FUNDAMENTOS FISICOS
Páginas: 82 (20304 palabras)
Publicado: 15 de agosto de 2013
Capítulo 1
Fundamentos Físicos
Sensores para la Técnica de Procesos y Manipulación
Sensores de proximidad
1.1 Fundamentos de los sensores de proximidad inductivos y capacitivos
Sensores de proximidad inductivos
Corrientes parásitas
Oscilaciones
Los sensores de proximidad inductivos y capacitivos están basados enel uso de osciladores, siendo su amplitud de oscilación afectada por la aproximación de un objeto.
Para generar una oscilación sinusoidal, se utilizan osciladores LC (Bobina, condensador), osciladores de cuarzo y osciladores RC (Resistencia, condensador y un amplificador, es decir, osciladores de puente de Viena).
Las letras L,C y R significan:
L = Inductancia (Unidad : Henrio (H), 1H = 1Vs/A)
C = Capacitancia (Unidad: Faradio (F), 1F = 1 As/V)
R = Resistencia ( Unidad: Ohm (Ω) 1Ω = 1 V/A
La bobina de un oscilador LC se halla dentro de un núcleo medio cubierto, magnetizado unilateralmente. Este oscilador oscila generalmente a una frecuencia que se halla entre los 100 ....1000kHz aproximadamente.
El oscilador LC genera un campo alternativo de alta frecuenciaelectromagnética (campo HF), el cual es emitido en la zona activa del sensor de proximidad.
La amplitud de la oscilación decrece a medida que se acerca un conductor metálico al núcleo cubierto, o cesa totalmente.
La causa de la pérdida de energía es el resultado de una pérdida en corrientes parásitas a medida que se acerca el objeto.
Si se desplaza una pieza metálica en un campo magnético constante,se inducen corrientes parásitas en ella. Sucede lo mismo si piezas de metal estacionarias se hallan expuestas a campos magnéticos alternativos.
Un sensor de proximidad inductivo funciona con un bajo consumo de corriente, de algunos microwatios, lo cual tiene varias ventajas:
No hay efecto magnetizante significativo
El campo de HF no causa interferencia alguna
No aumenta la temperatura en elobjeto a detectar
Las oscilaciones eléctricas pueden explicarse claramente tomando como ejemplo las oscilaciones mecánicas.
En el caso de la oscilación mecánica de un muelle, se produce un cambio periódico entre la energía potencial y la energía cinética ( energía potencial y energía motriz). De forma análoga, la energía de un campo eléctrico y magnético cambia en el caso de unaoscilación electromagnética.
La comparación de los valores mecánicos y eléctricos, viene dada por:
Deflexión x Carga q
Carga m Inductancia L
Constante de rozamiento k Resistencia R
Constante del muelle D Inverso de la capacidad 1/C
Fig. 1.1 Comparación entre las oscilaciones mecánicas y eléctricas
Las oscilaciones electromagnéticas se crean en el llamado circuito resonanteLC, que consiste en una bobina y un condensador. Una vez se ha cargado el condensador, se descarga a través de la bobina. Durante este proceso, la intensidad y la tensión cambian periódicamente.
Fig. 1.2 Circuito resonante LC
El circuito resonante LC
Ejemplo
Sinembargo, en este caso sólo pueden obtenerse una oscilación sin atenuar si el circuito resonante no tiene ninguna resistencia óhmica. Por lo tanto, en la práctica es necesario utilizar un amplificador que compense la atenuación resultante de la resistencia. En la Fig. 1.2, se utiliza un amplificador operacional para mostrar el principio del circuito.
Para obtener el valor de la frecuencia de uncircuito resonante LC, se examina el tiempo variable de carga Q en el condensador. En el caso de un condensador de placas con una capacidad C y una tensión V, se aplica lo siguiente:
Q = C·V
En un determinado momento t, se obtiene una carga variable q(t), que proporciona una tensión variable v(t)
La derivada de esta carga respecto al tiempo, dq/dt, determina la intensidad i(t), que fluye...
Capítulo 1
Fundamentos Físicos
Sensores para la Técnica de Procesos y Manipulación
Sensores de proximidad
1.1 Fundamentos de los sensores de proximidad inductivos y capacitivos
Sensores de proximidad inductivos
Corrientes parásitas
Oscilaciones
Los sensores de proximidad inductivos y capacitivos están basados enel uso de osciladores, siendo su amplitud de oscilación afectada por la aproximación de un objeto.
Para generar una oscilación sinusoidal, se utilizan osciladores LC (Bobina, condensador), osciladores de cuarzo y osciladores RC (Resistencia, condensador y un amplificador, es decir, osciladores de puente de Viena).
Las letras L,C y R significan:
L = Inductancia (Unidad : Henrio (H), 1H = 1Vs/A)
C = Capacitancia (Unidad: Faradio (F), 1F = 1 As/V)
R = Resistencia ( Unidad: Ohm (Ω) 1Ω = 1 V/A
La bobina de un oscilador LC se halla dentro de un núcleo medio cubierto, magnetizado unilateralmente. Este oscilador oscila generalmente a una frecuencia que se halla entre los 100 ....1000kHz aproximadamente.
El oscilador LC genera un campo alternativo de alta frecuenciaelectromagnética (campo HF), el cual es emitido en la zona activa del sensor de proximidad.
La amplitud de la oscilación decrece a medida que se acerca un conductor metálico al núcleo cubierto, o cesa totalmente.
La causa de la pérdida de energía es el resultado de una pérdida en corrientes parásitas a medida que se acerca el objeto.
Si se desplaza una pieza metálica en un campo magnético constante,se inducen corrientes parásitas en ella. Sucede lo mismo si piezas de metal estacionarias se hallan expuestas a campos magnéticos alternativos.
Un sensor de proximidad inductivo funciona con un bajo consumo de corriente, de algunos microwatios, lo cual tiene varias ventajas:
No hay efecto magnetizante significativo
El campo de HF no causa interferencia alguna
No aumenta la temperatura en elobjeto a detectar
Las oscilaciones eléctricas pueden explicarse claramente tomando como ejemplo las oscilaciones mecánicas.
En el caso de la oscilación mecánica de un muelle, se produce un cambio periódico entre la energía potencial y la energía cinética ( energía potencial y energía motriz). De forma análoga, la energía de un campo eléctrico y magnético cambia en el caso de unaoscilación electromagnética.
La comparación de los valores mecánicos y eléctricos, viene dada por:
Deflexión x Carga q
Carga m Inductancia L
Constante de rozamiento k Resistencia R
Constante del muelle D Inverso de la capacidad 1/C
Fig. 1.1 Comparación entre las oscilaciones mecánicas y eléctricas
Las oscilaciones electromagnéticas se crean en el llamado circuito resonanteLC, que consiste en una bobina y un condensador. Una vez se ha cargado el condensador, se descarga a través de la bobina. Durante este proceso, la intensidad y la tensión cambian periódicamente.
Fig. 1.2 Circuito resonante LC
El circuito resonante LC
Ejemplo
Sinembargo, en este caso sólo pueden obtenerse una oscilación sin atenuar si el circuito resonante no tiene ninguna resistencia óhmica. Por lo tanto, en la práctica es necesario utilizar un amplificador que compense la atenuación resultante de la resistencia. En la Fig. 1.2, se utiliza un amplificador operacional para mostrar el principio del circuito.
Para obtener el valor de la frecuencia de uncircuito resonante LC, se examina el tiempo variable de carga Q en el condensador. En el caso de un condensador de placas con una capacidad C y una tensión V, se aplica lo siguiente:
Q = C·V
En un determinado momento t, se obtiene una carga variable q(t), que proporciona una tensión variable v(t)
La derivada de esta carga respecto al tiempo, dq/dt, determina la intensidad i(t), que fluye...
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