Resumen En robótica, algunas situaciones de medición del entorno pueden requerir del uso de elementos de detección sensibles a los campos magnéticos.




descargar 21.79 Kb.
títuloResumen En robótica, algunas situaciones de medición del entorno pueden requerir del uso de elementos de detección sensibles a los campos magnéticos.
fecha de publicación05.01.2016
tamaño21.79 Kb.
tipoResumen
med.se-todo.com > Química > Resumen


Tercer parcial, Fundamentos

de electricidad y magnetismo.



Sensores de Magnetismo: Descripción y funcionamiento.



Geraldine Díaz 1.
1Ingeniería Química 244621.

Resumen

En robótica, algunas situaciones de medición del entorno pueden requerir del uso de elementos de detección sensibles a los campos magnéticos. En principio, si el robot debe moverse en ambientes externos a un laboratorio, una aplicación importante es una brújula que forme parte de un sistema de orientación para el sístema. Otra aplicación es la medición directa de campos magnéticos presentes en las inmediaciones, que podrían volverse peligrosos para el "cerebro" del robot si su intensidad es importante. Una tercera aplicación es la medición de sobrecorrientes en la parte motriz (detectando la intensidad del campo magnético que genera un conductor en la fuente de alimentación). También se podrán encontrar sensores magnéticos en la medición de movimientos, como el uso de detectores de "cero movimiento" y tacómetros basados en sensores por efecto Hall o pickups magnéticos.
Palabras claves: Sensores, campo magnetico, aplicaciones.

© 2010 Fundamentos de electricidad y magnetismo. Universidad Nacional de Colombia.




En la actualidad, los robots comerciales e industriales son ampliamente utilizados y realizan tareas de forma más exacta o más barata que los humanos. Por lo que en su estructura se hace necesario incluir elementos sensibles al entorno que además de permitirle interactuar con este, le capacite para entenderlo y, si es necesario, reaccionar y protegerse.

Un mecanismo efectivo que se puede estudiar, intervenir e incluso manipular, con tales fines es el campo magnético con el cual interactua el robot, por lo que se hacen importantes los sensores de campo magnético.

Un sensor es un dispositivo que detecta manifestaciones de cualidades o fenómenos físicos o químicos, llamadas variables de instrumentación, como la temperatura, la intensidad luminosa, la distancia, la aceleración, el pH, etc.y convierte estos fenómenos físicos o quimicos en un cambio de alguna variable, por ejemplo: resistencia eléctrica (como una RTD),capacidad eléctrica (como un sensor de humedad), tension eléctrica (como un termopar), corriente eléctrica (como un fototransistor), etc. La

diferencia de un sensor respecto a un transductor, es que el sensor esta siempre en contacto con la variable a medir o a controlar.Recordando que la señal que nos entrega el sensor no solo sirve para medir la variable, si no tambien para convertirla mediante circuitos electrónicos en una señal estandar (4 a 20 mA, o 1 a 5VDC) para tener una relacion lineal con los cambios de la variable sensada dentro de un rango(span), para fines de control de dicha variable en un proceso.

Generalmente, un sensor de campo magnético mide una componente de vector del campo magnético cerca de la sonda de sensor. La sonda puede ajustarse, permitiendo que el usuario mida los campos que son paralelos o perpendiculares al eje del sensor.

Algunas variedades de sensores de campo magnético, usados en robots, son:


  • Pickups magnéticos (sensores inductivos)

Entre los sensores de proximidad industriales de uso frecuente se encuentran los sensores basados en un cambio de inductancia debido a la cercanía de un objeto metálico.


Figura 1. Diseño sensor inductivo
La figura 1 muestra el esquema de un sensor inductivo o "pickup magnético", que consiste en una bobina devanada sobre un imán permanente, ambos insertos en un receptáculo o cápsula de soporte.







Si se coloca el núcleo del sensor en proximidad de un material ferromagnético, se produce un cambio en la posición de las líneas de flujo del imán permanente. En condiciones estáticas, no hay movimiento en las líneas de flujo y, por consiguiente, no se induce corriente en la bobina. Sin embargo, cuando un objeto ferromagnético ingresa en el campo del imán y/o lo abandona, el cambio que resulta en las líneas de flujo induce un impulso de corriente, cuya amplitud y forma son proporcionales a la velocidad de cambio del flujo.

La tensión que se mide sobre la bobina varía como función de la velocidad a la que se introduce el material ferromagnético en el campo del imán. La polaridad de la tensión depende del objeto que esté ingresando en el campo o abandonándolo.

También existe una relación entre la amplitud de la tensión y la distancia sensor-objeto. La sensibilidad cae rápidamente al aumentar la distancia. El sensor es eficaz a un milímetro o menos.


  • Sensores por "Efecto Hall"

En el mercado existe gran cantidad de sensores industriales para diversos usos, basados en el efecto que descubrió el científico Edwin Herbert Hall. El nombre de Hall, físico norteamericano, ha pasado a la posteridad debido a una singularidad electromagnética que descubrió por causalidad en el curso de un montaje eléctrico: el "Efecto Hall".

Cuando por una placa metálica circula una corriente eléctrica y ésta se halla situada en un campo magnético perpendicular a la dirección de la corriente, se desarrolla en la placa un campo eléctrico transversal, es decir, perpendicular al sentido de la corriente. Este campo, denominado Campo de Hall, es la resultante de fuerzas ejercidas por el campo magnético sobre las partículas de la corriente eléctrica, sean positivas o negativas.


Figura 2. Diagrama efecto Hall.
Este fenómeno tiene dos consecuencias principales. La primera es que la acumulación de cargas en un lado de la placa, en el campo así creado, implica que el otro lado tiene una carga opuesta, creándose entonces una diferencia de potencial; la segunda es que la carga positiva posee un potencial superior al de la carga negativa. La medida del potencial permite, por tanto, determinar si se trata de un campo positivo o negativo.

En la mayor parte de los metales, la carga es negativa, pero en algunos metales como el hierro, el zinc, el berilio y el cadmio es positiva, y en los semiconductores es positiva y negativa al mismo tiempo. Hay una desigualdad entre los intercambios negativos y los positivos; también en este caso, la medida del potencial permite saber cuál domina, el positivo o el negativo.

Los sensores basados en efecto Hall suelen constar de un elemento conductor o semiconductor y un imán. Cuando un objeto ferromagnético se aproxima al sensor, el campo que provoca el imán en el elemento se debilita. Así se puede determinar la proximidad de un objeto, siempre que sea ferromagnético.







Una de las aplicaciones de los sensores por efecto Hall que más se ha instalado en la industria, en especial en la automotriz, es como reemplazo del sensor inductivo o pickup magnético (basado en un imán permanente y una bobina). Dado que en este caso el sensor, por estar implementado por un semiconductor, tiene la capacidad de poseer electrónica integrada, la señal que sale de los sensores por efecto Hall para uso como detectores de proximidad por lo general ya está amplificada y condicionada, de modo que su utilización es mucho más directa, fácil y económica.

Otra aplicación es la medición de la corriente que circula por un conductor, con lo que se pueden implementar medidores de seguridad sin necesidad de insertarlos en el circuito eléctrico de un sistema donde se maneja potencia. Los sensores pueden estar construidos en una cápsula de tipo circuito integrado o una de transistor, (dispositivo electrónico de material semiconductor (germanio, silicio) capaz de controlar una corriente eléctrica, amplificándola y/o conmutándola. Posee tres conexiones: Colector, Emisor y Base), o también pueden tener una carcaza con un orificio por el que pasará el cable cuya corriente se va a medir.
Se utilizan también chips por efecto Hall como interruptores accionados por el campo magnético de un imán. Un caso concreto es en los sensores de los sistemas de alarma (aquellos que se colocan en puertas y ventanas, para detectar su apertura). Estos interruptores tienen la ventaja de no sufrir fricción al ser accionados, ya que el único elemento que toma contacto es el campo magnético. Son utilizados en teclados de alta eficiencia, y estos mismos interruptores se pueden usar como sensores de choque (contacto físico), posición de un mecanismo, cuentavueltas, límite de carrera y otras detecciones mecánicas dentro y en el exterior de un robot.


Algunos ejemplos comerciales de sensores son:


  • Módulo CMPS03 de brújula







Para agregar orientación geográfica al robot, se puede utilizar el módulo CMPS03 de Devantech, que determina un ángulo respecto al campo magnético de la Tierra. Este módulo es una plaqueta de 26 x 28 mm que utiliza dos sensores de campo magnético KMZ51 de Philips, suficientemente sensibles como para detectar el campo magnético terrestre. Tiene una resolución de 0,1 grados y una precisión de 3 a 4 grados. Se puede conectar con facilidad a un microcontrolador, utilizando una interfaz I2C. También tiene una salida en la que indica el ángulo con un pulso de ancho modulado.

  • Sensores KMZ10: usan el efecto MAGNETO RESISTIVO, la propiedad por la cual, un material magnético cambia su resistencia en presencia de un campo magnético externo. Esto proporciona un excelente medio para medir con precisión desplazamientos lineales y angulares (por ejemplo en varillas metálicas, levas, cremalleras), pués pequeños movimientos mecánicos producen cambios medibles en el campo magnético.
    Los sensores de esta serie encuentran aplicación en instrumentación y control de procesos, como también en automatización industrial.

Es evidente entonces, la importancia del conocimiento y la adecuada aplicación de los fundamentos y leyes del magnetismo a la hora de innovar y/o modelar en los diferentes proyectos que se quieran llevar a cabo. No solamente para emplear teorías estudiadas, sino fundamentalmente, para aprovechar los medios que la naturaleza y el ambiente brinda, optimizando asi la labor de ingeniería y minimizando costos, que en definitiva es un factor determinante en un proyecto.
Referencias

[1] http://www.gmelectronica.com.ar/catalogo/pag48.html

(citado el 21 de mayo de 2010 )
[2] http://axxon.com.ar/rob/Sensores_magnetismo.htm

( citado el 21 de mayo de 2010 )
[3]http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/elecmagnet/campo_magnetico/ampere/ampere.xhtml

( citado el 21 de mayo de 2010 )
[4] http://www.mitecnologico.com/Main/Sensores

( citado el 21 de mayo de 2010 )



similar:

Resumen En robótica, algunas situaciones de medición del entorno pueden requerir del uso de elementos de detección sensibles a los campos magnéticos. iconResumen se calcula la aceleración de un sistema dinámico frente a...

Resumen En robótica, algunas situaciones de medición del entorno pueden requerir del uso de elementos de detección sensibles a los campos magnéticos. iconBiomagnetismo: Aplicación De Los Campos Magnéticos En Los Seres Vivos

Resumen En robótica, algunas situaciones de medición del entorno pueden requerir del uso de elementos de detección sensibles a los campos magnéticos. iconResumen el viento solar es un fenómeno natural que se presenta en...

Resumen En robótica, algunas situaciones de medición del entorno pueden requerir del uso de elementos de detección sensibles a los campos magnéticos. iconResumen La didáctica de la Química es un área que no ha estado ajena...

Resumen En robótica, algunas situaciones de medición del entorno pueden requerir del uso de elementos de detección sensibles a los campos magnéticos. icon¿Por qué algunas personas son más sensibles que otras al olor a sudor?

Resumen En robótica, algunas situaciones de medición del entorno pueden requerir del uso de elementos de detección sensibles a los campos magnéticos. iconResumen Se estudiaron los cambios de algunas propiedades fisicoquímicas...

Resumen En robótica, algunas situaciones de medición del entorno pueden requerir del uso de elementos de detección sensibles a los campos magnéticos. iconLos elementos son sustancias puras formadas sólo por una clase de...

Resumen En robótica, algunas situaciones de medición del entorno pueden requerir del uso de elementos de detección sensibles a los campos magnéticos. iconCuestionario Mencione 3 campos en los cuales los procedimientos de...

Resumen En robótica, algunas situaciones de medición del entorno pueden requerir del uso de elementos de detección sensibles a los campos magnéticos. iconResumen del estudio sobre el uso de los modelos de utilidad en tailandia

Resumen En robótica, algunas situaciones de medición del entorno pueden requerir del uso de elementos de detección sensibles a los campos magnéticos. iconConstrucción de líneas de descarga para transporte de hidrocarburos...


Medicina



Todos los derechos reservados. Copyright © 2015
contactos
med.se-todo.com