Concepto y tipos de sensores

 SENSOR

Son dispositivos que funcionan como captadores de información de un proceso por lo que también se denominan captadores o detectores. En general, están diseñados para recibir información de una magnitud del exterior y transformarla en otra magnitud. Detectan 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), una capacidad eléctrica, una tensión eléctrica, una corriente eléctrica, etc.

 TIPOS DE SENSORES

Sensor de aceleración:

El sensor de aceleración o acelerómetro, es un sensor que proporciona directamente la medida de la aceleración de la vibración. Este tipo de sensores es muy importante, ya que la información de la aceleración sufrida por un objeto, ya que si se produce una aceleración en un objeto, este experimenta una fuerza que tiende a hacer poner el objeto en movimiento.

Los acelerómetros o sensores de aceleración, están pensados para realizar una medida de aceleración o vibración, proporcionando una señal eléctrica según la variación física, en este caso la variación física es la aceleración o la vibración. A continuación puede ver diferentes modelos combinando las diferentes tecnologías existentes, principalmente acelerómetros piezoresistivos, acelerómetros piezoeléctricos y acelerómetros capacitivos.

 Principio de funcionamiento:

La operación de un acelerómetro se basa en el principio masa-resorte. En este caso, la frecuencia natural del sistema masa-resorte se sintoniza muy alta, para asegurar que el acelerómetro funcione a frecuencias por debajo de su resonancia. Para la conversión del movimiento mecánico de la vibración a una señal eléctrica se emplea el efecto piezoeléctrico del cuarzo. Ese efecto es la existencia de una carga eléctrica en una de las caras del cristal que está sometido a una tensión o compresión. Esa carga eléctrica es causada por el desplazamiento polar de moléculas en el cristal. Normalmente los acelerómetros para aplicaciones industriales tienen como límite inferior y superior frecuencias de 1 Hz a 20 kHz.

 Ventajas:

 Construcción resistente.

 Insensibles a campos magnéticos.

 No son unidireccionales.

 Reducidas dimensiones.

 Carcasa de material inoxidable sellada herméticamente.

 Costo menor en comparación con sensores de velocidad o desplazamiento.

 Amplio rango de frecuencias.

 Desventajas:

 Sensor pasivo, requiere potencia externa para opera.

 Baja sensibilidad a bajas frecuencias.

 Posibilidad de captar ruidos de baja frecuencia (distorsión de la señal).

 Requiere de elementos electrónicos adicionales para superar los problemas de impedancia en la señal de salida.

 Pautas para la selección:

Para elegir un sensor para una medida de aceleración de entre las posibilidades del mercado, además de los márgenes de valores de la aceleración que admite habrá que tener en cuenta si es capaz de medir en continua o sólo en alterna, la máxima frecuencia a la que puede trabajar, así como los correspondientes parámetros instrumentales típicos de todo sensor

Antes de elegir usar un acelerómetro se debe considerar varios requerimientos donde entre los principales se encuentra el nivel de alimentación y el tipo de comunicación, características para su consideración se muestran a continuación:

 Alcance:

La mayoría de los acelerómetros tendrá un rango seleccionable de las fuerzas que pueden medir. Estos intervalos pueden variar de ± 1g hasta ± 250g. Típicamente, el más pequeño de la gama, es el más sensible. Por ejemplo, para medir pequeñas vibraciones sobre una mesa, utilizando un acelerómetro de gama pequeña proporcionará datos más detallados que el uso de uno de 250 g (que es más adecuado para cohetes).

 Características adicionales:

Algunos acelerómetros incluyen características como la detección del grifo (útil para las aplicaciones de baja potencia), compensación de temperatura ( para aumentar la precisión en situaciones de del alto riesgo ) y detección de 0g. La necesidad de estos tipos de características en el acelerómetro será determinada por la aplicación en la que se incorpora el acelerómetro.

 Campo de aplicación:

Normalmente, los acelerómetros son usados para medir vibraciones en máquinas cuyos ejes son soportados por rodamientos. La causa de esto es que los rodamientos transfieren de buena manera la vibración del eje a la carcasa, sin embargo, los acelerómetros pueden trabajar también muy bien en máquinas cuyos ejes son soportados por cojinetes de deslizamiento debido a los avances hechos en la sensibilidad de los mismos.

Además, este tipo de sensores tienen un campo de aplicación muy importante en la industria automovilística, en pruebas de colisión, medida y test de objetos en movimiento, medida de movimientos sísmicos y protección de edificios y estructuras. Los diferentes modelos permiten un rango de medida entre 10 y 100 g con sobrecargas de hasta 500 g para un margen de frecuencias de 2 a 15.000 Hz ( ±3 dB). Su salida amplificada ±4 Vcc hace posible la medida o el análisis completo de la evolución de la aceleración por sistemas convencionales.

Sensor de velocidad:

Los sensores de velocidad o velocímetros, proporcionan directamente la velocidad de la vibración en la máquina que se está midiendo y pueden detectar la velocidad de un objeto tanto sea lineal como angular. Pero los velocímetros, están siendo reemplazados por los acelerómetros debido a su amplia gama de aplicaciones, sin embargo

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