4.1 Sensores y transductores electricos PDF

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4.1 Sensores y transductores eléctricos Introducción En este documento encontraras información sobre los sensores y transductores eléctricos, desde los tipos de cada uno además de sus diferentes clasificaciones y una explicación de cuál es su funcionamiento y en donde son utilizados estos dispositivos eléctricos.

Sensor Un sensor es un dispositivo que está capacitado para detectar acciones o estímulos externos y responder en consecuencia. Estos aparatos pueden transformar las magnitudes físicas o químicas en magnitudes eléctricas. Por ejemplo: existen sensores que se instalan en los vehículos y que detectan cuando la velocidad de desplazamiento supera la permitida; en esos casos, emiten un sonido que alerta al conductor y a los pasajeros. Otro tipo de sensor muy habitual es aquel que se instala en la puerta de entrada de las viviendas y reacciona ante el movimiento. Si una persona se acerca al sensor, éste emite una señal y se enciende una lámpara. La utilización de estos sensores está vinculada a la seguridad, ya que evitan que alguien aproveche la oscuridad para ocultarse e ingresar en la casa sin ser advertido. Un sensor es un dispositivo capaz de detectar diferentes tipos de materiales, con el objetivo de mandar una señal y permitir que continué un proceso, o bien detectar un cambio; dependiendo del caso que éste sea. Es un dispositivo que, a partir de la energía del medio, proporciona una señal de salida que es función de la magnitud que se pretende medir. Dentro de la selección de un sensor, se deben considerar diferentes factores, tales como: la forma de la carcasa, distancia operativa, datos eléctricos y conexiones. De igual forma, existen otros dispositivos llamados transductores, que son elementos que cambian señales, para la mejor medición de variables en un determinado fenómeno. Los siguientes términos se emplean para definir el funcionamiento de un sensor

Los siguientes términos se emplean para definir el funcionamiento de un sensor.

➢ Exactitud La exactitud es la cualidad o grado de un instrumento de medida de dar una lectura próxima al verdadero valor de la magnitud medida. En otras palabras, es el grado de conformidad de un valor indicado a un valor estándar aceptado o valor ideal, considerando este valor ideal como si fuera el verdadero. El grado de confiabilidad independiente es la desviación máxima entre la curva de calibración de un instrumento y una curva característica específica, posicionada de modo tal que se reduce al mínimo dicha desviación máxima. ➢ Precisión La precisión de la medición debe ser tan alta como fuese posible. La precisión significa que existe o no una pequeña variación aleatoria en la medición de la variable. La dispersión en los valores de una serie de mediciones será mínima. Rango de funcionamiento. El sensor debe tener un amplio rango de funcionamiento y debe ser exacto y preciso en todo el rango.

Velocidad de respuesta. El transductor debe ser capaz de responder a los cambios de la variable detectada en un tiempo mínimo. Lo ideal sería una respuesta instantánea. ➢ Calibración. El sensor debe ser fácil de calibrar. El tiempo y los procedimientos necesarios para llevar a cabo el proceso de calibración deben ser mínimos. Además, el sensor no debe necesitar una recalibración frecuente. El término desviación se aplica con frecuencia para indicar la pérdida gradual de exactitud del sensor que se produce con el tiempo y el uso, lo cual hace necesaria su recalibración. ➢ Fiabilidad. El sensor debe tener una alta fiabilidad. No debe estar sujeto a fallos frecuentes durante el funcionamiento. ➢ Distancia operativa. Es la distancia característica más importante de un sensor. Depende básicamente del diámetro del sensor (bobina o condensador). Una influencia adicional tiene las dimensiones

y la composición del material, como también la temperatura ambiente. Con los sensores magnéticos se debe tener en cuenta además la alineación y la fuerza del campo magnético. Clasificación de los sensores según la energía. Los sensores pueden ser: o

Activos. - Emiten energía a partir de la transformación realizada. Dentro de este

o

Pasivos. - Reciben energía para realizar la transformación. En este grupo están los

tipo de sensores podemos citar a las termocuplas, cristales piezoeléctricos, etc. termistores (su resistencia varía en función de la temperatura), micrófonos de condensador, los fotodiodos, etc.

Clasificación de los sensores según el principio de funcionamiento. Dentro de esta categoría los sensores se pueden clasificar en: •

Sensores primarios.

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Sensores resistivos.

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Sensores de reactancia variable y electromagnética

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Sensores generadores

•

Sensores digitales

o

Sensores de 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 a un punto de referencia. Los sensores de proximidad son una modalidad de sensor de posición y determinan en que momento un objeto se mueve dentro de una distancia crítica del sensor. 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 contactos, en los que no hay contacto físico entre el objeto y el s sensor.

o

Sensores de posición electromecánicos

Un interruptor de límite de carrera, es un sensor de posición electromecánico que consiste de un cuerpo y una cabeza de operación. El cuerpo del interruptor incluye contactos eléctricos para energizar o para desenergizar un circuito. La cabeza de operación incorpora un cierto tipo de brazo, palanca o pulsador, designado como actuador. El interruptor de límite de carrera estándar es un dispositivo mecánico que utiliza el contacto físico para detectar la presencia de un objeto (Target). Cuando el objeto entra en contacto con el actuador, el actuador se gira de su posición normal a la posición de funcionamiento. Esta operación mecánica activa los contactos eléctricos dentro del cuerpo del interruptor, dejando el pasar el flujo de corriente o cortando el paso de corriente.

o

Sensores de desplazamiento por medio de potenciómetros

Los potenciómetros son unas resistencias especiales que están formadas por una parte fija con la resistencia y una móvil en contacto con la misma que, al desplazarse, hace variar la resistencia entre las tomas. En otras palabras, un potenciómetro es un resistor al que se le puede variar el valor de su resistencia. De esta manera, indirectamente, se puede controlar la intensidad de corriente que hay por una línea si se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial de hacerlo en serie. Consiguen variar la resistencia que ofrecen en función de un

mayor o menor giro manual de su parte móvil. Suelen disponer de unos mandos giratorios que facilitan la operación, o bien unas muescas para introducir un destornillador adecuado. Normalmente, los potenciómetros se utilizan en circuitos con poca corriente, para potenciar la corriente, pues no disipan apenas potencia, en cambio en los reóstatos, que son de mayor tamaño, circula más corriente y disipan más potencia.

o

Sensores de proximidad magnéticos

Los sensores de proximidad magnéticos o reed, reaccionan frente a campo magnéticos generados por imanes permanentes o electroimanes instalados en dispositivos móviles. Al aproximarse un campo magnético se cierra los contactos, dando paso al flujo de corriente que genera la señal en el sensor.

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Sensores de proximidad inductivos

Los sensores de proximidad inductivos se utilizan para detectar la presencia de piezas metálicas en un rango de distancia que va de 1 mm a 30 mm, hasta 75 mm. Trabajan mediante la inducción de corrientes parasitas o corrientes de Eddy en piezas metálicas.

Dichas corrientes provocan un cambio en la amplitud del campo magnético generado por el sensor, esta reducción del campo magnético genera una señal eléctrica que se aprovecha para indicar la presencia de un objeto metálico en las cercanías del sensor. Como interruptores de finales de carrera, tiene ventajas respecto a los sensores electromecánicos, tales como: ausencia de contacto con el objeto a detectar, robustez mecánica, resistencia a ambientes agresivos y de altas temperatura.

o

Sensores de proximidad capacitivo

La función del detector capacitivo consiste en señalar un cambio de estado, basado en la variación del estímulo de un campo eléctrico. Los sensores capacitivos detectan objetos metálicos, o no metálicos, midiendo el cambio en la capacitancia, la cual depende de la constante dieléctrica del material a detectar, su masa, tamaño, y distancia hasta la superficie sensible del detector. La detección de materiales metálicos o no metálicos está en el rango de distancia de 1 mm a 30 mm. Pero la sensibilidad del sensor se ve afectada por el tipo de material y por el grado de humedad ambiental. Las aplicaciones típicas son, la detección de materiales no metálicos como vidrio, cerámica, plásticos, madera, aceite, agua, cartón, papel, gomas, etc.

o

Sensores de proximidad ópticos

Un sensor fotoeléctrico es otro tipo de dispositivo de detección de posición. Los sensores fotoeléctricos, similares a los que están mostrados abajo, utilizan un haz luminoso modulado que puede ser interrumpido o reflejado por un objeto.

o

Sensor Fotoeléctrico de Barrera

En los detectores de barrera, el objeto se interpone entre el emisor del haz luminoso y el receptor. Si la luz no llega al receptor se produce la acción de conmutación.

o

Sensor Fotoeléctrico de Retroreflexión ( Réflex) Los detectores se denominan réflex, cuando el emisor del haz de luz y el receptor, están en la misma ubicación y el elemento contrario es un reflector.

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Sensor Fotoeléctrico Reflectivo Difuso

En los detectores difusos, el objeto a detectar realiza la función de reflector. El emisor y receptor están en el mismo espacio. Estos sensores no permiten que la distancia de conmutación sea aumentada.

o

Sensor de Temperatura

Un sensor de temperatura es un sistema que detecta variaciones en la temperatura del aire o del agua y las transforma en una señal eléctrica que llega hasta un sistema electrónico. Esta señal conlleva determinados cambios en ese sistema electrónico para la regulación de la temperatura.

o

Sensor de velocidad

Estos sensores pueden detectar la velocidad de un objeto tanto sea lineal como angular, pero la aplicación más conocida de este tipo de sensores es la medición de la velocidad angular de los motores que mueven las distintas partes del robot.

o

Sensor de presión

Los sensores de presión están basados en tecnología piezoresistiva, combinada con microcontroladores que proporcionan una alta precisión, independiente de la temperatura, y capacidad de comunicación digital directa con PC. Las aplicaciones afines a estos productos incluyen instrumentos para aviación, laboratorios, controles de quemadores y calderas, comprobación de motores, tratamiento de aguas residuales y sistemas de frenado.

o

Sensor de Humedad

Los sensores de humedad relativa/temperatura y humedad relativa están configurados con circuitos integrados que proporcionan una señal acondicionada. Estos sensores contienen un elemento sensible capacitivo en base de polímeros que interacciona con electrodos de platino. Están calibrados por láser y tienen una intercambiabilidad de +5% HR, con un rendimiento estable y baja desviación.

Transductores Los transductores son aquellas partes de una cadena de medición que transforman una magnitud física en una señal eléctrica. Los transductores son especialmente importantes para que los medidores puedan detectar magnitudes físicas. Normalmente, estas magnitudes, como por ejemplo temperatura, presión, humedad del aire, presión sonora, caudal, o luz, se convierten en una señal normalizada (p.e. 4 ... 20 mA). Las ventajas de la transformación son por un lado la flexibilidad, ya que muchos medidores soportan la transformación de señales normalizadas. Por otro lado, las magnitudes medidas pueden

ser leídas a grandes distancias sin prácticamente pérdida alguna. Cuando se usan transductores, la unidad de evaluación debe recibir sólo el rango de medición, pues a partir de ahí, se calculan desde las señales eléctricas las magnitudes eléctricas. Los transductores y los sensores pueden clasificarse en dos tipos básicos, dependiendo de la forma de la señal convertida. Los dos tipos son: •

Los transductores analógicos proporcionan una señal analógica continua, por ejemplo, voltaje o corriente eléctrica. Esta señal puede ser tomada como el valor de la variable física que se mide.

•

Los transductores digitales producen una señal de salida digital, en la forma de un conjunto de bits de estado en paralelo o formando una serie de pulsaciones que pueden ser contadas. En una u otra forma, las señales digitales representan el valor de la variable medida. Los transductores digitales suelen ofrecer la ventaja de ser más compatibles con las computadoras digitales que los sensores analógicos en la automatización y en el control de procesos.

Tipos de Transductores •

Transductor electroacústico

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Transductor electromagnético

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Transductor electromecánico

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Transductor electroquímico

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Transductor electrostático

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Transductor fotoeléctrico

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Transductor magnetoestrictivo

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Transductor piezoeléctrico

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Transductor radioacústico

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Transductor Electroacústico

Un transductor electroacústico es aquel dispositivo que transforma la electricidad en sonido, o viceversa. El micrófono es un transductor electroacústico. Su función es la de transformar

(traducir) las vibraciones debidas a la presión acústica ejercida sobre su cápsula por las ondas sonoras en energía eléctrica o grabar sonidos de cualquier lugar o elemento.

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Transductor electromagnético

Un transductor electromagnético es un transductor que transforma electricidad en energía magnética o viceversa. Por ejemplo, un electroimán es un dispositivo que convierte la electricidad en magnetismo o viceversa (flujo magnético en electricidad).

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Transductor electromecánico

El transductor electromecánico es un tipo de transductor que transforma electricidad en energía mecánica, o viceversa. Un ejemplo puede ser cuando una bocina captora recoge las ondas sonoras y las convierte en energía, o cuando la cápsula fonocaptora de un tocadiscos produce corrientes oscilantes producto de las vibraciones recogidas por la púa, también cuando un generador de energía es movido por una fuerza motriz (generalmente natural como las corrientes de agua o vientos), este entonces transforma esa energía mecánica en energía eléctrica.

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Transductor electrostático

Un transductor electrostático consiste en una membrana, normalmente mylar metalizado, cargada eléctricamente que hace la función de diafragma y que se mueve por la fuerza electrostática que se produce al variar la carga de dos placas entre las que se encuentra.

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Transductor fotoeléctrico

El transductor fotoeléctrico es un tipo de transductor que transforma luz en energía eléctrica o viceversa, por ejemplo, es una cámara fotográfica digital. Estas vibraciones resultantes (ya sean eléctricas o lumínicas, dependiendo de la naturaleza del transductor), son importantes en los sistemas. transductores fotoeléctricos son empleados en 2 formas: a). - Como detector de cambios en la intensidad de la luz de una cierta longitud de onda, como en la colorimetría y espectrometría. b). - Como detector de intensidad de la luz en donde la longitud de onda no es relevante.

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Transductor magnetoestrictivo

Los transductores magnetoestrictivos son todos aquellos que basan su funcionamiento en el fenómeno de la magnetoestricción. Éste es un fenómeno reversible que se basa en el acoplamiento de fuerzas mecánicas y magnéticas, de manera que un material de este tipo ante la presencia de un campo magnético sufre ciertas modificaciones en su estructura interna, lo que produce pequeños cambios en sus dimensiones físicas. También una deformación de dicho material produce una variación de la inducción magnética.

Transductor piezoeléctrico Convierten un cambio en la magnitud a medir en un cambio en la carga electrostática o tensión generada a ciertos materiales cuando se encuentran sometidos a un esfuerzo mecánico. Son aquellos que consisten en un cristal piezoeléctrico que se contrae ante impulsos eléctricos aplicados en su superficie. Es importante destacar que no utiliza ningún tipo de magnetismo ni contiene imanes. Tienen un alto rendimiento, sensibilidad o eficiencia, pero como la superficie de radiación es muy pequeña sólo se utiliza para la reproducción de altas frecuencias. Se usan también en sonar o ecografía donde se emplean frecuencias por encima del rango audible. Es barato fabricarlos y soportan altas potencias, dado que es muy difícil destruir el propio cristal.

Conclusión Los sensores y transductores son dispositivos que tiene la capacidad de transformar señales mecánicas, eléctricas, magnéticas, ópticas o térmica). Nos permiten mejorar el proceso que estemos llevando a cabo traducidas en precisión, exactitud, calibración, fiabilidad, entre otras. Desde el punto de vista industrial los sensores y transductores son muy utilizados básicamente se usan en todos los ámbitos es por ello indispensable conocer el uso de casa sensor y transductor ya que se encuentran casi en todas partes, los encontramos en micrófonos, cámaras, teclados, pantallas, etc. .

Fuentes de información https://www.liceoindustrialegm.cl/wp-content/uploads/2017/05/Sensores-y-Transductores.pdf file:///C:/Users/iribe/Downloads/Sensores+y+Transductores%20(2).pdf

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