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3. Sensores y Transductores. 3.1. Sensores y Transductores. Un sensor es un dispositivo capaz de detectar diferentes tipos de materiales, con el objetivo de mandar una señal y permitir que continué un proceso, o bien detectar un cambio; dependiendo del caso que éste sea. Es un dispositivo que a partir de la energía del medio, proporciona una señal de salida que es función de la magnitud que se pretende medir. Dentro de la selección de un sensor, se deben considerar diferentes factores, tales como: la forma de la carcasa, distancia operativa, datos eléctricos y conexiones. De igual forma, existen otros dispositivos llamados transductores, que son elementos que cambian señales, para la mejor medición de variables en un determinado fenómeno. Un transductor es el dispositivo que transforma una magnitud física (mecánica, térmica, magnética, eléctrica, óptica, etc.) en otra magnitud, normalmente eléctrica. Un sensor es un transductor que se utiliza para medir una variable física de interés. Algunos de los sensores y transductores utilizados con más frecuencia son los calibradores de tensión (utilizados para medir la fuerza y la presión), los termopares (temperaturas), los velocímetros (velocidad).
Cualquier sensor o transductor necesita estar calibrado para ser útil como dispositivos de medida. La calibración es el procedimiento mediante el cual se establece la relación entre la variable medida y la señal de salida convertida. Los transductores y los sensores pueden clasificarse en dos tipos básicos, dependiendo de la forma de la señal convertida. Los dos tipos son:
- Transductores analógicos.
- Transductores digitales 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. Los transductores digitales producen una señal de salida digital, en la forma de un conjunto de bits de estado en paralelo o formando una serie de pulsaciones que pueden ser contadas. En una u otra forma, las señales digitales representan el valor de la variable medida. Los transductores digitales suelen ofrecer la ventaja de ser más compatibles con las computadoras digitales que los sensores analógicos en la automatización y en el control de procesos. 3.2. Terminologías de funcionamiento. Los siguientes términos se emplean para definir el funcionamiento de un sensor. Exactitud La exactitud es la cualidad o grado de un instrumento de medida de dar una lectura próxima al verdadero valor de la magnitud medida. En otras palabras, es el grado de conformidad de un valor indicado a un valor estándar aceptado o valor ideal, considerando este valor ideal como si fuera el verdadero. El grado de confiabilidad independiente es la desviación máxima entre la curva de calibración de un instrumento y una curva característica especifica, posicionada de modo tal que se reduce al mínimo dicha desviación máxima. Precisión La precisión de la medición debe ser tan alta como fuese posible. La precisión significa que existe o no una pequeña variación aleatoria en la medición de la variable. La dispersión en los valores de una serie de mediciones será mínima.
Los sensores se pueden clasificar desde algunos puntos de vista: Clasificación de los sensores según la energía. Los sensores pueden ser:
- Activos. - Emiten energía a partir de la transformación realizada. Dentro de este tipo de sensores podemos citar a las termocuplas, cristales piezoeléctricos, etc.
- Pasivos .- Reciben energía para realizar la transformación. En este grupo están los termistores (su resistencia varía en función de la temperatura), micrófonos de condensador, los fotodiodos, etc. Clasificación de los sensores según el principio de funcionamiento. Dentro de esta categoría los sensores se pueden clasificar en:
- Sensores primarios.
- Sensores resistivos.
- Sensores de reactancia variable y electromagnética.
- Sensores generadores.
- Sensores digitales
Clasificación de los sensores según la magnitud a medir. Esta clasificación está directamente relacionada con el fenómeno o estímulo físico que se desea medir. Los sensores pueden ser de:
- Sensores de posición electromecánicos.
Un interruptor de límite de carrera, es un sensor de posición
electromecánico que consiste de un cuerpo y una cabeza de operación.
El cuerpo del interruptor incluye contactos eléctricos para energizar o
para desenergizar un circuito. La cabeza de operación incorpora un cierto
tipo de brazo, palanca o pulsador, designado como actuador. El
interruptor de límite de carrera estándar es un dispositivo mecánico que
utiliza el contacto físico para detectar la presencia de un objeto (Target).
Cuando el objeto entra en contacto con el actuador, el actuador se gira
de su posición normal a la posición de funcionamiento. Esta operación
mecánica activa los contactos eléctricos dentro del cuerpo del interruptor,
dejando el pasar el flujo de corriente o cortando el paso de corriente.
- Sensores de desplazamiento por medio de potenciómetros. Los potenciómetros son unas resistencias especiales que están formadas por una parte fija con la resistencia y una móvil en contacto con la misma que, al desplazarse, hace variar la resistencia entre las tomas. En otras palabras un potenciómetro es un resistor al que se le puede variar el valor de su resistencia. De esta manera, indirectamente, se puede controlar la intensidad de corriente que hay por una línea si se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial de hacerlo en serie.
Los sensores de proximidad magnéticos o reed, reaccionan frente a campo magnéticos generados por imanes permanentes o electroimanes instalados en dispositivos móviles. Al aproximarse un campo magnético se cierra los contactos , dando paso al flujo de corriente que genera la señal en el sensor Una de la aplicaciones más común es como detectores de posición en los cilindros neumáticos. Puesto que estos incorporan imanes permanentes en el embolo, induciendo un cambio de estado en el sensor.
- Sensores de proximidad inductivos.
Los sensores de proximidad inductivos se utilizan para detectar la presencia de piezas metálicas en un rango de distancia que va de 1 mm a 30 mm, hasta 75 mm. Trabajan mediante la inducción de corrientes parasitas o corrientes de Eddy en piezas metálicas. Dichas corrientes provocan un cambio en la amplitud del campo magnético generado por el sensor, esta reducción del campo magnético genera una señal eléctrica que se aprovecha para indicar la presencia de un objeto metálico en las cercanías del sensor. Como interruptores de finales de carrera, tiene ventajas respecto a los sensores electromecánicos, tales como: ausencia de contacto con el objeto a detectar, robustez mecánica, resistencia a ambientes agresivos y de altas temperatura. Ejemplos de distintas formas y tamaños de sensores inductivos.
- Sensores de proximidad capacitivos. La función del detector capacitivo consiste en señalar un cambio de estado, basado en la variación del estímulo de un campo eléctrico. Los sensores capacitivos detectan objetos metálicos, o no metálicos, midiendo el cambio en
El control consiste en un emisor (fuente generadora de luz), un receptor
para detectar la luz emitida, y la asociación electrónica que evalúa y
amplifica la señal causando un cambio de estado en el sensor
fotoeléctrico.
Sensor Fotoeléctrico de Barrera.
En los detectores de barrera, el objeto se interpone entre el
emisor del haz luminoso y el receptor. Si la luz no llega al
receptor se produce la acción de conmutación.
Sensor Fotoeléctrico de Retroreflexión ( Réflex).
Los detectores se denominan réflex, cuando el emisor del haz de luz
y el receptor, están en la misma ubicación y el elemento contrario
es un reflector.
Sensor Fotoeléctrico Reflectivo Difuso. En los detectores difusos, el objeto a detectar realiza la función de reflector. El emisor y receptor están en el mismo espacio. Estos sensores no permiten que la distancia de conmutación sea aumentada.
Aplicaciones de los sensores de proximidad inductivos y capacitivos.
Aplicaciones con Sensores Ultrasónicos.
