Sensores Y Transductores

sensor

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.

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 de un sensor

• 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.

Un sensor es un tipo de transductor que transforma la magnitud que se quiere medir o controlar, en otra, que facilita su medida. Pueden ser de indicación directa (e.g. un termómetro de mercurio) o pueden estar conectados a un indicador (posiblemente a través de un convertidor analógico a digital, un computador y un display) de modo que los valores detectados puedan ser leídos por un humano.

Por lo general, la señal de salida de estos sensores no es apta para su lectura directa y a veces tampoco para su procesado, por lo que se usa un circuito de acondicionamiento, como por ejemplo un puente de Wheatstone, amplificadores y filtros electrónicos que adaptan la señal a los niveles apropiados para el resto de los circuitos.

Resolución y precisión

La resolución de un sensor es el menor cambio en la magnitud de entrada que se aprecia en la magnitud de salida. Sin embargo, la precisión es el máximo error esperado en la medida.

La resolución puede ser de menor valor que la precisión. Por ejemplo, si al medir una distancia la resolución es de 0,01 mm, pero la precisión es de 1 mm, entonces pueden apreciarse variaciones en la distancia medida de 0,01 mm, pero no puede asegurarse que haya un error de medición menor a 1 mm. En la mayoría de los casos este exceso de resolución conlleva a un exceso innecesario en el coste del sistema. No obstante, en estos sistemas, si el error en la medida sigue una distribución normal o similar, lo cual es frecuente en errores accidentales, es decir, no sistemáticos, la repetitividad podría ser de un valor inferior a la precisión.

Sin embargo, la precisión no puede ser de un valor inferior a la resolución, pues no puede asegurarse que el error en la medida sea menor a la mínima variación en la magnitud de entrada que puede observarse en la magnitud de salida.

Tipos de sensores

En la siguiente tabla se indican algunos tipos y ejemplos de sensores electrónicos.

Magnitud Transductor Característica

Posición lineal o angular Potenciómetro

Analógica

Encoder

Digital

Sensor Hall

Digital

Desplazamiento y deformación Transformador diferencial de variación lineal

Analógica

Galga extensiométrica

Analógica

Magnetoestrictivos

A/D

Magnetorresistivos

Analógica

LVDT

Analógica

Velocidad lineal y angular Dinamo tacométrica Analógica

Encoder

Digital

Detector inductivo

Digital

Servo-inclinómetros

A/D

RVDT

Analógica

Giróscopo

Aceleración Acelerómetro

Analógico

Servo-accelerómetros

Fuerza y par (deformación) Galga extensiométrica

Analógico

Triaxiales

A/D

Presión Membranas Analógica

Piezoeléctricos

Analógica

Manómetros Digitales

Digital

Caudal

Turbina

Analógica

Magnético Analógica

Temperatura

Termopar

Analógica

RTD

Analógica

Termistor NTC

Analógica

Termistor PTC

Analógica

[Bimetal - Termostato ]]

I/0

Sensores de presencia Inductivos I/0

Capacitivos I/0

Ópticos I/0 y Analógica

Sensores táctiles Matriz de contactos I/0

Piel artificial

Analógica

Visión artificial Cámaras de video Procesamiento digital

Cámaras CCD o CMOS

Procesamiento digital

Sensor de proximidad

Sensor final de carrera

Sensor capacitivo

Analógica

Sensor inductivo

Analógica

Sensor fotoeléctrico

Analógica

Sensor acústico (presión sonora)

micrófono

Analógica

Sensores de acidez

IsFET

Sensor de luz

fotodiodo

Analógica

Fotorresistencia

Analógica

Fototransistor

Analógica

Célula fotoeléctrica

Analógica

Sensores captura de movimiento Sensores inerciales

Un potenciómetro es un resistor cuyo valor de resistencia es variable. De esta manera, indirectamente, 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.

Normalmente, los potenciómetros se utilizan en circuitos de poca corriente. Para circuitos de corrientes mayores, se utilizan los reóstatos, que pueden disipar más potencia.

Construcción

Existen dos tipos de potenciómetros:

• Potenciómetros impresos, realizados con una pista de carbón o de cermet sobre un soporte duro como papel baquelizado, fibra, alúmina, etc. La pista tiene sendos contactos en sus extremos y un cursor conectado a un patín que se desliza por la pista resistiva.

• Potenciómetros bobinados, consistentes en un arrollamiento toroidal de un hilo resistivo (por ejemplo, constantán) con un cursor que mueve un patín sobre el mismo.

Tipos

Potenciómetros rotatorios multivuelta utilizados en electrónica. Estos potenciómetros permiten un mejor ajuste que los rotatorios normales.

Potenciómetros deslizantes.

Según su aplicación se distinguen varios tipos:

• Potenciómetros de mando. Son adecuados para su uso como elemento de control en los aparatos electrónicos. El usuario acciona sobre ellos para variar los parámetros normales de funcionamiento. Por ejemplo, el volumen de una radio.

• Potenciómetros de ajuste. Controlan parámetros preajustados, normalmente en fábrica, que el usuario no suele tener que retocar, por lo que no suelen ser accesibles desde el exterior. Existen tanto encapsulados en plástico como sin cápsula, y se suelen distinguir potenciómetros de ajuste vertical, cuyo eje de giro es vertical, y potenciómetros de ajuste horizontal, con el eje de giro paralelo al circuito impreso.

Según la ley de variación de la resistencia :

• Potenciómetros lineales. La resistencia es proporcional al ángulo de giro. Generalmente denominados con una letra B.

• Logarítmicos. La resistencia depende logarítmicamente del ángulo de giro. Generalmente denominados con una letra A.

• Senoidales. La resistencia es proporcional al seno del ángulo de giro. Dos potenciómetros senoidales solidarios y girados 90° proporcionan el seno y el coseno del ángulo de giro. Pueden tener topes de fin de carrera o no.

• Antilogarítmicos. Generalmente denominados con una letra F.

En los potenciómetros impresos la ley de resistencia se consigue variando la anchura de la pista resistiva, mientras que en los bobinados se ajusta la curva a tramos, con hilos de distinto grosor.

Potenciómetros

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