Un Sensor Piezoeléctrico

Un sensor piezoeléctrico es un dispositivo que utiliza el efecto piezoeléctrico para medir presión, aceleración, tensión o fuerza; transformando las lecturas en señales eléctricas.

Índice

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• 1 Aplicaciones

• 2 Principios de operación

• 3 Propiedades eléctricas

• 4 Materiales sensibles

• 5 Referencias

• 6 Véase también

Aplicaciones[editar]

Los sensores piezoeléctricos son catalogados como herramientas versátiles para la medición de varios procesos. Son utilizados para garantías de calidad, procesos de control, investigación y desarrollo en diferentes campos industriales. Aunque el efecto piezoeléctrico fue descubierto por Curie en 1880, éste comenzó a ser implementado en las aéreas sensoriales de la industria solamente a partir del año 1950. Desde entonces, el uso de este principio de medición se ha incrementado, ya que puede ser considerado como una tecnología madura gracias a su fácil manejo y su alto nivel de confiabilidad. Tiene aplicaciones en campos como la medicina, la industria aeroespacial y la instrumentación nuclear, así como pantallas táctiles de teléfonos celulares. En la industria automovilística, los elementos piezoeléctricos son utilizados para monitorear la combustión durante el desarrollo de motores de combustión interna. Los sensores pueden estar, bien sea montado directamente en hoyos adicionales en la culata o en las bujías las cuales están equipadas con un sensor piezoeléctrico en miniatura.[1]

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Un disco piezoeléctrico genera voltaje cuando es deformado (cambio drástico en la forma)

El ascenso de la tecnología piezoeléctrica está directamente relacionado a un conjunto de ventajas inherentes. A pesar de que los sensores piezoeléctricos son sistemas electromecánicos que reaccionan a la compresión, los elementos sensoriales muestran casi una deflexión nula. Por esta razón los sensores piezoeléctricos son tan precisos, tienen una frecuencia natural extremadamente alta y una excelente linealidad en amplio rango. Además, la tecnología piezoeléctrica es insensible a campos electromagnéticos y radiación, facilitando mediciones bajo condiciones adversas. Algunos materiales usados (especialmente fosfato de galio [2] o turmalina), poseen un alto grado de sensibilidad incluso al ser expuestos a altas temperaturas, permitiendo que el sensor sea eficiente hasta temperaturas de 1000 °C. La turmalina también posee piroelectricidad; gracias a esta característica se genera una señal eléctrica cuando la temperatura del cristal es alterada. Este efecto es muy común en materiales piezocerámicos.

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Transmisor piezoeléctrico en una guitarra acústica.

Una desventaja de los sensores piezoeléctricos es que no se pueden usar para tomar mediciones de estática verdadera. Una fuerza estática resultaría en una cantidad fija de cargas sobre el material piezoeléctrico. Trabajar con dispositivos de visualización convencionales, materiales aislantes imperfectos, así como la reducción de la resistencia interna del sensor, resulta poco eficiente debido a la pérdida constante de electrones y el bajo rendimiento de la señal. Además las temperaturas elevadas causan una falla adicional en la resistencia interna y en la sensibilidad de la medición. El mayor efecto del efecto piezoeléctrico es que cuando aumenta significativamente la presión y la temperatura, la sensibilidad se reduce debido a un montaje gemelo (twin-formation).

Principio Sensibilidad de la Tensión [V/µ*] Umbral [µ*] Razón umbral- periodo

Piezoelectrico 5.0 0.00001 100,000,000

Piezoresistivo 0.0001 0.0001 2,500,000

Inductividad 0.001 0.0005 2,000,000

Capacitividad 0.005 0.0001 750,000

Mientras los sensores de cuarzo deben ser enfriados a 300 °C durante las mediciones, existen cristales especiales como el GaPO4 fosfato de galio, que no presentan un montaje gemelo hasta el punto de ebullición del propio material. Sin embargo, se debe desmentir la premisa

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