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Sensores magnéticos

Los sensores magnéticos constituyen los órganos detectores de   muchos sistemas de control industriales porque son muy sensibles, exactos, confiables y compactos; tienen una gran afinidad con los sistemas electrónicos y realizan mediciones a distancia, sin necesidad de contacto físico. En este capítulo examinaremos las características generales de algunos de ellos, con énfasis en los sensores que utilizan campos generados por imanes permanentes

Generalidades

Los sensores magnéticos detectan variaciones o perturbaciones en campo magnéticos. A partir de estos cambios, derivan información sobre propiedades ffísicas, por ejemplo la presencia o ausencia de un objeto o la intensidad de una corriente electrica. En este sentido, a diferencia de otros tipos de sensores, que miden directamente la propiedad física de interés, la salida de los sensores magnéticos siempre requiere alguna norma de procesamiento de señales adicional para traducirla al parámetroo deseado.

La importancia de los sensores magnéticos se ha expandido considerablemente a medida que se han desarrollado diversas estrategias para detectar la presencia, intensidad o dirección de campos magnéticos, desde los producidos por laTierra e imanes permanentes o susvemente magnetizados, hasta los asociados con corrientes eléctricas. Los mismos se usan, por ejemplo, como detectores de proximidad, medidores de velocidad y distancia, brújulas de navegación, sensores de corriente, etc. Todas estas propiedades se miden sin necesidad de contacto físico con el medio bajo observación, lo cual constituye uno de sus principales atractivos.

Tipos de sensores magnéticos

Los sensores magnéticos se catalogan principalmente de acuerdo a su principio de funcionamiento y el rango de intensidades de campo que cubren. Desde este último punto de vista, se habla de sensores de campo bajo, medio y alto.

Los sensores de campo bajo se utilizan para aplicaciones médicas, investigativas y militares. Un ejemplo representativo lo constituyen los dispositivos superconductores de interferencia cuántica o SQUID, desarrollados en 1962. Los mismos están basados en las propiedades de las llamadas uniones josephson y son capaces de detectar campos magnéticos tan pequeños como los del cerebro humano,

Otros ejemplos de sensores de campo bajo son los magnetómetros de bobina de búsqueda, de precesión nuclear, de bombeo óptico y de fibra óptica.

Los magnetóinetros de bobina de búsqueda, en particular, están basados en la ley de la inducción de Faraday, la cual establece que en una bobina inmersa en un campo magnético variable se induce un voltaje proporcional a la rata de cambio del mismo. Son relativamente económicos y fáciles de fabricar, pero no pueden detectar campos estáticos o que cambian lentamente. Son muy utilizados, por ejemplo, en sistemas inteligentes de control de tráfico.

Los sensores de campo medio aprovechan las características, anomalías y cambios (el campo magnético terrestre. Un ejemplo lo constituyen los magnetómetros de compuerta de flujo (fluxgate), desarrollados en 1928 y muy utilizados en sistemas de navegación basados en brújulas. Constan de dos bobinas, una primaria y una secundaria, devanadas alrededor de un núcleo ferromagnético de alta permeabilidad. Al primario se aplica una onda cuadrada, digamos de 10kHz, y en el secundario se recibe como respuesta una señal que representa los cambios en la permeabilidad del iuticlco causados por el campo magnético externo.

Los sensores de campo alto

Utilizan el campo magnético producido por imanes permanentes para magnetizar o polarizar objetos ferromagnéticos vecinos y detectar así cambios en su propio campo circundante. Son los más empleados a nivel industrial. En esta categoría se incluyen los reedstiwches, las magnetotencias y los dispositivos de efectos HHALL, Wiegand y GMR (magneto resistivo gigante).

Son, los dispositivos comerciales utilizan materiales semiconductores especiales, donde el efecto Hall es más notable. En estos casos, el elemento sensor básico es generalmente una tira de arseniuro de galio (Gas) o de indio (mas) la cual, cuando se poliniza mediante una corriente constante y se sumerge en un campo magnético transversal a su superficie, genera un voltaje proporcional a la intensidad del campo. Este voltaje se refuerza mediante un amplificador operacional incorporado en el producto y se pro-cesa para proporcionar una señal de salida útil.

En algunos dispositivos, el voltaje Hall amplificado se proporciona directamente en uno de los pines de salida del componente. Este es el caso de los transductores de efecto Hall lineales. En otros, dicho voltaje se compara con un voltaje de referencia interno para proporcionar una señal de salida digital. Este es el caso de los interruptores de efecto Hall, como el circuito integrado UGN-3020T de Sprague,el cual contiene, en una misma cápsula de 3 pines un sensor de efecto Hall, un amplificador, un schnzitt trigger, un transistor de salida NPN de colector abierto y un regulador de voltaje.

SENSORES DE PRESION

SENSYM - SX01, SX05, SX15, SX30, SX100, SX150

0 -1 psi a 0 - 150 psi

Los sensores monolíticos de presión de la serie "SX" de SENSYM permiten medir hasta 150 psi (aproximadamente 10 bar). Estan proyectados para trabajar en medios no corrosivos y no iónicos tales como aire y gases secos. Varios rangos estan disponibles para medir presiones absolutas y diferenciales, desde 0 a 1 psi (SX01) hasta 0 a 150 psi (SX150). Los sensores absolutos (A) tienen una referencia interna al vacío y una salida proporcional a la presión absoluta. Los sensores diferenciales permiten la aplicación de presión en los dos lados del diafragma. Esta serie se destaca por la alta impedancia del puente (4500 ohms), lo que posibilita un bajo consumo haciendo posible su uso en instrumentos portátiles a batería. APLICACIONES: electromedicina, barómetros, controles industriales, etc.

CODIGO	TIPO	RANGO DE PRESION	PRESION MAXIMA	SENSIBILIDAD (mV/psi)	LINEALIDAD E HISTERESIS ±%FS	FIGURA
SX01DN	DIFERENCIAL	0 - 1 psi	20 psi	48	0.2	A
SX05DN	DIFERENCIAL	0 - 5 psi	20 psi	36	0.1	A
SX15AN	ABSOLUTO	0 - 15 psi	30 psi	18	0.1	A
SX15DN	DIFERENCIAL	0 - 15 psi	30 psi	18	0.1	A
SX30AN	ABSOLUTO	0 - 30 psi	60 psi	9	0.1	A
SX30D	DIFERENCIAL	0 - 30 psi	60 psi	9	0.1	B
SX30DN	DIFERENCIAL	0 - 30 psi	60 psi	9	0.1	A
SX100DN	DIFERENCIAL	0 - 100 psi	150 psi	3.6	0.1	A
SX150DN	DIFERENCIAL	0 - 150 psi	200 psi	1.8	0.2	A

                    1 bar = 14.5 psi = 760 mm de Hg.
 
 

 
 24/10/2000

F O T O T R A N S I S T O R E S
CODIGO	IC (mA)	CONDICIONES  Ee (mW/cm2)	VCEO MAX (V)	VCEO sat  (V)	CONMUT. tr-tf (mS)	ENCAPSULADO	LENTE	ANGULO DE  MEDIA  POTENCIA (GRADOS)	TIPO	FIGURA
FPT610  CLT3160  CLT3170  CLT3020  CLT3030  L14F1 #  L14G1  L14G3  L14C1  FPT700  SFH309FA-4  * SFH300FA * FPT100  FPT110  PT430F  L14Q1  MRD14B #	3 0.5 0.5 0.1 0.2 3 6 12 1 1 1 1 1.4 0.8 0.2 1 2	5 5 5 5 5 0.05 3 3 3 5 0.5 0.5 5 5 1 1.5 2	30 50 40 50 40 25 45 45 50 50 35 35 30 30 35 30 12	0.3 0.3 0.3 0.3 0.3 0.9 0.4 0.4 0.4 0.7 0.2 0.1 0.3 0.3 0.4 0.4 0.9	3 - 3  1.5 - 1.5  1.5 - 1.5  1.5 - 1.5  1.5 - 1.5  300 -  250 8 - 7  8 - 7 5 - 5  2.8 - 2.8  7 - 7 10 - 10 2.8 - 2.8  2.8 - 2.8  - 8 - 50  100 - 150	P/IMPRESO  MINIATURA  MINIATURA  MINIATURA  MINIATURA  TO-18  TO-18  TO-18  TO-18  3 mm  3 mm 5 mm 5 mm  5 mm  TO-92 2pin TO-92 2pin TO-92 3pin	PLANO CURVO CURVO PLANO PLANO CURVO CURVO CURVO  PLANO  - - - CURVO PLANO  CURVO  PLANO  PLANO	80 30 30 70 70 12 20 20 80 - 12 25 60 90 26 70 -	CERAMICO METALICO METALICO METALICO  METALICO  METALICO  METALICO  METALICO  METALICO  PLASTICO  PLASTICO PLASTICO PLASTICO  PLASTICO  PLASTICO  PLASTICO  PLASTICO	7  10 10 10 10 12 6  6  2  9  9 8 3  5  1  1  1

^{# DARLINGTON
 * CON FILTRO PARA ATENUAR LUZ AMBIENTE}

08/04/03
 
 

F O T O D I O D O S
CODIGO	TIPO DE  LENTE	CORRIENTE DE  CORTOCIRCUITO ISC (µA)	TENSION DE  CIRCUITO  ABIERTO  Voc (V)	CORRIENTE EN  OSCURIDAD  Id (max) (nA)	TIEMPO DE  CONMUTACION tr , tf (µS)	PICO DE RESPUESTA ESPECTRAL (nm)	ENCAPSULADO
BPW24R	CURVO	65 (1)	0.35	1	7	870	TO-18
BP104	PLANO	45 (1)	0.35	2	0.1	950	DIL

SENSOR DE HUMEDAD 5X38H122R CAPACITIVO - MEPCO/ELECTRA

El sensor 5X38H122R de HUMEDAD RELATIVA está formado por una fina película de material plástico, recubierta en ambas caras por oro, constituyendo un capacitor. La constante dieléctrica de la película varía con la humedad relativa del ambiente. Las características del sensor no varían con el contacto del agua, pero la exposición o vapores de acetona debe ser evitada. AMPLIO RANGO DE MEDICION: 10% A 90% de HR CAPACIDAD: (a 25°C, 43% HR, 100Khz): 122pF ±15% FACTOR DE PERDIDA: (a 25°C, 100Khz): 3,5% MAX TIEMPO DE RESPUESTA: entre 10 y 43% de HR 3'max entre 43 y 90% de HR 5'max  TEMPERATURA DE OPERACION: 0 a 85°C FRECUENCIA DE OPERACION 1Khz a 1Mhz MAXIMA TENSION: 15V DEPENDENCIA CON LA TEMPERATURA:0,1% HR/°C NO SE DAÑA CON LA CONDENSACION 07/08/2002

 
 

En muchas aplicaciones industriales es necesario conocer la concentración y/o existencia de ciertos gases, humos y emisiones con el propósito de e valuar procesos o prevenir explosiones. En estas y otras situaciones juegan un papel importante los modernos detectores de gases. Este capítulo examina sus principios de funcionamiento, sus especificaciones y sus principales aplicaciones

Generalidades

Los gases son un tipo de fluido muy cornetín en aplicaciones industriales y no indústriala les. En la industria, por ejemplo, es importante determinar la Concentración de gases tales como oxígeno (02), (lIOXIdc) (IC Carbono (C02>, hidrógeno (112), metano (CH4), gas carbónico (CO), y otros gases y vapores orgánicos para analizar humos de salida de calderas de vapor, comprobar procesos de combustión, prevenir eventuales explosiones, etc. Para satisfacer estas y otras necesidades, se han desarrollado varias tecnologías de sensores (de gases,

Sensores de gas de efecto de campo

Los sensores de gas de efecto de campo, conocidos como GASFET, son básicamente MOSFET en los cuales, en vez de aluminio, se utiliza paladio como material de compuerta, figura 13.5a. El paladio adsorbe hidrógeno que se difunde en la interfaz paladio-óxido, alterando la tensión de umbral (VTH). Esta última es una medida de la concentración de hidrógeno. El dispositivo se hace trabajar a temperaturas entre 50C y 1 50C para favorecer la acción catalítica del paladio.

Los GASFET están generalmente integrados con drcultos electrónicos de procesamiento de señales y de control de temperatura. Sus principales aplicaciones incluyen la detección de fugas de hidrógeno en cohetes y refinerías, así como el monitoreo de la corrosión en equipos de alto valor. Por el mismo método pueden también medirse concentraciones de monóxido de carbono (CO), metano (CH) y amoníaco (NH3).

Otra variante de sensor de gas MOSFET es el FET de adsorción o ADFET, figura 13.5b, en el cual el óxido tiene un grosor inferior a 5 nm. Este dispositivo responde a concentraciones de gases que tienen un momento bipolar permanente, como el NH3, el CIH, CO, el NO, el NO el SO, y el vapor de agua. En todos estos casos, el campo eléctrico creado por las moléculas adsorbidas en la capa de óxido, controla la corriente de drenador. Una variante más es el FET de compuerta abierta u OGFET, que es básicamente un MOSFET sin puerta expuesto a una atmósfera gaseosa. En este caso, la corriente de drenador varía en función de la presión parcial de los gases.

Sensores de gases basados en la absorción de infrarrojos

La absorción de infrarrojos (IR) es una de las técnicas de detección y medición de gases más confiables y exactas que existen. La misma se basa en el hecho de que algunos gases, tales como el oxígeno, el nitrógeno, el hidrógeno y el cloro, no absorben prácticamente radiaciones infrarrojas. Otros, sin embargo, como el dióxido y el monóxido de carbono, el metano, el amoníaco y el vapor de agua si lo yací, y en cantidades detectables para longitudes de onda específicas. Lo mismo sucede con muchos químicos importantes utilizados para procesos industriales y el monitoreo de la calidad del aire en interiores, como los compuestos refrigerantes de clorofluorocarbono.

La unicidad del espectro de absorción de cada gas posibilita la identificación y cuantificación exacta de químicos en líquidos y mezclas de gases con poca interferencia de otros gases. Un dispositivo muy común que hace uso de esta característica es el aiudizador (le infrarrojos mostrado en la figura 13.7, el cual consta de una cámara de referencia que se inicia con tui gas no absorbente, digamos nitrógeno (N,), y una cámara de detección donde se coloca una muestra del gas absorbente a analizar, por ejemplo metano (CH4).

En este caso, a cada cámara se aplica alternativamente una radiación IR de longitud de onda específica, de nodo que la radiación que pasa a través de la primera no se atenúa, mientras que la de la otra es absorbida proporcionalmente a la concentración del gas bajo análisis.

Cabezales y sistemas de detección de gases

Los cabezales de detección (detector heads) son dispositivos inteligentes de adquisición dc datos que integran, en una misma unidad, LillO O mas SCI1SO- res de gas, una salida eléctrica y toda la infraestructura física (hardware) necesaria para el mLlestFeO, tales como filtros, conductos, unidades dc pirolisis y bombas dc succion.El diagrama de bloques de un cabezal de detección moderno que utiliza pirolisis (descomposición química mediante calor) para oxidar el gas deseado y hacerlo más fácilmente detectable.

Se requieren varios tipos de filtros para proteger el sensor, la honiha de nluestreo, el

medidor (le flujo, etc., así COI11O para bloquear gases interferentes. Las muestras de gas se recogen generalmente por succión o difusión y se dirigen hacia el detector a través de tubos de teflón. La recolección por succión es particularmente adecuada en situaciones de flujo de aire variable.

Los cabezales de detección de gases son muy utilizados en instrumentos portátiles y en sistemas de monitoreo fijos para detectar fugas y concentraciones riesgosas. Un sistema de detección de gases consta de varios cabezales fijos asociados a los puntos de interés, un centro de monitoreo y control, y una interfaz hacia otros sistemas y dispositivos de seguridad. Dependiendo de la forma como se lleven las muestras de gases hacia los detectores y se comuniquen estos últimos con el centro de monitoreo y control, existen varias arquitecturas o configuraciones, la cual utiliza un sensor centralizado que explora secuencial mente las muestras de gas de los puntos bajo monitoreo. Estas muestras son conducidas al detector a través de una red de tubería. Otra alternativa es un sistema distribuido, el cual utiliza sensores dedicados para cada punto.

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