SENSORES Y TRANSDUCTORES

SENSORES

Y

TRANSDUCTORES

BIBLIOGRAFIA:

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http://es.wikipedia.org/wiki/Transductor

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http://www.monografias.com/trabajos3/transductores/transductores.shtml

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http://www.uhu.es/diego.lopez/ICI/Transductores%20de%20velocidad.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_de_proximidad

SENSORES:

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.

TRANSDUCTORES:

Un transductor es un dispositivo capaz de transformar o convertir un determinado tipo de energía de entrada, en otra diferente a la salida.

El nombre del transductor ya nos indica cual es la transformación que realiza (por ejemplo electromecánica, transforma una señal eléctrica en mecánica o viceversa), aunque no necesariamente en esa dirección. Es un dispositivo usado principalmente en la industria, en la medicina, en la agricultura, en robótica, en aeronáutica, etc. para obtener la información de entornos físicos y químicos y conseguir (a partir de esta información) señales o impulsos eléctricos o viceversa. Los transductores siempre consumen algo de energía por lo que la señal medida resulta debilitada.

SENSORES DE TEMPERATURA

La temperatura es una variable crítica utilizada para controlar la calidad de los productos en muchos procesos industriales. En este capítulo Examinaremos las características generales de algunos tipos de Sensores electrónicos empleados comúnmente en los ambientes Industriales para medir y controlar temperatura de forma precisa

SENSORES TERMO RESISTIVOS.

También denominados termo resistencias, son dispositivos cuya resistencia cambia a medida que lo hace la temperatura. Los más conocidos son los detectores de temperatura resistivos o RTD (resistance temperature detectors), basados en materiales metálicos como el platino y el níquel, y los termistores, basados en óxidos metálicos semiconductores.

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SENSORES TERMOELÉCTRICOS.

Popularmente conocidos como termocuplas o termopares, son dispositivos que producen un voltaje proporcional a la diferencia de temperatura entre el punto de unión de dos alambres metálicos disímiles (unión ca¬liente) y cualquiera de los extremos libres (unión fría). Este fenómeno se denomina efecto Seebeck.

SENSORES MONOLÍTICOS O DE SILICIO.

Son dispositivos basados en las propiedades Térmicas de las uniones semiconductoras (PN), particularmente la dependencia de la tensión base emisor (VBE) de los transistores bipolares con la temperatura cuando la corriente de colector es constante. Generalmente incluyen sus propios circuitos de procesamiento de señales, así como varias funciones de interface especiales con el mundo externo.

SENSORES PIROELÉCTRICOS

También denominados termómetros de radiación, son dispositivos que miden indirectamente la temperatura a partir de la medición de la radiación térmica infrarroja que emiten los cuerpos calientes.

CONCEPTOS BÁSICOS TRANSDUCTORES DE TEMPERATURA

Los transductores eléctricos de temperatura utilizan diversos fenómenos que son influidos por la temperatura y entre los cuales figuran:

* Variación de resistencia en un conductor (sondas de resistencia).

* Variación de resistencia de un semiconductor (termistores).

* f.e.m. creada en la unión de dos metales distintos (termopares).

* Intensidad de la radiación total emitida por el cuerpo (pirómetros de radiación).

* Otros fenómenos utilizados en laboratorio (velocidad del sonido en un gas, frecuencia de resonancia de un cristal, etc.).

TERMÓMETROS DE RESISTENCIA.

Los conductores generalmente muestran un incremento en su resistencia con la temperatura, que se rige por la siguiente expresión:

RT=RO(1+a1T+a2T2+a3T3…+anTn)

El número de términos ahí depende del material, el rango de temperatura y la exactitud requerida.

Los materiales más comunes para la fabricación de RTD's son el platino, el níquel y el cobre y en algunas aplicaciones a bajas temperaturas (alrededor de los 20oK) el Rodio.

Las características que deben tener los materiales empleados son:

1. Alto coeficiente de temperatura de la resistencia ( sensibilidad ).

2. Alta resistividad, ya que cuanto mayor sea la temperatura mayor será la variación por grado.

3. Relación lineal temperatura-resistencia.

4. Rigidez y ductilidad.

5. Estabilidad de las características en la vida útil.

TERMISTORES.

Los termistores son dispositivos semiconductores cuya relación voltaje entre corriente permanece constante cuando la temperatura es constante. Estos dispositivos presentan grandes coeficientes de temperatura negativos (NTC), es decir, que su resistencia disminuye cuando la temperatura aumenta. Los materiales con que se fabrican pueden ser mezclas sintetizadas de sulfatos, selenio, óxidos de níquel, manganeso, hierro, cobalto, cobre, magnesio, titanio, uranio, y otros metales. Existen también termistores con coeficiente térmico positivo (PTC) fabricados de bario sintetizado y mezclas de estroncio y titanio.

La ecuación que domina el cambio de resistencia de un termistor respecto a la temperatura está dada por:

RT=Roeb(1/Tt - 1/To)

Donde:

Rt = Resistencia del termistor.

Ro = Resistencia inicial.

b = Coeficiente térmico.

Tt = Temperatura de trabajo en Kelvin.

To = Temperatura de referencia.

TERMOPARES.

Los termopares son elementos de medición de temperatura activos, esto es, que generan una señal eléctrica proporcional a la temperatura a la que están sometidos. Los termopares se componen de dos conductores de diferente coeficiente térmico unidos en sus extremos.

TERMÓMETROS DE UNIÓN P-N

El efecto de la temperatura en una unión p-n, lo cual es indeseable para la mayoría de aplicaciones, puede ser usado para medir temperatura. La corriente de polarización directa de un diodo de silicio está dada por la ecuación del diodo;

I=IsexpqV2kT-1

Donde

I = corriente en el diodo

V = Voltaje aplicado

Is = corriente de saturación

k = constante de Boltzman

q = magnitud de la carga del electrón

SENSOR DE NIVEL

Se basarán en la medida bien directamente de la altura de líquido, bien la presión hidrostática, bien el desplazamiento de un flotador que descansa en el líquido, o bien a partir de características eléctricas del líquido.

En el caso de los sólidos, se basaran en los puntos fijos (máximo, mínimo) dentro de un recipiente, o en el accionar de un interruptor al ser alcanzado por el nivel de sólido.

SONDA

Consiste en meter una regla graduada dentro del líquido y determinar el nivel por lectura directa de la superficie mojada.

FLOTADOR

Consta de un flotador pendiente del techo del depósito por una barra a través de la cual transmite su movimiento a una ampolla de mercurio con un interruptor, si el nivel alcanza el flotador, lo empuja de forma ascendente si la fuerza supera al peso del flotador .Al hacerlo el interruptor cambia de posición.

SENSOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL

Consiste en un diafragma que mide la presión hidrostática en un punto en el fondo del depósito.

En un contenedor abierto, el nivel será proporcional a la presión en el fondo.

En un contenedor cerrado, será proporcional a la diferencia entre la presión del fondo y la del contenedor

SENSOR POR BURBUJEO

Se emplea un tubo sumergido en el líquido, a través del cual se hace burbujear aire mediante un rotámetro.

La presión del aire en la tubería equivale a la presión hidrostática ejercida por el líquido, y por lo tanto al nivel que ocupa este.

TRANSDUCTORES DE NIVEL

Un nombre mejor para estos dispositivos es Transductores de volumen, puesto que estos Transductores son a menudo usados para medir el contenido de contenedores.

Los sensores de nivel pueden ser de tipo continuo o discreto. A partir de la medida de nivel de un líquido en un tanque conociendo su geometría, dimensiones y densidad, puede determinarse el volumen y la masa.

· CAPTADORES DE NIVEL POR BOYA:

Se basan en las variaciones de resistencia de un sensor resistivo producidas por una boya al flotar, y transmitidas a través de un eje al sensor resistivo. Si el captador resistivo se alimenta mediante un voltaje constante entre sus extremos, aparecerá entre su contacto variable y uno de sus extremos, una señal de voltaje proporcional al giro de

l eje sensor, y por tanto a la variación del líquido.

Esta imagen nos muestra un transductor industrial por boya, desarrollado originalmente para controlar el llenado de grandes tanques de agua en industrias y barrios, su bajo costo, larga vida, la facilidad con que se pueden alterar niveles (alargando o acortando los cables), y el hecho de que no se traba con sólidos en suspensión le ha dado difusión en el mercado. (Se adjunta documentación).

CAPTADORES DE NIVEL POR PRESIÓN:

Medir la presión que se genera en el fondo del depósito debido a la presión hidrostática y relacionar dicha medida con la altura del líquido que crea dicha presión. (Se emplea un sensor de presión diferencial) Comprimir un tubo flexible que contiene un contacto eléctrico junto a un elemento resistivo variable, de modo que la resistencia medida varía con el aumento/disminución de nivel (tubo de Bourdon).

Además mostramos un transductor industrial por presión el cual mediante prolongación tubular sensa la presión ejercida por el líquido sobre el aire que se encuentra dentro del tubo, el cual actúa sobre una membrana y un microswitch - - o sea que el instrumento sensa el peso del líquido. Apto para líquidos con vapores (situación donde el ultrasonido no es recomendable), viscosos o con sólidos en suspensión. (Se adjunta documentación).

Tubo de bourdon (1) Articulación (2) Aguja indicadora (3) Transmisión (4) Conecciónal circuito (5) ·

CAPTADORES DE NIVEL CAPACITIVOS:

Basado en la variación de capacidad de un condensador, bien por la modificación de su geometría (superficie o separación de sus placas) o por la variación de su dieléctrico.

Para medida de nivel en líquidos se utilizan como condensador pares de electrodos sumergidos en el seno del líquido. Las variaciones del dieléctrico debidas a la subida/bajada de nivel, hace que se modifique la capacidad.

Mostramos un transductor industrial capacitivo, el cual detecta variaciones en la capacitancia dieléctrica del medio. Disponible en versiones aptas para montaje en Atmósferas Explosivas con presencia de Gases o Sólidos en suspensión. Como puede detectar a través de paredes de plástico se puede instalar exteriormente para lograr ausencia de contacto con el producto medido. Disponibles en diversos formatos: cilíndricos lisos y roscados, con formato rectangular tipo Varikont o con formato cuadrado de 80 x 80 mm. Apto para LIQUIDOS, PASTAS, POLVOS y GRANULOS.

DETECTORES DE NIVEL ULTRASÓNICO:

Constan de un Transductor y un Indicador/Monitor/Transmisor. El Transductor emite pulsos de ultrasonido, y recibe el eco. El Indicador/Monitor/Transmisor computa la distancia recorrida. Si bien su durabilidad se ve incrementada por su distanciamiento físico del trajín operativo al estar, tanto los Transductores como los Indicadores/Monitores/Transmisores montados en lugares alejados de la actividad que controlan, estos modelos son además sumamente robustos y operan durante años con cero mantenimiento y mínima limpieza en ambientes químicamente hostiles y en industrias muy agresivas como la minería.

Detectan 1 o 2 niveles y son muy sencillos de reprogramar. Se usan para controlar el llenado y vaciado de Silos conteniendo sólidos de todo tipo como Leche en Polvo, Pellets de PVC, Carbón, Piedra Partida, y Tanques con Líquidos tan dispares como Ácidos, Leche, Pintura, Chocolate, Helado.

SENSOR DE FLUJO

El sensor de flujo es un dispositivo que, instalado en línea con una tubería, permite determinar cuándo está circulando un líquido o un gas.

Estos son del tipo apagado/encendido; determinan cuándo está o no circulando un fluido, pero no miden el caudal. Para medir el caudal se requiere un caudalímetro.

DE PISTÓN

Es el más común de los sensores de flujo. Este tipo de sensor de flujo se recomienda cuando se requiere detectar caudales entre 0,5 LPM y 20 LPM.

Consiste en un pistón que cambia de posición, empujado por el flujo circulante. El pistón puede regresar a su posición inicial por gravedad o por medio de un resorte.

El pistón contiene en su interior un imán permanente. Cuando el pistón se mueve el imán se acerca y activa un reed switch, que cierra o abre (según sea la configuración) el circuito eléctrico.

El área entre el pistón y la pared del sensor determina su sensibilidad, y por ende a qué caudal se activará el sensor.

DE PALETA (COMPUERTA)

Este modelo es recomendado para medir grandes caudales, de más de 20 LPM.

Su mecanismo consiste en una paleta que se ubica transversalmente al flujo que se pretende detectar.

El flujo empuja la paleta que está unida a un eje que atraviesa herméticamente la pared del sensor de flujo y apaga o enciende un interruptor en el exterior del sensor.

Para ajustar la sensibilidad del sensor se recorta el largo de la paleta.

DE ELEVACIÓN (TAPÓN)

Este modelo es de uso general. Es muy confiable y se puede ajustar para casi cualquier caudal.

Su mecanismo consiste en un tapón que corta el flujo. Del centro del tapón surge un eje que atraviesa herméticamente la pared del sensor. Ese eje empuja un interruptor ubicado en el exterior del sensor.

Para ajustar la sensibilidad del sensor se perforan orificios en el tapón.

TRANSDUCTORES DE FLUJO

Los medidores de flujo datan desde los años 1.800, como el Tubo Vénturi, donde su creador luego de muchos cálculos y pruebas logró diseñar un tubo para medir el gasto de un fluido, es decir la cantidad de flujo por unidad de tiempo.

Principalmente su función se basó en esto, y luego con posteriores investigaciones para aprovechar las condiciones que presentaba el mismo, se llegaron a encontrar nuevas aplicaciones como la de crear vacío a través de la caída de presión

MEDIDORES DE CABEZA VARIABLE

El principio básico de estos medidores es que cuando una corriente de fluido se restringe, su presión disminuye por una cantidad que depende de la velocidad de flujo a través de la restricción, por lo tanto la diferencia de presión entre los puntos antes y después de la restricción puede utilizarse para indicar la velocidad del flujo.

Los tipos más comunes de medidores de cabeza variable son el tubo venturi, la placa orificio y el tubo de flujo.

BOQUILLA O TOBERA DE FLUJO

Es una contracción gradual de la corriente de flujo seguida de una sección cilíndrica recta y corta. Debido a la contracción pareja y gradual, existe una pérdida muy pequeña. A grandes valores de Reynolds (106) C es superior a 0.99.

La tobera de flujo, es un instrumento de medición que permite medir diferencial de presiones cuando la relación de ß, es demasiado alta para la placa orificio, esto es, cuando la velocidad del flujo es mucho mayor y las pérdidas empiezan a hacerse notorias.

Luego, al instalar un medidor de este tipo se logran mediciones mucho más exactas. Además este tipo de medidor es útil para fluidos con muchas partículas en suspensión o sedimentos, su forma hidrodinámica evita que sedimentos transportados por el fluido queden adheridos a la tobera.

MEDIDORES DE AREA VARIABLE

El rotámetro es un medidor de área variable que consta de un tubo transparente que se amplia y un medidor de "flotador" (más pesado que el líquido) el cual se desplaza hacia arriba por el flujo ascendente de un fluido en la tubería.

El tubo se encuentra graduado para leer directamente el caudal. La ranuras en el flotador hace que rote y, por consiguiente, que mantenga su posición central en el tubo. Entre mayor sea el caudal, mayor es la altura que asume el flotador.

FLUJOMETRO DE TURBINA

El fluido provoca que el rotor de la turbina gire a una velocidad que depende de la velocidad de flujo.

Conforme cada una de las aspas de rotor pasa a través de una bobina magnética, se genera un pulso de voltaje que puede alimentarse de un medidor de frecuencia, un contador electrónico u otro dispositivo similar cuyas lecturas puedan convertirse en velocidad de flujo.

Velocidades de flujo desde 0.02 L/min hasta algunos miles de L/min se pueden medir con fluxómetros de turbina de varios tamaños.

FLUJOMETRO DE VORTICE

Una obstrucción chata colocada en la corriente del flujo provoca la creación de vortices y se derrama del cuerpo a una frecuencia que es proporcional a la velocidad del flujo.

Un sensor en el flujometro detecta los vortices y genera una indicación en la lectura del dispositivo medidor.

Esta figura muestra un bosquejo del fenómeno de derramamiento de vortice

Sensores de caudal

Los sensores de caudal recogen las velocidades del flujo de aire o líquidos. Los sensores de caudal usan diferentes principios de medición. Los sensores de caudal para líquidos funcionan por ejemplo sobre la base de ultrasonidos.

Esta medición sin contacto tiene la ventaja que los sensores no están expuestos a golpes de ariete y medios sólidos. Por otro lado, los sensores de caudal son utilizados en el sector de calefacción, ventilación y climatización para el análisis de la velocidad del aire.

Mediciones que usan el principio manométrico de una película térmica permiten trabajar en un amplio rango de temperatura y caudal.

CAUDALIMETRO ULTRASONICO

Para LIQUIDOS CON o SIN SOLIDOS EN SUSPENSION

Mide, calcula e Indica Velocidad, Caudal y Volumen Total. No intrusivo, mide el Tiempo que tarda ultrasonido en atravesar el fluido a medir.

Al poder medir a través de cualquier material sin Cortar, Abrir ni Vaciar el caño se presta para Diagnóstico, para medir Varios Puntos aún de distinto diámetro con un sólo instrumento, para medir en Cañerías Verdaderamente Grandes muy difíciles para otros equipos, y en Cañerías Bajo Presión.

CAUDALIMETRO MASICO

Es el Medidor más Exacto para medir por Masa. Utiliza el Efecto Coriolis, por lo tanto es ideal para procesos delicados de Batcheo por Peso, o para Facturar Líquidos o Gases de alto precio que se venden por Kg., como el GNC, ya que su exactitud es independiente de Viscosidad, Temperatura y Densidad. Emite pulsos para medir Masa.

MEDIDORES DE CAUDAL DE DISCO OSCILANTE

Para LIQUIDOS de BAJA VISCOSIDAD en casos que una exactitud moderada es suficiente, estos medidores son la alternativa más económica.

Aunque originalmente limitados a su uso con productos refinados del petróleo, los modelos ofrecidos hoy en día cubren muchas otras aplicaciones en todo tipo de industrias.

CAUDALIMETRO ELECTROMAGNETICO

Para LIQUIDOS Mide Caudal Instantáneo y Volumen Total. Opera perfectamente en cañerías parcialmente llenas. Resiste altas temperaturas hasta 180ºC, y altas presiones hasta 300 bar, líquidos abrasivos o erosivos, limpieza CIP y esterilización con vapor.

NO ofrece restricción al paso de líquidos conductores de la electricidad aún cuando son viscosos, sucios o arrastran sólidos en suspensión.

Se fabrica desde ¾" a 40". Gran variedad de materiales para revestimiento interno y electrodos. Aptos para operación con paneles solares.

TRANSDUCTORES DE CAUDAL

Los transductores de caudal se basan en distintos principios según se trate de fluidos compresibles o no. El caudal puede definirse como masa por unidad de tiempo (caudal másico) o como volumen por unidad de tiempo (caudal volumétrico).

El caudal volumétrico depende sólo de la sección considerada y de la velocidad del fluido, pero el caudal másico depende además de la densidad del fluido y esta a su vez de la presión y temperatura del mismo.

Para fluidos incompresibles ambos caudales se pueden relacionar por una densidad que puede asumirse como constante, pero para fluidos compresibles no es así. La mayor parte de los sensores miden caudal volumétrico.

En el caso de fluidos incompresibles la forma habitual de medición es hallar la velocidad de paso por una sección conocida. Para los compresibles, los métodos más adecuados se basan en el empleo de turbinas

Efecto Venturi

El efecto Venturi consiste en la aparición de una diferencia de presión entre dos puntos de una misma tubería con distinta sección y, por tanto, diferente velocidad de paso del fluido.

Para fluidos incompresibles, dicha diferencia de presión depende de la relación de diámetros, del caudal y de la densidad y por tanto de la temperatura.

Por tanto se puede medir de forma indirecta el caudal a partir de la medida diferencial de presiones (Figura).

Transductor de caudal basado en efecto Venturi

Presión dinámica

Estos transductores se basan en el desplazamiento de un pequeño pistón o flotador sometido a la presión dinámica de la corriente de fluido.

Dicha presión equilibra el peso del cuerpo y provoca un desplazamiento del pistón proporcional a la velocidad del fluido, la medición de dicho desplazamiento permite obtener una indicación indirecta de la velocidad.

Transductor de caudal basado en presión dinámica

Por velocidad y por inducción

Este tipo de transductores se basan en la ley de inducción de Faraday, según la cual, sobre un conductor que se desplaza transversalmente a un campo magnético se genera una fuerza electromotriz proporcional a la longitud del conductor, a su velocidad de desplazamiento y a la inducción del campo:

En el caso de un fluido conductor en movimiento, se produce por este principio una fuerza electromotriz en sentido perpendicular al movimiento y a la dirección del campo.

La Figura muestra un esquema, en el que se indican las direcciones de movimiento (v), campo magnético (B) y fuerza electromotriz producida (E), que es captada por dos electrodos situados en las paredes del tubo.

Transductor de caudal por inducción

Volumétricos

Para medir caudal de gases suelen emplearse métodos de medición volumétricos intentando mantener presión y temperatura constantes. Los ejemplos más típicos son los de turbina disco oscilante y lóbulos

Transductores volumétricos

Sensor de presión

Los sensores de presión se utilizan para el control y la vigilancia en miles de aplicaciones de uso diario. Los sensores de presión también se puede utilizar para medir otras variables tales como líquido / flujo de gas, velocidad, nivel de agua, y la altitud.

Sensores de presión, alternativamente se puede llamar transductores de presión, transmisores de presión, indicadores de presión y piezómetros, manómetros, entre otros nombres.

Tubo Bourdon

Anillo casi completo, cerrado por un extremo, al aumentar la presión en el interior del tubo, éste tiende a enderezarse y el movimiento es trasmitido a la aguja indicadora, rango de medición 0.5 6000 bar. Lectura directa, fluidos corrosivos, fluidos viscosos, altas temperaturas, vapor de agua

Tubo en Espiral

Se forma enrollando el tubo Bourdon en forma de espiral alrededor de un eje común, y el helicoidal arrollado más de una espira en forma de hélice. Rango de medición es 0.5 2500 bar .Lectura directa, fluidos corrosivos, fluidos viscosos, altas temperaturas, vapor de agua

Tipo Diafragma

Una o varias cápsulas circulares conectadas entre, de forma que al aplicar presión, cada cápsula se deforma y suma de los pequeños desplazamientos es amplificada por un juego de palancas, rango de medición es de 50 mcda 2 bar. Lectura directa, fluidos corrosivos, fluidos viscosos, altas temperaturas, vapor de agua

Tipo Fuelle

Es como un diafragma compuesto, pero de una sola pieza flexible, la cual puede dilatarse o contraerse. Rango de medición 100 mcda - 2 bar. Lectura directa, fluidos corrosivos, fluidos viscosos, altas temperaturas, vapor de agua

Transductor de presión

Miden la presión en una determinada ubicación dentro de un sistema y convierten esta medida en una señal que podrá leer un instrumento.

Los transductores de presión se instalan en los sistemas de calefacción, refrigeración o ventilación. Los transductores de presión miden la presión en una determinada ubicación dentro de un sistema y convierten esta medida en una señal que podrá leer un instrumento, por ejemplo, resistencia, inductancia o capacitancia.

Los transductores de tipo capacitivo

Actúan como un condensador en el que una placa del condensador es una membrana sensible a la presión: Debido a que la distancia que existe entre las placas del condensador es variable, también lo es su capacidad.

Los transductores extensiométricos

se disponen como conductores de gran longitud que siguen un patrón en zigzag. Cuando se comprimen o se estiran, su área transversal cambia y, con ello, su resistencia.

Los sensores de presión piezoeléctricos

Convierten la presión en una señal eléctrica cuando se comprimen.

Los manómetros digitales

Son la solución ideal cuando se busca un transductor depresión y un visualizador sin cables, ya que al unir el sensor y el visualizador en un solo bloque alimentado por baterías internas, permiten instalarse en cualquier punto donde se precise medir presión con unas buenas prestaciones.

SENSORES LINEALES DE POSICIÓN

LVDT: transformador diferencial de variación lineal, que consta de un núcleo de material ferromagnético unido al eje, que se mueve linealmente entre un devanado primario y dos secundarios haciendo que varíe la inductancia entre ellos.

En el caso de la figura, se puede afirmar que la energía de la corriente en la bobina primaria es igual a la que circula en las secundarias:

EP iP t = ES iS t => EP / ES = iS / iP

Como resultado de un desplazamiento que se quiere medir, el núcleo magnético es desplazado de manera que una de las bobinas secundarias no recubra totalmente el núcleo => la corriente inducida en un secundario será mayor que la inducida en el otro.

De la diferencia de las tensiones medidas en los dos secundarios se obtiene el desplazamiento realizado por el núcleo.

Detectores inductivos

Los detectores inductivos son actualmente indispensables en el uso industrial. En comparación con los detectores mecánicos, éstos ofrecen condiciones casi ideales: funcionamiento sin contacto libre de desgaste, así como alta frecuencia y precisión de detección. Además no son sensibles a vibraciones, polvo o humedad. Los sensores inductivos detectan sin contacto todos los metales.

Detectores capacitivos

Los sensores capacitivos sirven para la detección sin contacto de cualquier objeto. Al contrario que los sensores inductivos, que sólo reconocen objetos metálicos, los sensores capacitivos no sólo reconocen materiales metálicos. Los campos de aplicación típicos son las industrias de madera, papel, cristal, plástico, alimentaria y química.

Detectores magnéticos

Los detectores magnéticos sirven para la detección de posición sin contacto y libre de desgate de la técnica de mando. Se usan allí donde los detectores de proximidad inductivos han llegado a su límite. Ya que los campos magnéticos no atraviesan todos los materiales no magnetizados, los sensores magnéticos reconocen por medio de paredes de metal no ferroso, acero inoxidable, aluminio, sintética o madera.

Detectores para cilindros

Los sensores sin contacto funcionan prácticamente sin desgaste y alcanzan tiempos de exposición múltiples más altos que los detectores Reed. Esto ahorra tiempos de mantenimiento y exposición caros.

Transductores de Posición

Los transductores lineares y angulares de posición permiten detectar la posición de las partes mecánicas en movimiento. El control en tiempo real de la posición, permite introducir por ejemplo: rampas de aceleración y desaceleración, puede reducir el tiempo de máquina e interceptar durante la carrera distintos puntos de actuación para otros accesorios.

Potenciómetros

El potenciómetro es un transductor de posición angular, de tipo absoluto y con salida de tipo analógico. Consiste en una resistencia de hilo bobinado o en una pista de material conductor, distribuida a lo largo de un soporte en forma de arco y un cursor solidario a un eje de salida, que puede deslizar sobre dicho conductor

El movimiento del eje arrastra el cursor provocando cambios de resistencia entre éste y cualquiera de los extremos. Así pues, cuando se alimenta entre los extremos de la resistencia con una tensión constante, aparece entre la toma media y uno de los extremos una tensión proporcional al ángulo girado a partir del origen.

Existen también potenciómetros con carrera lineal, pero lo más frecuente, cuando se usan como detectores de posición, es emplear los rotativos con o sin topes y de una o más vueltas.

En el caso de potenciómetros con topes, el ángulo comprendido entre los extremos de la resistencia se denomina ángulo de giro eléctrico y suele ser algo menor que el ángulo de giro mecánico entre topes.

Encoders

Los encoders son dispositivos formados por un rotor con uno o varios grupos debandas opacas y traslúcidas alternadas y por una serie de captadores ópticos alojados en el estator, que detectan la presencia o no de banda opaca frente a ellos.

Existen dos tipos de encoders: los incrementales y los absolutos. Los primeros dan un determinado número de impulsos por vuelta y requieren un contador para determinar la posición a partir de un origen de referencia.

Los absolutos, en cambio, disponen de varias bandas en el rotor ordenadas según un código binario. Los captadores ópticos detectan, pues, un código digital completo, que es único para cada posición del rotor

Sincros y Resolvers

Un sincro es un transductor de posición angular de tipo electromagnético, cuyo principio de funcionamiento puede resumirse diciendo que se trata de un transformador con uno de sus devanados rotativo. Existen diversos tipos de sincros, dependiendo del número de devanados y de suposición, pero las configuraciones más frecuentes son las que disponen de: Primario alojado en el rotor y, en general, monofásico. Secundario alojado en el estator y, en general, trifásico

Inductosyn

El inductosyn es un transductor electromagnético utilizado para la medida de desplazamientos lineales, con una precisión del orden de micras. Se utiliza en la actualidad como medidor de coordenadas en muchísimas máquinas-herramienta y de control numérico. El transductor consta de dos partes acopladas magnéticamente. Una denominada escala, que es fija y está situada sobre el eje de desplazamiento. Otra, solapada a la anterior, es deslizante y solidaria con la parte móvil

Sensores de velocidad

Algunos sensores de velocidad están hechos con una bobina móvil fuera de un imán estacionario. El principio de operación es el mismo. Un otro tipo de transductor de velocidad consiste en un acelerómetro con un integrador electrónico incluido. Esta unidad se llama un Velómetro y es en todos los aspectos superior al sensor de velocidad sismico clásico.

El sensor de velocidad fue uno de los primeros transductores de vibración, que fueron construidos. Consiste de una bobina de alambre y de un imán colocado de tal manera que si se mueve el carter, el imán tiende a permanecer inmòvil debido a su inercia. El movimiento relativo entre el campo magnético y la bobina induce una corriente proporcional a la velocidad del movimiento. De esta manera, la unidad produce una señal directamente proporcional a la velocidad de la vibración. Es autogenerador y no necesita de aditamentos electrónicos acondicionadores para funcionar. Tiene una impedancia de salida eléctrica relativamente baja que lo hace relativamente insensible a la inducción del ruido.

Tacogenerador

Proporciona una tensión proporcional a la velocidad de giro del eje. Utiliza un interruptor llamado “reed switch”, que utiliza fuerzas magnéticas para activarse o no dependiendo si un objeto magnético se encuentra físicamente cercano al interruptor.

Giroscopios mecánicos

Los giróscopos mecánicos están constituidos por un volante o masa que

rota suficientemente rápido alrededor de un eje estando la masa distribuida en

la periferia con objeto de que el momento de inercia del eje de rotación sea

alto.

El rotor es accionado mediante un motor eléctrico, suspendiéndose

mediante un par de cojinetes que deben ser de bajo rozamiento en cada

extremo del eje.

Estos cojinetes están soportados por un anillo circular,

conocido como anillo gimbal interno, el cual, a su vez, pivota en un segundo

juego de cojinetes que están unidos rígidamente a un anillo gimbal externo.

Nótese que existen tres ejes: el eje de rotación del volante, o rotor, un eje

perpendicular al de rotación del volante, que define el pivote interno, horizontal

en la figura anterior, y un tercer eje perpendicular a los dos anteriores que

define el pivote externo, vertical en la figura anterior.

Giroscopios ópticos

La medición de rotación es de considerable interés en un gran número de

Áreas. Los más populares métodos de medición de la rotación usados en las

Décadas pasadas, se basan en el giroscopio mecánico, el que, como ya se ha

Comentado, depende del momento angular generado por una rueda o bola, a la

cual se le imprime un movimiento rotativo. El principio por el que se basa un giroscopio láser es el llamado efecto Sagnac. Las principales ventajas de los giróscopos ópticos sobre los mecánicos,

Básicamente son:

No posee partes móviles

No es necesario un tiempo de calentamiento (WARM-UP)

No son sensibles a la gravedad

Gran rango dinámico

Lectura digital

Bajo costo

Tamaño reducido

Giroscopios electrónicos

Son normalmente sensores de velocidad angular que emplean el efecto

de Coriolis. Para ello se realizan micromecanizados del silicio. El movimiento

de rotación produce fuerzas de Coriolis que dependen de la velocidad de giro.

Un sensor típico puede tener dimensiones entre 2 y 3 milímetros.

Los giroscopios, como ya se sabe, miden la velocidad angular de rotación,

o como de rápido gira un objeto. La rotación es normalmente medida en

referencia a uno de los tres ejes: x, y o z. La Figura 4-7 muestra como según el

plano en el que se monte el giroscopio, calculará una determinada velocidad de

rotación:

Transductores de Velocidad

Son dispositivos que absorben energía de un sistema y mediante una serie de mecanismos, métodos y decisiones se transforma, cediéndola a otro sistema en forma de diferente energía.

Por lo tanto podemos decir que se encargará de realizar la conversión de una magnitud física cualquiera en otra, normalmente en forma de energía eléctrica, aunque antaño se utilizaban señales hidráulicas.

Podemos llamarlos también sensores o detectores, ya que no alteran la propiedad censada, es decir, apenas influye en el sistema a medir, tan solo nos interesa captar los valores producidos de una determinada magnitud física

· Transductores de velocidad lineal electromagnéticos:

En su forma más simple, este tipo de transductores consiste en un devanado montado en una carcasa de acero pulido y un núcleo coaxial cilíndrico con imán permanente unido a un eje con un tope engarzado, tal y como se indica en la figura.

El núcleo se mueve dentro del devanado, con el movimiento del objeto al que se ha unido el extremo del eje, produciendo una salida en el devanado, proporcional a la velocidad:

El de devanado fijo

Un imán permanente se soporta entre dos muelles. En los extremos del imán cilíndrico unos aros de aleación oro-paladio minimizan la fricción, moviéndose dentro de unos casquillos de acero cromo plateado pulido. Unos retenes engarzados sellan los extremos del montaje.

El transductor completo se monta sobre el objeto cuya velocidad oscilante quiere medirse. Cuando la frecuencia de este movimiento excede de la frecuencia natural del sistema suspendido (del orden de 15 Hz) el imán permanece invariante en una posición determinada.

El devanado fijado dentro de la carcasa del transductor, se mueve relativamente al imán, ahora estacionario, con el movimiento del objeto a medir

El de devanado móvil

Que pivota sobre unos cojinetes dentro del conjunto del transductor. El devanado se mueve dentro de un campo magnético establecido por los polos de un imán permanente fijo, y el cambio de flujo resultante provoca una salida proporcional a la velocidad

Tacómetros electromagnéticos de rotor dentado

Los tacómetros que utilizan rotor ferromagnético con configuración de engranaje o con salientes dentados y espaciados, en conjunción con un devanado de transducción electromagnética (sensor de proximidad) son usados muy frecuentemente.

El conjunto devanado-transductor puede ser del tipo de efecto Hall, o puede ser inductivo o del tipo de dientes en remolino, en cuyo caso el material del rotor no necesita ser ferromagnético aunque sí metálico (además, la amplitud de salida no está tan significativamente afectada por la velocidad de rotación)

Sensor de proximidad

Un sensor de proximidad es un transductor que detecta objetos o señales que se encuentran cerca del elemento sensor.

Existen varios tipos de sensores de proximidad según el principio físico que utilizan. Los más comunes son los interruptores de posición, los detectores capacitivos, los inductivos y los fotoeléctricos, como el de infrarrojos.

Capacitivos

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. Los detectores capacitivos están construidos en base a un oscilador RC. Debido a la influencia del objeto a detectar, y del cambio de capacitancia, la amplificación se incrementa haciendo entrar en oscilación el oscilador. El punto exacto de ésta función puede regularse mediante un potenciómetro, el cual controla la realimentación del oscilador.

Inductivos

Los sensores inductivos de proximidad han sido diseñados para trabajar generando un campo magnético y detectando las pérdidas de corriente de dicho campo generadas al introducirse en él los objetos de detección férricos y no férricos.

El sensor consiste en una bobina con núcleo de ferrita, un oscilador, un sensor de nivel de disparo de la señal y un circuito de salida.

Al aproximarse un objeto "metálico" o no metálico, se inducen corrientes de histéresis en el objeto. Debido a ello hay una pérdida de energía y una menor amplitud de oscilación. El circuito sensor reconoce entonces un cambio específico de amplitud y genera una señal que conmuta la salida de estado sólido o la posición "ON" y "OFF".

Infrarrojos

El receptor de rayos infrarrojos suele ser un fototransistor o un fotodiodo. El circuito de salida utiliza la señal del receptor para amplificarla y adaptarla a una salida que el sistema pueda entender. La señal enviada por el emisor puede ser codificada para distinguirla de otra y así identificar varios sensores a la vez. Esto es muy utilizado en la robótica en casos en que se necesita tener más de un emisor infrarrojo y solo se quiera tener un receptor.

Ultrasónico

Los sensores de ultrasonidos son detectores de proximidad que trabajan libres de roces mecánicos y que detectan objetos a distancias de hasta 8m. El sensor emite impulsos ultrasónicos. Estos reflejan en un objeto, el sensor recibe el eco producido y lo convierte en señales eléctricas, las cuales son elaboradas en el aparato de valoración.

Estos sensores trabajan solamente en el aire, y pueden detectar objetos con diferentes formas, colores, superficies y de diferentes materiales. Los materiales pueden ser sólidos, líquidos o polvorientos, sin embargo han de ser deflectores de sonido. Los sensores trabajan según el tiempo de transcurso del eco, es decir, se valora la distancia temporal entre el impulso de emisión y el impulso del eco.

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