Sensor piezoeléctrico: Principio de funcionamiento y aplicaciones, Esquemas y mapas conceptuales de Medición Electrónica e Instrumentación

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Sensor

piezoeléctrico

P re s e n t a d o p o r

K a r l a Pa o l a Fr a n c i s c o A n t o n i o

El término piezoeléctrico se

deriva de la palabra griega

«piezein», que significa

apretar o presionar. La

piezoelectricidad es un

fenómeno que describe la

capacidad de ciertos

materiales para generar una

carga eléctrica en respuesta

a una presión mecánica.

La piezoelectricidad es un

efecto que se da en algunos

cristales que, al ser

sometidos a tensiones

mecánicas, logran en su

masa una polarización

eléctrica, surgiendo una

diferencia de potencial y

cargas eléctricas en su

superficie.

Piezoelectricidad

Principio de funcionamientoMaterial Piezoeléctrico: El sensor piezoeléctrico está compuesto por un material piezoeléctrico, como el cuarzo, cerámicas piezoeléctricas o polímeros piezoeléctricos. Estos materiales tienen una estructura cristalina que permite la generación de cargas eléctricas cuando se deforman. Deformación Mecánica: Cuando se aplica una fuerza mecánica o presión al material piezoeléctrico, este se deforma ligeramente. Generación de Carga Eléctrica: La deformación del material piezoeléctrico provoca un desplazamiento de los electrones en el material, lo que resulta en una separación de cargas positivas y negativas. Esto genera una diferencia de potencial eléctrico o voltaje a través del material. Señal Eléctrica: La diferencia de potencial eléctrico producida se convierte en una señal eléctrica que puede ser medida y registrada por un circuito electrónico asociado al sensor. Interpretación de la Señal: La señal eléctrica generada es proporcional a la magnitud de la fuerza aplicada al sensor. Esta señal puede ser amplificada, filtrada y procesada para obtener información sobre la magnitud, dirección o características de la fuerza o presión aplicada. 1 2 3 4 5

Características principales La medición que ofrecen estos dispositivos es precisa y exacta Pueden operar en una amplia gama de frecuencias, desde bajas hasta muy altas, lo que los hace adecuados para diversas aplicaciones, como ultrasonidos y detección de vibraciones. Puede manejar fuertes fuerzas de impacto y operar de manera efectiva a altas temperaturas. Ofrecen una alta resolución en la medición, permitiendo detectar y medir cambios muy pequeños en la entrada mecánica Otras particularidades de los sensores piezoeléctricos son un umbral de reacción, errores, tiempo de indicación. Al no tener partes móviles, son menos susceptibles al desgaste mecánico y tienen una vida útil más larga.

Tipos de sensor piezoeléctricos Sensor piezoeléctrico de presión Es utilizado para medir la presión de gases o líquidos y se clasifica dentro de dos tipos diferentes. De alta y baja impedancia. Sensor piezoeléctrico de fuerza Es el instrumento ideal para medir la presión dinámica y fuerzas de tracción. Sensor piezoeléctrico tipo acelerómetro Por lo general es utilizado para la medida de vibraciones en máquinas.

Tipos de sensor piezoeléctricos Cerámicas Piezoeléctricas Como el titanato de bario o el titanato de plomo, son ampliamente utilizados debido a su alta sensibilidad y estabilidad. Cristales Piezoeléctricos Tales como el cuarzo, son conocidos por su alta precisión y se usan comúnmente en aplicaciones que requieren una gran exactitud, como osciladores y relojes. Polímeros Piezoeléctricos Aunque no son tan sensibles como las cerámicas o cristales, son flexibles y pueden adaptarse a diferentes formas y tamaños, lo que los hace ideales para ciertas aplicaciones específicas.

Ventajas Desventa jas

Son altamente sensibles y

pueden detectar pequeños

cambios de presión o vibración.

No requieren una fuente de

alimentación externa ya que

generan su propia energía.

Tienen un rango de operación

amplio y pueden funcionar en

entornos adversos.

No pueden medir cambios

estáticos o a muy baja frecuencia

debido a la naturaleza del

fenómeno piezoeléctrico.

La señal puede atenuarse o

distorsionarse con

temperaturas extremadamente

altas o bajas.

Los materiales piezoeléctricos

pueden envejecer o degradarse

con el tiempo, lo que afecta su

rendimiento.

Aplicacio nes Transductores ultrasónicos para mediciones de distancia y detección de objetos. Micrófonos y elementos de captación de sonido. Detección de vibraciones y aceleraciones en sistemas de seguridad. Encendedores Sensores de aceleración e inclinación en sistemas de control de movimiento.