El término sensor se refiere a un elemento
que produce una señal relacionada con la cantidad que se está midiendo. Por
ejemplo, en el caso de un elemento para medir temperatura mediante resistencia
eléctrica, la cantidad que se mide es la temperatura y el sensor transforma
una entrada de temperatura en un cambio en la resistencia. Con frecuencia se
utiliza el término transductor en vez, de sensor. Los transductores se definen
como el elemento que al someterlo a un cambio físico experimenta un cambio
relacionado. Es decir, los sensores son transduclores.
Terminología del funcionamiento
Los Siguientes términos se emplean para
definir el funcionamiento de los transductores y, con frecuencia, el de los
sistemas de medición como un todo.
Rungo y margen.
El
rango de un transductor define los límites entre los cuales puede variar la
entrada. El margen es el valor máximo de la entrada menos el valor mínimo.
Error.
El
error es la diferencia entre el resultado de una medición y el valor verdadero
de la cantidad que se mide.
Error = valor medido - valor real
Exactitud.
La exactitud es el grado hasta el cual un
valor producido por un sistema de medición podría estar equivocado. Es por lo
tanto, igual a la suma de todos los errores posibles más el error en la
exactitud de la calibración del transductor.
Sensibilidad.
La
sensibilidad es la relación que indica qué tanta salida se obtiene por unidad
de entrada, es decir, salida/entrada.
Error por no linealidad.
Este error se define como la desviación
máxima respecto a la linea recta correspondiente. Para expresar numéricamente
el error por no linealidad se utilizan varios métodos.
Repetibilidad/Reproducibilidad.
Los
términos repetibilidad y reproducibilidad se utilizan para describir la
capacidad del transductor para producir la misma salida después de aplicar
varias veces el mismo valor de entrada. Cuando ya no se logra obtener la misma
salida después de aplicar el valor de entrada, el error se expresa como un
porcentaje de la salida a rango total.
Estabilidad.
La estabilidad de un transductor es su capacidad
para producir la misma salida cuando se emplea para medir una entrada constante
en un periodo.
Banda/tiempo muerto.
La
banda muerta o espacio muerto de un transductor es el rango de valores de
entrada durante los cuales no hay salida.
Resolución.
Cuando la entrada varía continuamente en
todo el rango, las señales de salida de algunos sensores pueden cambiar a
pequeños intervalos.
Impedancia de salida.
Cuando un sensor que produce una salida eléctrica
se vincula con un circuito electrónico, es necesario conocer la impedancia de
salida dado que ésta se va a conectar en serie o en paralelo con dicho
circuito. Al incluir el sensor, el comportamiento del sistema con el que se
conecta podría modificarse de manera considerable.
Características estáticas y dinámicas
Las características estáticas son los valores
obtenidos cuando se presentan condiciones de estado estable, es decir, valores
obtenidos una vez que el transductor se estabiliza después de recibir cierta entrada.
La terminología anterior se refiere a este tipo de estado. Las características
dinámicas se refieren al comportamiento entre el momento en que cambia el valor
de entrada y cuando el valor que produce el transductor logra su valor de
estado estable. Las características dinámicas se expresan en función de la
respuesta del transductor a entradas con determinadas formas.
Tiempo de respuesta.
Es el tiempo que transcurre después de
aplicar una entrada constante, una entrada escalón, hasta que el transductor
produce una salida correspondiente a determinado porcentaje.
Constante de tiempo.
Es el 63.2% del tiempo de respuesta.
Tiempo de subida.
Es
el tiempo que requiere la salida para llegar a un porcentaje especificado de la
salida en estado estable.
Desplazamiento, posición y proximidad
Los sensores de desplazamiento miden la
magnitud que se desplaza un objeto; los sensores de posición determinan la
posición de un objeto en relación con un punto de referencia. Los sensores de
proximidad son una modalidad de sensor de posición y determinan en qué momento
un objeto se mueve dentro de una distancia crítica del sensor. Los anteriores
son dispositivos cuyas salidas son, en esencia, del tipo todo o nada (encendido
o apagado).
Al elegir un sensor de desplazamiento,
posición o proximidad, deberá tenerse en cuenta lo siguiente:
1.
La magnitud del desplazamiento
2.
Si el desplazamiento es lineal o angular.
3.
La resolución que se necesita.
4.
La exactitud que se necesita.
5.
El material del que está hecho el objeto que se mide.
6.
El costo.
Sensor potenciométrico
Un potenciómetro es un elemento resistivo
que tiene un contacto deslizante que puede desplazarse a lo largo de dicho
elemento. Éste se puede utilizar tanto en desplazamientos lineales como
rotacionales; dicho desplazamiento se convierte en una diferencia de potencial.
Elemento con deformímetro
El deformímetro de resistencia eléctrica es
un alambre metálico, una cinta de papel metálico o una tira de material semiconductor
en forma de oblea que se adhiere a la superficie como si fuese una estampilla
postal. Cuando se somete a un esfuerzo, la resistencia R cambia, y el cambio de
resistencia ΔR/R es proporcional al esfuerzo
Codificadores ópticos
Un codificador es un dispositivo que
produce una salida digital como resultado de un desplazamiento lineal o
angular. Los codificadores de posición se clasifican en dos categorías: codificadores
de incremento, los cuales detectan cambios en la rotación a partir de una
posición de datos y codificadores absolutos, que proporcionan la posición
angular real.
Sensores neumáticos
Los sensores neumáticos utilizan aire
comprimido, y el desplazamiento o la proximidad de un objeto se transforman en
un cambio en la presión del aire.
Estos sensores se usan para medir desplazamientos
de fracciones de milímetros.
Velocidad y movimiento
Los siguientes son ejemplos de sensores que
sirven para monitorear velocidades lineales y angulares y detectar el
movimiento. Entre las aplicaciones de los detectores de movimiento figuran los
sistemas de seguridad utilizados para detectar la presencia de intrusos, así
como juegos y aparatos interactivos; como las pantallas de los cajeros automáticos
que se activan cuando alguien se aproxima a ellos.
Codificador diferencial
El codificador diferencial descrito se usa para medir la velocidad angular determinada por la
cantidad de pulsos producidos por segundo.
Tacogenerador
El tacogenerador sirve para medir la
velocidad angular. Una de sus modalidades es el tacogenerador de reluctancia
variable, el cual está formado por una rueda dentada de material ferromagnético
unida a un eje giratorio.
Sensores piroeléctricos
Los materiales piroeléctricos,, son materiales cristalinos que generan una carga como respuesta al flujo calorífico. Si el
material se calienta en un campo eléctrico a una temperatura justo por debajo
de la temperatura de Curie, y se deja enfriar el material al tiempo que se
mantiene en medio del campo, los dipolos del material se alinean y éste se
polariza Los sensores piroeléctricos están formados por un cristal piroeléctrico
polarizado cuyas caras tienen delgadas capas de metal como electrodos. Dado que
el cristal está polarizado con superficies cargadas, los iones son atraídos
por el aire que los rodea y por los electrones del circuito de medición
conectado al sensor para equilibrar la carga superficial.
Fuerza
La balanza de resorte es un ejemplo de
sensor de fuerza; en ella se aplica una fuerza, un peso, al platillo y ésta
provoca un desplazamiento, es decir, el resorte se estira. El desplazamiento
es entonces, una medida de la fuerza. Las fuerzas por lo general se miden con
base en un desplazamiento. El siguiente método ilustra lo anterior.
Indicador de presiones con deformímetro
Una modalidad muy común de transductor para
medir fuerza se basa en el empleo de deformímetros de resistencia eléctrica
para monitorear la deformación de cierto elemento cuando éste se estira, comprime
o dobla por la aplicación de una fuerza. A este transductor se le conoce como indicador
de presiones.
Presión de fluidos
En muchos de los dispositivos utilizados
para monitorear la presión de fluidos de procesos industriales se monitorea la
deformación clástica de diafragmas, cápsulas y tubos. Los tipos de medición
que se necesitan son: presión absoluta, en cuyo caso la presión que se mide es
relativa a una presión cero, es decir, al vacío; presión diferencial, con la
cual se mide una diferencia de presiones, y presión manométrica, en la que la
presión se mide en relación con la presión barométrica.
En un diafragma hay una diferencia de presión
entre ambas caras, por lo que el centro del diafragma se desplaza. Un diafragma
corrugado ofrece mayor sensibilidad. El movimiento del diafragma se monitorea
mediante un sensor de desplazamiento que puede ser un deformímetro. Es
frecuente utilizar deformímetros de diseño especial, los cuales constan de
cuatro deformímetros, dos para medir el esfuerzo en la dirección de la
circunferencia y dos en dirección radial. Los cuatro deformímetros se conectan
de manera que formen los brazos de un puente de Wheatstone . Es posible adherir
los deformímetros al diafragma, pero también existe la opción de hacer un
diafragma de silicio en el que los deformímetros son áreas especiales del
diafragma con impurezas.
Flujo de líquidos
Entre los métodos tradicionales para medir
el gasto de líquidos figuran los dispositivos que miden la caída de presión
que se produce cuando un fluido pasa por un tubo Venturi.
Nivel de líquidos
El nivel de líquido en un recipiente se
mide en forma directa monitoreando la posición de la superficie del líquido, o
de manera indirecta midiendo alguna variable relacionada con la altura. En los
métodos directos una posibilidad es usar flotadores; entre los indirectos figura
el monitoreo del peso del recipiente, utilizando, por ejemplo, indicadores de
presión,los cambios en la altura del liquido causan cambios en el peso. Es
común que en los métodos indirectos se mida la presión, en alguna parte del
líquido, que se produce por una columna de liquido h, puesto que es igual a hpg,
en donde p es la densidad del líquido
Sensores de luz
Los fotodiodos son diodos de unión hechos
con semiconductores), los cuales están conectados en un circuito con
polarización inversa, por lo que su resistencia es muy elevada. Cuando la luz
incide en la unión, la resistencia del diodo disminuye y la corriente del
circuito aumenta de manera notable
Los fototransistores tienen una unión base colector p-n sensible a
la luz. Cuando la luz no incide, la corriente colector-emisor es muy pequeña.
Al incidir la luz, se produce una corriente de base directamente proporcional
a la intensidad luminosa. Debido a ello se produce una corriente de colector
que es una medida de la intensidad luminosa. Es común encontrar fototransistores
en forma de paquetes integrados, en los cuales el fototransistor está conectado
a una configuración Darlington con un transistor convencional. Dado que con el
arreglo anterior se obtiene una mayor ganancia en corriente, este dispositivo
produce una corriente de colector mucho mayor para una intensidad de luz
determinada.
Las fotorresistencias tienen una
resistencia que depende de la intensidad luminosa que reciben, la cual disminuye
de manera lineal con la disminución de la intensidad. La fotorresistencia de
sulfuro de cadmio es la más sensible a la luz.
Selección de un sensor:
Al seleccionar un sensor para una aplicación
en particular hay que considerar varios factores:
1.
El tipo de medición que se requiere.
2. El tipo de salida que se requiere del sensor, lo cual determinará las
condiciones de acondicionamiento de la señal, a fin de contar con señales de
salida idóneas para la medición.
3. Con base en lo anterior se pueden identificar algunos posibles sensores,
teniendo en cuenta rango, exactitud, linealidad, velocidad de respuesta,
confiabilidad, facilidad de mantenimiento, duración, requisitos de alimentación
eléctrica, solidez, disponibilidad y costo.
La elección de un sensor no se puede hacer
sin considerar el tipo de salida que el sistema debe producir después de
acondicionar la señal; por ello, es necesaria una integración idónea entre
sensor y acondicionador de señal.
Muy bueno me ayudó muchísimo
ResponderEliminarme sirvio mucho la informacion gracias
ResponderEliminarMe ayudo mucho gracias
ResponderEliminarMuy buenan informacion bien desarrollada, gracias.
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