Transductores

TRANSDUCTORES

1. DEFINICIONES. CLASIFICACION.

Un transductor es, simplemente, un dispositivo que proporciona una salida utilizable en respuesta a una magnitud física, propiedad o condición específica que se desea medir. Generalmente se trata de un dispositivo utilizado para convertir un fenómeno físico en una señal eléctrica.

Los transductores se conocen con nombres diferentes en las distintas disciplinas técnicas:

sensores (de presión, de fuerza, de temperatura), detectores, galgas, captadores, sondas, etc.

En el caso de los transductores que proporcionan como salida una señal eléctrica, se pueden distinguir genéricamente las siguientes partes:

- sensor (o sonda), en contacto con la magnitud física.

- mecanismos auxiliares.

- captador, que proporciona una cierta señal eléctrica.

- preamplificador o acondicionador de la señal.

La descripción de un transductor se basa generalmente en la mayoría o todas de las consideraciones siguientes:

1) ¿Qué se intenta medir? (magnitud).

2) ¿Cuál es el principio operativo de la porción eléctrica del transductor con en el que se origina la salida? (principio de transducción).

3) ¿Qué elemento del transductor responde directamente a la magnitud que se mide? (elemento sensor).

4) ¿Qué prestaciones o ventajas especiales se incorporan en el transductor?.

5) ¿Cuáles son sus principales características?

- rango de operación.

- sensibilidad.

- compatibilidad ambiental: temperatura, presiones, tamaño, restricciones de montaje...

- robustez.

- características eléctricas de la señal de salida.

A partir de la descripción anterior surge una primera clasificación de los transductores: según el método de transducción o según la variable que son capaces de medir. A nivel introductorio, parece más apropiada una clasificación atendiendo al primero de los criterios.

El grupo más importante de transductores es quizás el de parámetro variable, que se caracterizan por proporcionar una salida relacionada con la variación de un determinado parámetro eléctrico pasivo, originada a su vez por la variación del fenómeno físico que se desea medir. Son de gran robustez y simplicidad de construcción.

Por otra parte podemos definir los transductores llamados activos o autogeneradores, que son aquéllos que producen una señal eléctrica (sin necesidad de alimentación externa) cuando son estimulados por alguna forma física de energía: electromagnéticos, piezoeléctricos, fotovoltaicos, termoeléctricos. Aquéllos que necesitan de algún elemento adicional en la transducción, son los transductores pasivos.

2. TRANSDUCTORES DE PARAMETRO VARIABLE.

2.1. CAPACITIVOS: convierten un cambio de la magnitud a medir en un cambio de capacidad.

Dado que la capacidad de un condensador de placas paralelas es aproximadamente proporcional a (ε . A)/d, variando cualquiera de estas cantidades se obtiene un cambio en la capacidad: por tanto, puede ocasionarse por el movimiento de uno de los electrodos, acercándose o alejándose del otro (variación de "d"); por la variación del área de las placas ("A") o por cambio del dieléctrico situado entre las dos placas ("ε"). Suelen emplearse para medir desplazamientos o como indicadores de nivel de líquido (dieléctrico variable).

2.2. RESISTIVOS: convierten un cambio en la magnitud a medir en un cambio en la resistencia.

Los cambios en la resistencia pueden realizarse por diferentes medios, como por movimientos en el contacto móvil de un reostato, por aplicación de esfuerzos mecánicos, por cambios de temperatura, etc.

Potenciométricos: convierten un cambio en la magnitud a medir en un cambio en la relación de tensiones (divisor de tensión), mediante un cambio en la posición de un contacto móvil sobre un elemento resistivo en cuyos bordes se ha aplicado una excitación. Se utilizan para medir desplazamientos tanto lineales como angulares. Son pasivos.

Galgas extensiométricas: son un ejemplo de transductores pasivos que usan la variación de la resistencia eléctrica de los hilos como mecanismo capaz de detectar las fuerzas a que son sometidos.

Si a un hilo conductor se le somete a un esfuerzo de tracción, se alarga, aumentando su longitud proporcionalmente a la carga aplicada (mientras no se supere el límite elástico del

material). Simultáneamente, con este aumento de longitud hay una ligera reducción de la sección

transversal del hilo y dado que la resistencia de un conductor es R = ro*L/S (donde ro es la resistividad del material), ambos factores contribuyen al aumento de la resistencia del material. Habría que añadir también el efecto piezorresistivo.

Consisten normalmente en un hilo resistivo doblado en forma de rejilla, que se suele pegar al objeto en el que se van a medir esfuerzos y deformaciones. Las aplicaciones de las galgas son numerosas: puentes, grúas, vigas, edificios, etc. y las medidas se suelen hacer con algún tipo de puente de Wheatstone, en el que uno, dos o incluso los cuatro brazos son galgas. Como las variaciones de deformación son dinámicas, al puente se le hace trabajar en modo "no equilibrado", esto es, se obtiene una salida proporcional a la variación de resistencia de la galga.

Termorresistivos: todo este grupo de transductores se basan en el principio físico de variación de resistencia con la temperatura. Sin embargo, en función de que los materiales usados sean metales o semiconductores, el comportamiento de los mismos es bastante diferente.

Los termómetros

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