ELECTRICIDAD Y ELECTRONICA INDUSTRIAL

CAMPO DE APLICACIÓN DE LA ELECTRICIDAD Y ELECTRÓNICA INDUSTRIAL.

1.- SENSORES Y TRANSDUCTORES ELÉCTRICOS

Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una Tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc.

Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto con la variable de instrumentación con lo que puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Como por ejemplo el termómetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la acción de la temperatura. Un sensor también puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra.

1.1.-TERMINOLOGÍA DE FUNCIONAMIENTO

Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el sensor.

Precisión: es el error de medida máximo esperado.

Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto de referencia para definir el offset.

Linealidad o correlación lineal.

Sensibilidad de un sensor: suponiendo que es de entrada a salida y la variación de la magnitud de entrada.

Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede apreciarse a la salida.

Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto varíe la magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las variaciones de la magnitud de entrada.

Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada, que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento (oxidación, desgaste, etc.) del sensor.

Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida.

Un sensor es un tipo de transductor que transforma la magnitud que se quiere medir o controlar, en otra, que facilita su medida. Pueden ser de indicación directa (e.g. un termómetro de mercurio) o pueden estar conectados a un indicador (posiblemente a través de un convertidor analógico a digital, un computador y un display) de modo que los valores detectados puedan ser leídos por un humano.

1.2.-DESPLAZAMIENTO, POSICIÓN Y PROXIMIDAD

Los sensores de desplazamiento miden la magnitud que se desplaza un objeto; los sensores de posición determinan la posición de un objeto en relación con un punto de referencia. Los sensores de proximidad son una modalidad de sensores de posición y determinan en qué momento un objeto se mueve dentro de una distancia crítica del sensor. Los anteriores son dispositivos cuyas salidas son, en esencia, del tipo todo o nada (encendido o apagado).

Al elegir un sensor de desplazamiento, posición o proximidad, deberá tener en cuenta lo siguiente:

La magnitud del desplazamiento: ¿estamos hablando de fracciones de milímetros, de varios milímetros o quizás de metros? En el caso de un sensor de proximidad ¿qué tanto debe aproximarse un objeto para detectarlo?

Si el desplazamiento es lineal o angular, los sensores de desplazamiento lineal sirven para monitorear el grosor u otras dimensiones de materiales en forma de hoja, la separación de rodillos, la posición o la existencia de un parte, dimensiones de ésta, etc; los métodos de desplazamiento angular sirven para monitorear el desplazamiento angular de ejes.

La resolución que se necesita.

La exactitud que se necesita.

El material del que está hecho el objeto que se mide; algunos sensores sólo funcionan con materiales magnéticos, otros sólo con metales y algunos otros sólo con aislantes.

El costo.

Los sensores de desplazamiento y de posición se pueden clasificar en dos tipos básicos: sensores de contacto, en los cuales, el objeto que se mide está en contacto mecánico con el sensor, y sensores sin contacto, en los que no hay contacto físico entre el objeto y el sensor. En los métodos de desplazamiento lineal por contacto, en general se utiliza un eje sensor en contacto directo con el objeto que se monitorea. El desplazamiento de este eje se monitorea mediante un sensor. Su movimiento se aprovecha para provocar cambios de voltaje eléctrico resistencia, capacidad o inductancia mutua. En el caso de los métodos de desplazamiento angular, en los que se utiliza una conexión mecánica mediante la rotación de un eje, la rotación del elemento transductor se activa directamente mediante engranajes. En los sensores que no hay contacto se recurre al objeto medido en las proximidades de dichos sensores, o quizá cambios en la presión del aire del sensor, o quizá cambios de inductancia o capacitancia.

1.3.-SENSORES DE MOVIMIENTO (POSICIÓN, VELOCIDAD Y ACELERACIÓN)

1. Electromecánicos:

Una masa con un resorte y un amortiguador.

2. Piezo-eléctricos:

Una deformación física del material causa un cambio en la estructura cristalina y así cambian las características eléctricas.

3. Piezo-resistivos:

Una deformación física del material cambia el valor de las resistencias del puente.

4. Capacitivos:

El movimiento paralelo de una de las placas del condensador hace variar su capacidad.

5. Efecto Hall:

La corriente que fluye a través de un semiconductor depende de un campo magnético.

Los sensores de movimiento permiten la

medida de la fuerza gravitatoria estática (cambios de inclinación), la medida de la aceleración dinámica (aceleración, vibración y choques), y

la medida inercial de la velocidad y la posición (la velocidad midiendo un eje y la posición midiendo los dos ejes).

Aplicaciones:

Aceleración / Desaceleración (Air Bag), Velocidad / Cambio de velocidad, Choques /Vibraciones, Detección prematura de fallos en un equipo en rotación, Detección y medida de manipulaciones,Actividad sísmica.

1.4.-SENSORES DE FUERZA

Varía su resistencia interna conforme varía la fuerza aplicada

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