Tarea#2
Diferentes tipos de sensores y sus caracteristicas principales.

El sensor, en forma general se define como un dispositivo capaz de detectar diferentes tipos de materiales o sea recibe una señal o estímulo y responde a este con una señal eléctrica de salida, además, consta de algún elemento sensible a una magnitud física —como por ejemplo la intensidad o color de la luz, temperatura, presión, magnetismo, humedad— y debe ser capaz, por su propias características, o por medio de dispositivos intermedios, de transformar esa magnitud física en un cambio eléctrico que se pueda alimentar en un circuito que la utilice directamente, o sino en una etapa previa que la condicione (amplificando, filtrando, etc.), para que finalmente se la pueda utilizar para el control

El transductor se define como un dispositivo que transforma una variable física (fuerza, presión, temperatura, velocidad, etc.) en otra.

Un sensor se entiende como transductor en la medida que se tenga una variable a medir y se requiera de una señal eléctrica de salida. Además estos pueden ser de tipo invasivo, esto se refiere a que el sensor debe estar en contacto directo para detectar o transformar la variable física y de de tipo no invasivo, esto es que el sensor puede detectar o transformar la variable física sin necesidad de estar en contacto directo.

Los transductores analógicos proporcionan una señal analógica continua, por ejemplo voltaje o corriente eléctrica. Esta señal puede ser tomada como el valor de la variable física que se mide.

El sensor analógico debe poseer ciertas propiedades indispensables como: calibración, rango de funcionamiento, confiabilidad, velocidad de respuesta, exactitud precisión, sensibilidad, linealidad entre otros. Esto con el fin de que el control de la variable que se mida, se lleve a cabo de la mejor manera y en el menor tiempo posible.

Clasificación de los sensores

Los sensores pueden ser clasificados por diferentes criterios:

Funcionamiento

a) Sensores de deflexión: en este tipo de sensores, la deformación de un material se emplea para medir una magnitud física.

b) Sensores de comparación: como su nombre lo indica se basa en la comparación de fuerzas aplicadas, este funcionamiento se puede observar en las balanzas, donde el operario coloca un cuerpo de igual masa al que se mide, con el objetivo de encontrar un balance entre ambos pesos que permita mantener el equilibrio.

Según su aporte de energía

Se pueden dividir en moduladores (activos) y generadores (pasivos); los modulares se caracterizan por utilizar una fuente de energía auxiliar para alimentar la señal de salida, mientras que en los pasivos la energía de la señal de salida es suministrada por la entrada.

Según el tipo de salida

Esta clasificación se hace según el tipo de señal a ser medida, la cual puede ser analógica o digital.

Según el orden

     También pueden ser clasificados según el orden: primero, segundo o de orden superior. Esta clasificación se hace según el número de elementos almacenadores de energía independientes que contenga el sensor.

Según el tipo de variable física a medir

     La clasificación subdivide a los sensores de acuerdo a la magnitud física por medir, tal es el caso de caudal, temperatura, presión, nivel, entre otros.

Clasificación de los sensores

Ejemplos:

• Sensores de luz

o Elementos sensibles

 LDRs o Fotorresistores (resistores variables por la incidencia de la luz)

 Fotoceldas o celdas fotovoltaicas

 Fotodiodos

 Fototransistores

 CCD

 Cámaras de vídeo

o Módulos integrados

 Reflectivo

 De ranura

• Sensores de presión y fuerza

o Elementos sensibles

 Microinterruptores

 Sensores de presión

 Sensores de fuerza

o Sensores

 Sensores de contacto (sandwich, bigotes, antenas)

 Piel robótica

• Sensores de sonido

o Elementos sensibles

 Micrófonos

 Captadores piezoeléctricos

o Módulos integrados

 Rangers (medidores de distancia) ultrasónicos

• Sensores para medición de distancia

o Módulos integrados

 Medidores de distancia ultrasónicos

 Medidores de distancia por haz infrarrojo

• Sensores de gravedad (posición)

o Acelerómetros, sensores de vibración

o Sensores pendulares (Inclinómetros)

o Contactos de mercurio

o Giróscopos

• Sensores de temperatura

o Termistores

o RTDs (Termorresistencias)

o Termopares, Termocuplas

o Diodos

o Circuitos integrados

o Pirosensores (a distancia)

• Sensores de humedad

o Sensores capacitivos

o Sensores resistivos

o Módulos integrados

• Sensores de velocidad

o Tacómetros

o Codificadores (encoders)

• Sensores de magnetismo

o Efecto Hall

o Brújulas electrónicas

o Interruptores magnéticos

• Sensores de ubicación geográfica

o GPS

o Receptores de radiobalizas

• Sensores de proximidad

o Sensores capacitivos

o Sensores inductivos

Sensores de posición lineal o angular

     Los transductores de posición se utilizan para determinar la posición de un objeto con respecto a un punto de referencia. Las posiciones pueden ser lineales o angulares. Los medidores de ángulos o transductores de desplazamiento angular son poco utilizados en los sistemas de control, fundamentalmente se utilizan cuando se desea medir la variación producida en el eje rotor de un sistema motor-reductor.

Sensores de Pequeños desplazamientos o deformaciones

     Los sensores de desplazamiento, son un tipo de sensores usados para medir longitud, los cuales tienen la precisión para medir desde unos cuantos micrómetros hasta unos metros. Las principales ventajas de este tipo de transductores son su sensibilidad y lo poco que son afectados por la humedad.

Sensores de velocidad

     La medición de velocidad angular tiene gran relevancia en las aplicaciones industriales. Esto se realiza mediante los tacómetros, que pueden ser mecánicos o eléctricos.

     Tacómetros mecánicos: El más sencillo es el contador de revoluciones. Consiste en un tornillo sin fin que se acopla al eje cuya velocidad se quiere medir. Tacómetros eléctricos:

a) Dinamos Tacométricas (tacodinamo), estos proporcionan

Una señal de corriente continúa.

b) Alternadores tacométricas (taco alternador), estos proporcionan una señal alterna senoidal con frecuencia y amplitud proporcionales a la velocidad de rotación.

Sensores de fuerza

     El método que tiene por objeto la medida de las deformaciones superficiales de los cuerpos, se denomina Extensometría. Las galgas extensiométricas, es un procedimiento ampliamente utilizado para convertir las deformaciones en señales eléctricas proporcionales.

Existen varios tipos de galgas extensiométricas, dentro de las cuales se pueden mencionar:

a) Galgas extensiométricas semiconductoras: el elemento sensible es una banda de cristal semiconductor con cierto grado de contaminación.

b) Galgas extensiométricas de resistencia eléctrica: cuando se sujeta una longitud de cable dentro de su límite de tensión, ocasiona que se incremente la longitud, que se de un decremento del diámetro, y que cambie su resistencia eléctrica, entonces el material conductor es unido a un elemento elástico en condiciones de deformación, y es posible medir el cambio en la resistencia y con esto se puede calcular la fuerza.

Sensores de nivel

     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. Algunos transductores eléctricos de nivel son:

Medidor de nivel de flotador magnético: este consiste en un flotador que se desliza a lo largo de un tubo guía colocado verticalmente en el interior del tanque, este flotador posee un imán, en su movimiento, arrastra a otro más pequeño que está dentro del tubo guía. El segundo imán está sujeto a un cable el cual mueve un índice en una escala exterior.

Medidor de nivel de tipo desplazamiento: presenta un flotador parcialmente

sumergido en el líquido y conectado mediante un brazo a un tubo de torsión unido rígidamente al tanque.

     Medidor de presión diferencial: tiene un diafragma en contacto con el líquido del tanque, que mide la presión hidrostática en un punto del fondo de un tanque, en un tanque abierto la presión hidrostática es proporciona a la altura del líquido en ese punto y a su peso específico.

P = Hγ

P = presión1

H = altura1

γ = peso específico del líquido1

Medidor de nivel conductivo: posee uno o varios electrodos y un relé electrónico que es excitado cuando el líquido moja dichos electrodos.

Sensores de presión

     Esta medida es común en procesos que involucran gases y líquidos, los instrumentos de medición se clasifican en tres grupos: mecánicos, electromecánicos, y electrónicos.

Sensores de flujo y caudal

Para medir el caudal, se puede realizar de varias formas según sea el tipo de fluido, de presión deseada, el control que se requiera y el tipo de caudal.

Los medidores volumétricos, son un gran grupo de sensores que realizan las mediciones con elementos que dan lugar a una presión diferencial al paso del fluido.

Dentro de los sensores más destacados de este tipo están:

a) La placa-orificio o diafragma: este es un sistema que consta de una placa

perforada, en donde se da una restricción de flujo de área constante, la presión

va a depender del flujo que atraviesa la restricción. Utilizando un sensor de

presión, se obtiene la presión diferencial la cual es proporcional a la raíz

cuadrada del caudal. con esto se obtiene la medida del caudal.

b) La tobera: esta se ubica en la tubería con dos tomas, presenta una toma anterior y una posterior, este sistema permite caudales 60 % mayores a los que permite la placa-orificio, cuando ambas están en el mismo servicio.

c) El tubo pitot: este instrumento mide la presión dinámica, o sea mide la

diferencia de la presión total y la estática. Es sensible a variaciones de velocidad en la sección trasversal del tubo, y se emplea generalmente para medir grandes caudales.

d) Medidor de turbina: Los medidores de turbina consisten en un rotor que gira al paso del fluido con una velocidad directamente proporcional al caudal.

El tubo annubar: Este es la innovación del tubo pitot, el cual consta de un tubo que mide la presión total, este tubo esta dispuesto a lo largo de un diámetro transversal, presenta una serie de orificios, todos de diámetros iguales que captan el caudal, otro tubo en su interior se encarga de promediar las presiones obtenidas. Posterior a se encuentra el tubo de presión estática con un orificio en el centro. se le conoce también con el nombre de tubo pitot de canal cerrado.

f) El rotámetro: consiste en un medidor de caudal de área variable, en el cual un flotador cambia de posición dentro de un tubo, el cambio de posición es proporcional al flujo del fluido.

Sensores de temperatura

     La obtención de medias de temperatura, es de las más frecuentes y de mayor importancia en la automatización industrial, es por esto que se vuelve cada vez más importante tener una comprensión clara de las ventajas y desventajas de los distintos métodos de medida de esta variable, para lograr que sistema sea el óptimo.

     Dentro de los sensores empleados para la medida de la temperatura, están los basados en resistencias térmicas, básicamente son un enrollamiento de hilo muy fino del conductor entre capas de material aislante, estos son colocados dentro de distintos encapsulados no conductores como el vidrio o la cerámica.

Información obtenida de:

http://eie.ucr.ac.cr/uploads/file/proybach/pb_08_II/pb0811t.pdf

http://axxon.com.ar/rob/Sensores_general.htm