Sensores basados en corrientes de Foucault

Son las corrientes que aparecen en los materiales conductores que están próximos a campos magnéticos variables, como son los núcleos de los transformadores, carcasas de protección, hierros del estator o rotor de los motores, etc.

Si se introduce un material conductor dentro del campo magnético de una bobina por la que circula una corriente alterna, se modifica su impedancia debido a que se inducen corrientes de Foucault en el material que crean un campo magnético opuesto al de la bobina. Cuanto más cerca están la bobina y la superficie, mayor es el cambio de impedancia.

En ingles las corrientes de Foucault se denominan corrientes de Eddy y los sensores que aprovechan este fenómeno se llaman Eddy current sensors.

Para poder utilizar este método de medida el espesor del material en el que se inducen las corrientes debe ser grande comparado con la profundidad de penetración de aquellas, que viene dada por la expresión

Medida de un espesor de una material ferromagnético a partir de una variación de reluctancia.

La relación entre la impedancia de la bobina y la distancia a la que está situado el conductor no es lineal, pero pueden utilizarse a temperaturas superiores a la de Curie. Se utilizan para la medida de espesores y para la detección de objetos metálicos.

Distintas configuraciones de sensores basados en la corriente de Foucault

donde:

ζ es la conductividad de material

μ su permeabilidad

f la frecuencia de la corriente

La relación entre la impedancia de la bobina y la distancia del blanco es, en general, no lineal. El cambio de impedancia también depende del material y, por lo tanto, será sensible a sus cambios, debidos por ejemplo a variaciones de temperatura, que de esta forma afectaran a la sensibilidad.

La gran ventaja de estos sensores es que no requieren materiales ferromagnéticos para su funcionamiento. Por lo consiguiente, pueden emplearse a temperaturas altas, superiores a la de Curie, comercializándose modelos que trabajan hasta 600 C. además, algunas configuraciones no necesitan enlaces mecánicos, por lo que su carga mecánica es aún menor que en los sensores de reluctancia variable.

En la figura 2 se representan las configuraciones habituales. En un caso se trata de una bobina perpendicular a una superficie metálica, mientras que en el otro se trata de un manguito conductor que desliza sobre la compensación en el puente de medida. La frecuencia de alimentación es al 1Mhz o mayor, y un alcance de medida típico es de 0,5 mm a 60mm.

A parte de las aplicaciones similares a las de los sensores de reluctancia variable (detectores de proximidad, medidas de sensores, medidas de aceleración en sistema masa-resorte donde se mide el desplazamiento de la masa) hay algunas aplicaciones singulares. En la figura 3 se representa el esquema de una medida de nivel de metales líquidos. Las paredes del tubo son de acero poco magnético. Las inductancias de cada

bobina dependen de las corrientes de Foucault producidas en el líquido y, por lo tanto, cambio con el nivel.

En los tacómetros de arrastre hay un imán permanente que gira accionado por el eje cuya velocidad se desea medir. Al girar el imán, induce corrientes de Foucault en la capsula conductora, no ferromagnética, que crean su propio campo magnético interaccionado con el del imán. La carcaza esta retenida por un muelle, de forma que gira un determinado ángulo hasta que el par de recuperación del muelle iguale al par de arrastre, convirtiendo así velocidad en par. El ángulo girado viene indicado en un cuadrante.

La respuesta dinámica es de segundo orden.

En la figura 7 se muestra un sensor, denominado de anillo deslizante, que se basa en el mismo principio. En este caso hay un anillo conductor (cobre) que se desliza sobre un eje, de forma que su posición delimita el campo magnético creado por una bobina con un núcleo ferromagnético (en el caso de la figura, en forma de E, puesto que las corrientes de Foucault inducidas en el anillo creando un campo magnético opuesto. De este modo, el anillo actúa como aislante magnético y su posición determina la inductancia de la bobina. Una de sus aplicaciones es la medida de posiciones lineales y ángulos en automóviles.

Sensores inductivos de proximidad.

Sensores inductivos de proximidad

Los sensores de proximidad inductivos pueden ser de dos tipos:

Sensores enrasables Sensdores no enrasables

Sensores enrasables

Los Sensores enrasables o apantallados son sensores de proximidad inductivos en los que el cuerpo metálico que rodea a los distintos bloques que constituyen el sensor, se prolonga hasta la bobina sensora. Eso evita la dispersión del flujo electromagnético y lo concentra en la parte frontal tal como se indica en la figura. De esta forma se anula prácticamente el efecto de los metales circundantes y las interferencias mutuas cuando se instalan varios sensores inductivos contiguos.

Sensores no enrasables

Los sensores no enrasables son sensores cuyo recubrimiento metálico externo no llega hasta el borde de la cabeza sensora, es decir no están apantallados, lo que hace que el flujo se disperse por los laterales de la misma tal como se indica en la figura. Debido a ello el sensor no se puede enrasar con el soporte metálico que lo sustenta por estaría siempre activado.