cte. dieléctrica relativa. Depende de la temperatura y de la frecuencia • S: superficie • d: distancia entre las placas r S d Cte. dieléctrica relativa del agua en función de la temperatura

  3. Sensores Capacitivos • Efectos de los bordes • l: longitud de la placa • a: anchura Guardas: U U U 0 0 0 g 0 U Si g<<d/5 la anchura efectiva aumenta en g/2

  4. Sensores Capacitivos • Condensador cilíndrico h r1 r2 1 h1 2 h2 r1 r2

  5. S’ Sensores Capacitivos • Principio de funcionamiento S d d’ Variación de la distancia Variación del dieléctrico Variación de la superficie • Condensador diferencial x C2 Placas fijas Placa móvil C1 x a x0 d d C2

  6. Sensores Capacitivos Medida de nivel • Líquido no conductor h x • Líquido conductor x

  7. Sensores Capacitivos Proximidad • Distancias de unos pocos mm. máx • Materiales metálicos y no metálicos (p.e. Arena, agua, aceite, etc.)

  8. Sensores Capacitivos

  9. Sensores Capacitivos p z • Presión absoluta • Presión diferencial 2r S: tensión radial p Diafragma Láminas del condensador Substrato • Pueden soportar sobrepresiones mucho mayores que la correspondiente al fondo de escala

  10. Sensores Capacitivos Humedad • C0: algunos cientos de pF typ. • : entre 0,5 y unos pocos pF por %RH • Tiempos de respuesta de decenas de s. A min. • HS1100/1001 de Humirel

  11. Aceleración M k Muelle x M Placa móvil Muelle Aceleración Placas fijas Sensores Capacitivos Aplicaciones a f fn Respuesta en frecuencia MEMS “Micro-ElectroMechanical Systems” Ej. ADXL250 de Analog (42 elementos)

  12. Sensores Capacitivos Detectores de presencia Ca Placa Placa C1 C1 Medida de capacidad Medidadecapacidad Cb Tierra Tierra Detectores táctiles Silicio Condensador Substrato de cristal

  13. Sensores Capacitivos • Medidas por comparación C Uac R Us Con 10 veces el error es ya pequeño • Amplificador de carga R2 Salida C1+C C2 Frecuencia de corte inferior R1 Udc Us Frecuencia de corte superior No influyen las capacidades de conexión

  14. R R R R R/2 Sensores Capacitivos Conversión de la señal alterna a continua Up Media onda Onda completa Rectificador precisión (media o doble onda) Filtro pasa bajos (extrae valor medio) Rectificador precisión de media onda Otras opciones • Valor de pico(ej. PK01 de Analog Devices) • Valor eficaz (ej. AD636 de Analog Devices) Rectificador precisión de onda completa

  15. Sensores inductivos • Bobinas Modelo del toroide equivalente Ae I N g le

  16. a a N x x Sensores inductivos • Bobinas a-x a+x Diferenciales

  17. Sensores inductivos Proximidad • Distancias hasta algún cm. máx • Materiales ferromagnéticos Anillo Cilíndricos Rectangulares

  18. Sensores inductivos Basados en corrientes Foucault • : profundiad de penetración • f: frecuencia • : permeabilidad • : resistividad • No se requieren materiales magnéticos • Frecuencia de trabajo 1MHz típ. • Distancias de 0,25 a 30 mm (resolución hasta 0.0001 mm)

  19. Sensores inductivos Acondicionamiento (L variable) • Medida por comparación Puente de Hay Puente de Maxwell R1 R2 R1 C1 R2 C1 Lx Lx R3 R3 Rx Rx Más adecuado para Q>10 • Circuitos de acondicionamiento • Similar a los capacitivos • Medidas en puente • Integración en el oscilador (muy habitual en proximidad) Us L-L Ue R R L+L Ej. diferencial

  20. Sensores inductivos • Transformador diferencial de variación linealLinear Variable Differential TransformerRVDT: Rotary Variable Differential Transformer Uexc Uexc U1 U2 U1 U2 U1-U2 U1-U2 U1 Uexc Uexc U2 U1 U2 U1-U2

  21. Sensores inductivos LVDT • Transformador diferencial de variación lineal Uexc Uexc Uexc Uexc Uexc U1 U2 U1 U2 U1 U2 U1 U2 U1 U2 Uexc U1 -U2 U1-U2

  22. Sensores inductivos LVDT • Excitación: Fuente senoidal 1-10kHz de unos pocos V con baja distorsión armónica (<2-3%) y baja variación con la temperatura • Rozamiento muy bajo • Coste relativamente bajo • Muy fiable • Linealidad muy elevada hasta el 0,05% • Alcances desde mm. Hasta algunas decenas de cm. • Buena estabilidad • Sensibilidad 0,02mV/V/0,001cm a 5mV/V/0,001cm • Tiempo de respuesta relativamente pequeño • Frecuencia máxima 2kHz (resonancia) • Variación con la temperatura 12 ppm/°C. (Potenciómetros 20-40 ppm/°C)

  23. Sensores inductivos LVDT Usalida=U1-U2 U1 Desp. positivo U2 U1 Ue U2 U1 Usalida=U1-U2 Desp. negativo U2 Se pierde el sentido

  24. Ue Desm. (G) Sensores inductivos LVDT Desm. Ue Us Divisor (G) Us Desm. Desm. - Ejemplos • AD598 de Analog Devices Ue Us Divisor (G) Desm. +

  25. LVDT-Aplicaciones

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