2.1.1. Condensador variable

Un condensador variable es aquel en el cual se pueda cambiar el valor de su capacidad. En el caso de un condensador plano, la capacidad puede expresarse por la siguiente ecuación:



Єo: constante dieléctrica del vacío
Єr: constante dieléctrica o permitividad relativa del material dieléctrico entre las placas
A: el área efectiva de las placas
d: distancia entre las placas o espesor del dieléctrico
Para tener condensador variable hay que hacer que por lo menos una de las tres últimas expresiones cambien de valor. De este modo, se puede tener un condensador en el que una de las placas sea móvil, por lo tanto varía d y la capacidad dependerá de ese desplazamiento, lo cual podría ser utilizado, por ejemplo, como sensor de desplazamiento.

2.1.2. Condensador diferencial

La ventaja de los condensadores diferenciales está en que proveen una salida lineal y permiten la medida tan pequeña como 10-13 mm a 10 mm, y capacidades desde 1 pF a 100 pF.

Consiste en un principio similar al de los sensores resistivos diferenciales: mientras uno se incrementa el otro disminuye en la misma proporción, y viceversa.

En el caso de que se quiera medir desplazamientos o distancia una configuración típica es:



C1= εA / d+ X y C2= εA / d - X

Por lo que,

V1 = V Z1/(Z1 + Z2) = V C2/C1 + C2) = V (d + X/2d)

V2 = V Z2/(Z1 + Z2) = V C1/(C1 + C2) = V (d - X/2d)

finalmente:


V1 – V2 = V X/d

LO QUE ES LINEAL.

2.1.3. Acondicionamiento: divisor de tensión, amplificador de carga, amplificador de

Los sensores capacitivos presentan una situación particular que deben ser alimentados con una señal alterna de excitación. Como se prefiere una capacidad sensora menor a 100 pF, la frecuencia oscilará entre 10 kHz y 100 MHz.

Los circuitos de acondicionamiento dependerán de si el sensor es simple o diferencial.

Para el caso de condensador simple se tiene.

CIRCUITO LINEALIZADOR




Este circuito es excitado a corriente constante, por lo que:



Divisor de tensión:

El divisor de tensión es un circuito simple que también se aplica para estos sensores.



ahora

Vs= V(1+X/2+X)si Z=Zo

Para eliminar la tensión fija que aparece en un divisor de tensión se prefiere utilizar un puente de sensores.



Si Z1= Zo(1+x) y si Zo=Z2=Z3=Z4, entonces.

Vs= V(X/2(2+X))

Si ahora se tiene el caso del condensador diferencial veamos que se tiene.
SI se utiliza un divisor de tensión.



Entonces:

Vs= V(1 + X)2

Lo cual tiene un componente común.

2.2. Sensores inductivos

Los sensores inductivos son aquellos que producen una modificación de la inductancia o inductancia mutua por variaciones en un campo magnético. Esta variaciones pueden ser fruto de perturbaciones en el campo, o modificación de la distancia de influencia del campo. Solo hablaremos de dos tipos: la reluctancia variable y la inductancia mutua.

2.2.1. Reluctancia variable

Este tipo de sensor se basa en la ley.



donde es el flujo de campo magnético, I es la corriente y N es el número de vueltas del inductor.

Pero el flujo magnético es igual al cociente entre la fuerza magnetomotriz M y la reluctancia magnética R, y además, M = NI, por lo que





Para una bobina de longitud L y sección de área A, donde la longitud sea mucho mayor que el diámetro de las espiras se tiene:



donde

es la permeabilidad relativa del núcleo
L = recorrido de las líneas de campo en el aire.
A = Area delas bobinas.

Normalmente se aprovechan las variaciones de la longitud y de la permeabilidad.

Cuando lo que varía es la distancia L se está hablando de sensores de entrehierro variable, y cuando lo que varia es la permeabilidad se dice que se está hablando de sensores de núcleo móvil.

Esto sensores tiene los siguientes problemas:

a. Los campos magnéticos parásitos afectan a L, por lo que se deben apantallar.
b. La relación L y R no es constante y varía hacia los extremos.
c. L y R son inversamente proporcionales, por lo que las medidas serán normalmente no lineales.
d. La temperatura de trabajo debe ser menor a la de Curie del material usado.

Por contra tienen la siguientes ventajas:

a. La humedad los afecta muy poco.
b. Tiene poca carga mecánica.
c. Y una alta sensibilidad.

2.2.2. Inductancia mutua (LVDT)

El dispositivo más utilizado con este principio es el transformador diferencial de variación lineal (LVDT por sus siglas en inglés). Se basa en la variación de la inductancia mutua (acoplamiento inductivo) entre un primario y cada uno de dos secundarios, al desplazarse a lo largo de su interior un núcleo ferromagnético, arrastrado por un vástago no ferromagnético, acoplado a la pieza cuyo movimiento se desea medir.

2.2.3. Acondicionamiento

Para el acondicionamiento de los sensores inductivos se suele utilizar los divisores de tensión y puentes de alternas vistos para los sensores capacitivos.

Para el LVDT habrá que utilizar un amplificador de portadora y detección coherente.

Como su salida es de suficiente amplitud no suelen requerir de amplificación. Una alternativa es usar rectificadores de media onda u onda competa, y restar el resultado.