SENSORES DE REACTANCIA VARIABLE Y ELECTROMAGNTICOSLa variacin de la reactancia de un componente o circuito ofrece alternativas de medida a las disponibles con los sensores resistivos. Muchas de ellas no requieren contacto fsico con el sistema donde se va a medir, o bien tienen un efecto de carga mnimo. Este tipo de sensores ofrecen soluciones mejores que los resistivos en el caso de medida de desplazamientos lineales y angulares, en el caso de tratar con materiales ferromagnticos, y para la medida de la humedad. La falta de linealidad intrnseca en alguno de los principios de medida empleados se supera con el uso de sensores diferenciales. La alimentacin normalmente debe ser con una tensin alterna. Esto limita la frecuencia mxima admisible en la variacin de la magnitud a medir, que debe ser inferior a la de la tensin de alimentacin.

SENSORES CAPACITIVOS Estn basados en la variacin de la capacidad de un condensador como consecuencia de la variacin de la magnitud fsica a medir. Un condensador almacena una carga Q cuando es sometido a una diferencia de potencial V. La carga y la tensin estn relacionadas por una constante (C) denominada capacidad. Q=CVLa capacidad de un condensador es funcin de su geometra y de la constante dielctrica () del material dielctrico utilizado entre las placas. C=F( , geometra)Cualquier magnitud fsica que modifique la constante dielctrica o la geometra de un condensador podra ser medida midiendo la capacidad. Existen multitud de sensores capacitivos con geometras diferentes, adaptadas a la medida de diversas magnitudes fsicas.SENSORES CAPACITIVOS El caso ms simple es el condensador de placas paralelas que se muestra en la figura.A continuacin se muestra el esquema del principio de funcionamiento de diversos sensores capacitivos basados en una variacin de rea, de distancia entre placas y de dielctrico.

El empleo de un condensador variable como sensor est sujeto a una serie de limitaciones. Efecto borde: en un condensador de placas paralelas, cuando la separacin entre placas es mucho menor que las dimensiones laterales, este efecto es despreciable. En caso contrario, las alteraciones del campo elctrico en las proximidades de los bordes del condensador, hacen que la capacidad real del mismo no coincida con la obtenida al aplicar la expresin terica. Un mtodo para reducir el efecto de los bordes sin alterar las relaciones geomtricas es el empleo los denominados anillos de guarda. Consiste en rodear una de las placas del condensador, a una cierta distancia g, con un anillo puesto al mismo potencial que dicha placa, segn se muestra en la figura.

Aislamiento entre placas: debe ser alto y constante. Por ejemplo, si como consecuencia de variaciones de humedad, se altera el aislamiento ofrecido por el dielctrico y aparecen resistencias parsitas en paralelo con C, se producen variaciones en la impedancia del condensador no atribuibles a un cambio de capacidad. Es decir, parte del cambio de impedancia no es consecuencia de la magnitud que se mide.Frente a las limitaciones anteriores, los sensores capacitivos presentan una serie de ventajas que los hacen atractivos en muchas aplicaciones. Error por carga mecnica mnimo: como sensores de desplazamiento, al no haber contacto mecnico directo, como suceda en los potencimetros, no hay errores por friccin. Adems, el elemento mvil suele tener muy poca masa, con lo que su inercia es muy pequea y la energa necesaria para desplazarlo es despreciable. Estabilidad y reproducibilidad muy elevadas: al no depender la capacidad de las propiedades de las placas, no afectan en este sentido los cambios de temperatura nihay derivas temporales. Si el dielctrico es el aire, vara poco con la temperatura. Para otros materiales, las variaciones de temperatura pueden tener ms influencia. Pero en todo caso, la resistividad vara ms con la temperatura, por lo que los sensores resistivos deben ser considerados menos inmunes a estos cambios de las condiciones ambientales. Muy alta resolucin en la medida de desplazamientos: esto es consecuencia de la alta resolucin que se puede conseguir, con los circuitos de acondicionamiento, en la medida de capacidades. Se logran detectar desplazamientos de hasta 10 pm. No producen campos elctricos ni magnticos grandes: esto es una ventaja frente a los sensores inductivos, que pueden producir campos magnticos de dispersin intensos que perturban el funcionamiento de otros circuitos del entorno.CONDENSADOR DIFERENCIALUn condensador diferencial est formado por dos condensadores variables dispuestos fsicamente de tal modo que experimenten el mismo cambio, bajo la accin de la magnitud a medir, pero en sentidos opuestos. Mediante un acondicionamiento adecuado se consigue una salida lineal y una sensibilidad mayor que en el caso de un condensador variable simple.SENSORES INDUCTIVOS SENSORES BASADOS EN LA VARIACIN DE RELUCTANCIA Si el circuito magntico incluye tramos en el aire y tramos en un material ferromagntico dispuestos en serie, la expresin general de la reluctancia es:

SENSORES INDUCTIVOS SENSORES BASADOS EN LA VARIACIN DE RELUCTANCIA La aplicacin de una inductancia variable a la transduccin est sujeta a algunas limitaciones. Los campos magnticos parsitos: afectan a L, por lo que puede ser necesario disponer un apantallamiento magntico a su alrededor para que los cambios observados sean slo debidos al fenmeno a detectar. La relacin entre L y R no es constante en todo el dispositivo: vara hacia los extremos del mismo porque el campo deja de ser uniforme. El flujo magntico disperso es mayor que el flujo elctrico disperso en los condensadores. Esto limita el alcance de medida y es una fuente de interferencias para otros dispositivos o circuitos prximos. L y R son inversamente proporcionales: si el parmetro variable es la longitud, el dispositivo tendr una impedancia inversamente proporcional a la misma. Si lo que vara es , entonces hay proporcionalidad entre la impedancia y la magnitud a medir. Entre las principales ventajas destacaremos las siguientes. Les afecta poco la humedad ambiente y otros contaminantes, a diferencia de los sensores capacitivos. Imponen poca carga mecnica, aunque superior a la de un condensador variable. Alta sensibilidad, superior a la de los sensores capacitivos. En cuanto a las aplicaciones, las ms importantes son las medidas de desplazamiento y posicin, y los detectores de proximidad de objetos metlicos frricos, en particular en entornos industriales con polvo en el ambiente y vibraciones. Estos sensores tambin pueden medir otras magnitudes si un sensor primario apropiado las convierte en un desplazamiento.

SENSORES BASADOS EN LA VARIACIN DE RELUCTANCIA. Esquemas de diferentes configuraciones de este tipo de sensores.

SENSORES ELECTROMAGNTICOS TACOGENERADORES Este tipo de sensores estn basados en la ley de Faraday. Segn la cual, si una bobina con N espiras est inmersa en un campo magntico y abarca un flujo , se induce en ella una tensin e que viene dada por la siguiente expresin:

Los denominados tacogeneradores o tacmetros de alterna son similares, en su funcionamiento, a un generador de energa elctrica. Si se tiene un circuito de N espiras, que gira a una velocidad angular w, inmerso en un campo magntico fijo de densidad de flujo B, la tensin inducida ser:

Se induce, por tanto, una tensin alterna de amplitud y frecuencia proporcionales a la velocidad de giro. El sensor sera mucho ms prctico si slo variara la amplitud con la velocidad de giro. Para conseguir esto, se emplea una disposicin como la que se muestra en la figura. Hay dos devanados, uno de excitacin y otro de deteccin, dispuestos con un desfase espacial de 90. El rotor, cuya velocidad de giro se pretende medir, est formado por una serie de espiras cortocircuitadas dispuestas alrededor de un tambor. Es lo que se denomina rotor en jaula de ardilla. Si el devanado de excitacinse alimenta con una tensin alterna de amplitud constante y frecuencia w, al girar el rotor a una velocidad wa, en el devanado de deteccin, se obtiene una tensin de salida: