Sensores Y Transductores Eléctricos.

4.1. Sensores y transductores eléctricos.

Sensores

Definiciones:

1. El sensor es un dispositivo que convierte una señal física en otra señal física distinta, es decir, convierte un tipo de energía en otro.

2. Se define normalmente como el elemento que se encuentra en contacto directo con la magnitud que se va a evaluar. El sensor recibe la magnitud física y se la proporciona al transductor.

3. 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.

Áreas de aplicación de los sensores: Industria automotriz, robótica, industria aeroespacial, medicina, industria de manufactura, etc.

Los sensores pueden estar conectados a un computador para obtener ventajas como son el acceso a una base de datos, la toma de valores desde el sensor, etc.

Características

• 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.

Tipos de sensores

• Posición lineal o angular

 Potenciómetro (analógico): es un resistor cuyo valor de resistencia es variable. Se puede controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito si se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial al conectarlo en serie.

 Encoder (digital): Suele ser un dispositivo electromecánico usado para convertir la posición angular de un eje a un código digital, lo que lo convierte en una clase de transductor. Estos dispositivos se utilizan en robótica, en lentes fotográficas de última generación, en dispositivos de entrada de ordenador (tales como el ratón y el TrackBall), y en plataformas de radar rotatorias.

 Sensor Hall (digital): Se sirve del efecto Hall para la medición de campos magnéticos o corrientes o para la determinación de la posición. Modificación de un campo magnético por presencia de objetos metálicos. El efecto Hall relaciona la tensión entre dos puntos de un material conductor o semiconductor con un campo magnético a través de un material.

• Desplazamiento y deformación

 Transformador diferencial de variación lineal (analógico): El LVDT según sus siglas en inglés, es un tipo de transformador eléctrico utilizado para medir desplazamientos lineales.

 Galga extensiométrica (analógico): es un sensor, para medir la deformación, presión, carga, torque, posición, entre otras cosas, que está basado en el efecto piezorresistivo, el cual es la propiedad que tienen ciertos materiales de cambiar el valor nominal de su resistencia cuando se le someten a ciertos esfuerzos y se deforman en dirección de los ejes mecánicos.

 Magnetoestrictivos (A/D): Los transductores de desplazamiento MTS, basados en un principio de medida sin contacto, se utilizan para detectar la posición de elementos móviles en multitud de procesos industriales.

 Megnetorresistivos (analógico): Un sensor magnetorresistivo es un cristal Sn dopado InSb con propiedades de sensar campos electromagnéticos con muy baja deriva a la temperatura. Es usado en la detección de rotaciones de motores. Encapsulado SON y DIP.

• Velocidad lineal y angular

 Dinamo taco métrica (analógico).

 Encoder (digital): suele ser un dispositivo electromecánico usado para convertir la posición angular de un eje a un código digital, lo que lo convierte en una clase de transductor. Estos dispositivos se utilizan en robótica, en lentes fotográficas de última generación, en dispositivos de entrada de ordenador (tales como el ratón y el trackball), y en plataformas de radar rotatorias. Hay dos tipos principales: absoluto e incremental (relativo).

 Detector inductivo (digital).

 Servo-inclinó metros (A/D).

 RVDT (analógico).

 Giróscopo: es un dispositivo mecánico que sirve para medir, mantener o cambiar la orientación en el espacio de algún aparato o vehículo.

• Aceleración: Miden la aceleración.

 Acelerómetro (analógico):

Se denomina acelerómetro a cualquier instrumento destinado a medir aceleraciones. Esto no es necesariamente la misma que la aceleración de coordenadas (cambio de la velocidad del dispositivo en el espacio), sino que es el tipo de aceleración asociadas con el fenómeno de peso experimentada por una masa de prueba que se encuentra en el marco de referencia del dispositivo.

 Servo-acelerómetros: Se compone de un galvanómetro en forma de péndulo y un sensor óptico, por ello tienen alta estabilidad ante cambios de temperatura, estabilidad a largo plazo del cero y son inmunes a vibraciones.

• Fuerza y por deformación: Son pequeños, fiables y de bajo coste.

 Galga extensiométrica (Analógico): Es un sensor, para medir la deformación, presión, carga, torque, posición, entre otras cosas, que está basado en el efecto piezorresistivo, el cual es la propiedad que tienen ciertos materiales de cambiar el valor nominal de su resistencia cuando se le someten a ciertos esfuerzos y se deforman en dirección de los ejes mecánicos.

 Triaxiales (A/D).

• Presión: Están basados en tecnología piezoresistiva, combinada con micro-controladores que proporcionan una alta precisión, independiente de la temperatura, y de la capacidad de comunicación digital directa con PC. Las aplicaciones son múltiples, se hacen instrumentos para aviación, laboratorios, etc.

 Membranas (analógicos).

 Piezoeléctricos (analógicos):

 Manómetros Digitales (digital):

• Caudal: Contienen una estructura de película fina aislada térmicamente, que contiene elementos sensibles de temperatura y calor.

 Turbina (analógica): Éstas son máquinas de fluido, a través de las cuales pasa un fluido en forma continua y éste le entrega su energía a través de un rodete con paletas o álabes.

 Magnético (analógico).

• Temperatura: Estos sensores consisten en una fina película de resistencia variable con la temperatura y están calibrados por láser para una mayor precisión, las salidas lineales son estables y rápidas.

 Termopar (analógico): Es un transductor formado por la unión de dos metales distintos que produce un voltaje (efecto Seebeck), que es función de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos denominado "punto caliente" o unión caliente o de medida y el otro denominado "punto frío" o unión fría o de referencia.

 RTD (analógico): Es un detector de temperatura resistivo, es decir, un sensor de temperatura basado en la variación de la resistencia de un conductor con la temperatura.

 Termistor NTC (analógico): Es un sensor resistivo de temperatura negativo.

 Termistor PTC (analógico): Es un sensor resistivo de temperatura positivo.

 Bimetal-Termostato (1/0): Es el componente de un sistema de control simple que abre o cierra un circuito eléctrico en función de la temperatura.

• Sensores de presencia.

 Inductivos (1/0).

 Capacitivos (1/0).

 Ópticos (1/0 y analógico).

• Sensores táctiles.

 Matriz de contactos (1/0).

 Piel artificial

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