Lección 7: Sensores Capacitivos
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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


Lecci n 7 sensores capacitivos e inductivos

Lección 7: Sensores Capacitivos

e Inductivos


Lecci n 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

Cte. dieléctrica relativa del agua en función de la temperatura


Lecci n 7 sensores capacitivos e inductivos

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


Lecci n 7 sensores capacitivos e inductivos

Sensores Capacitivos

  • Condensador cilíndrico

h

r1

r2

1

h1

2

h2

r1

r2


Lecci n 7 sensores capacitivos e inductivos

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


Lecci n 7 sensores capacitivos e inductivos

Sensores Capacitivos

Medida de nivel

  • Líquido no conductor

h

x

  • Líquido conductor

x


Lecci n 7 sensores capacitivos e inductivos

Sensores Capacitivos

Proximidad

  • Distancias de unos pocos mm. máx

  • Materiales metálicos y no metálicos (p.e. Arena, agua, aceite, etc.)


Lecci n 7 sensores capacitivos e inductivos

Sensores Capacitivos


Lecci n 7 sensores capacitivos e inductivos

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


Lecci n 7 sensores capacitivos e inductivos

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


Lecci n 7 sensores capacitivos e inductivos

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)


Lecci n 7 sensores capacitivos e inductivos

Sensores Capacitivos

Detectores de presencia

Ca

Placa

Placa

C1

C1

Medida de capacidad

Medidadecapacidad

Cb

Tierra

Tierra

Detectores táctiles

Silicio

Condensador

Substrato de cristal


Lecci n 7 sensores capacitivos e inductivos

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


Lecci n 7 sensores capacitivos e inductivos

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


Lecci n 7 sensores capacitivos e inductivos

Sensores inductivos

  • Bobinas

Modelo del toroide equivalente

Ae

I

N

g

le


Lecci n 7 sensores capacitivos e inductivos

a

a

N

x

x

Sensores inductivos

  • Bobinas

a-x

a+x

Diferenciales


Lecci n 7 sensores capacitivos e inductivos

Sensores inductivos

Proximidad

  • Distancias hasta algún cm. máx

  • Materiales ferromagnéticos

Anillo

Cilíndricos

Rectangulares


Lecci n 7 sensores capacitivos e inductivos

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)


Lecci n 7 sensores capacitivos e inductivos

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


Lecci n 7 sensores capacitivos e inductivos

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


Lecci n 7 sensores capacitivos e inductivos

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


Lecci n 7 sensores capacitivos e inductivos

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)


Lecci n 7 sensores capacitivos e inductivos

Sensores inductivos

LVDT

Usalida=U1-U2

U1

Desp. positivo

U2

U1

Ue

U2

U1

Usalida=U1-U2

Desp. negativo

U2

Se pierde el sentido


Lecci n 7 sensores capacitivos e inductivos

Ue

Desm.

(G)

Sensores inductivos

LVDT

Desm.

Ue

Us

Divisor

(G)

Us

Desm.

Desm.

-

Ejemplos

  • AD598 de Analog Devices

Ue

Us

Divisor

(G)

Desm.

+


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LVDT-Aplicaciones


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