Sensor de reluctancia variable

Un sensor de reluctancia variable (conocido comúnmente como sensor VR ) es un transductor que mide los cambios en la reluctancia magnética . Al combinarse con circuitos electrónicos básicos, el sensor detecta cambios en la presencia o proximidad de objetos ferrosos.

Con circuitos más complejos y la adición de software y hardware mecánico específico, un sensor VR también puede proporcionar mediciones de velocidad lineal, velocidad angular , posición y par.

Un sensor VR utilizado como un simple sensor de proximidad puede determinar la posición de un eslabón mecánico en una pieza de equipo industrial.

En un motor de automóvil, un sensor de posición del cigüeñal se utiliza para proporcionar la posición angular del cigüeñal a la unidad de control del motor . La unidad de control del motor puede entonces calcular la velocidad del motor ( velocidad angular ).

Los sensores de velocidad que se utilizan en las transmisiones de los automóviles miden la velocidad de rotación (velocidad angular) de los ejes dentro de la transmisión. La unidad de control del motor o la unidad de control de la transmisión (según el automóvil) utiliza estos sensores para determinar cuándo cambiar de una marcha a la siguiente.

Una pastilla utilizada en una guitarra eléctrica (u otro instrumento musical) detecta las vibraciones de las "cuerdas" metálicas. Consulte la sección "Pastillas (tecnología musical)" para obtener más detalles sobre esta aplicación.

Este sensor consta de un imán permanente , una pieza polar ferromagnética y una bobina de alambre.

Los sensores VR necesitan conformación de forma de onda para que su salida sea legible digitalmente. La salida normal de un sensor VR es una señal analógica, con una forma similar a una onda sinusoidal. La frecuencia y amplitud de la señal analógica son proporcionales a la velocidad del objetivo. Esta forma de onda debe ser cuadrada y aplanada mediante un chip electrónico como un comparador para que sea legible digitalmente. Si bien se pueden implementar circuitos de interfaz de sensores VR discretos, la industria de semiconductores también ofrece soluciones integradas. Algunos ejemplos son el circuito integrado de interfaz de sensor VR MAX9924 a MAX9927 de Maxim Integrated Products, el amplificador de sensor VR LM1815 de National Semiconductor y el NCV1124 de ON Semiconductor. Un circuito de interfaz de sensor VR integrado como el MAX9924 cuenta con una etapa de entrada diferencial para proporcionar una mayor inmunidad al ruido, un amplificador de precisión y un comparador con umbral de pico adaptativo interno habilitado por el usuario o un umbral externo programado por el usuario para proporcionar un amplio rango dinámico y un circuito de detección de cruce por cero para proporcionar información de fase precisa.

Para medir la posición angular o la velocidad de rotación de un eje, se puede acoplar al mismo un anillo reluctor dentado de material ferroso (a veces llamado simplemente reluctor ). A medida que los dientes de la rueda giratoria (u otros elementos objetivo) pasan por la superficie del imán, la cantidad de flujo magnético que lo atraviesa y, por consiguiente, la bobina, varía. Cuando el diente del engranaje está cerca del sensor, el flujo es máximo. Cuando el diente está más lejos, el flujo disminuye. El movimiento del elemento objetivo genera un flujo variable en el tiempo que induce una tensión proporcional en la bobina. Posteriormente, se utilizan componentes electrónicos para procesar esta señal y obtener una forma de onda que se puede contar y cronometrar con mayor facilidad. Este sistema se ha empleado en el encendido electrónico y el sistema de frenado ABS de los automóviles . Al acoplar dos anillos reluctores a un eje, se puede medir el par. El espaciado entre los dientes de los anillos reluctores puede ser uniforme o irregular. ^{[ 1 ]}

Los sensores VR se basan en una tecnología muy madura y ofrecen varias ventajas significativas. La primera es su bajo costo: las bobinas de alambre y los imanes son relativamente económicos. Desafortunadamente, el bajo costo del transductor se ve parcialmente compensado por el costo de los circuitos de procesamiento de señal adicionales necesarios para recuperar una señal útil. Y debido a que la magnitud de la señal generada por el sensor VR es proporcional a la velocidad del objetivo, es difícil diseñar circuitos que admitan señales de muy baja velocidad. Un sistema de detección VR dado tiene un límite definido en cuanto a la velocidad mínima a la que el objetivo puede moverse y aún así generar una señal útil. Una tecnología alternativa, pero más costosa, es el sensor de efecto Hall . Los sensores de efecto Hall son sensores de cero rpm reales y proporcionan información activamente incluso cuando no hay ningún movimiento de transmisión.

Un área en la que los sensores VR destacan es en aplicaciones de alta temperatura. Dado que la temperatura de funcionamiento está limitada por las características de los materiales utilizados en el dispositivo, con una construcción adecuada, los sensores VR pueden funcionar a temperaturas superiores a 300  °C. Un ejemplo de esta aplicación extrema es la detección de la velocidad de la turbina de un motor a reacción o el control de la posición del árbol de levas y el cigüeñal en un automóvil.