Tipos de sensores

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Sensores Sistemas Automáticos

Creado y diseñado por Javier Mollá Garzón

¡Vamos!

TIPOS DE SENSORES

De temperatura

De temperatura

Resumen

Mecánicos: Termómetro Bourdon

Mecánicos: Termómetro de cañón

Definición sobre los sensores

De temperatura

De temperatura

De temperatura

Electrónicos

Eléctricos

Mecánicos: Termómetro bimetálico

Cinemática

Humedad

Humedad

Posición y desplazamiento

Higrómetro eléctrico de impedancia

Higrómetro mecánico

Dinámica

Dinámica

Cinemática

Presión de gases y líquidos

Fuerzas: células de carga

Velocidad o tacómetros

Luz

Magnitudes de líquidos

Magnitudes de líquidos

LDR y fototransistores

Nivel de líquidos

Caudal

Resumen

Un sensor, es un elemento que capta una magnitud física y la transforma en otra totalmente nueva en bruto. Estos se basan en efectos físicos conocidos como el efecto fotoeléctrico o la inducción electromagnética. En otras palabras, un sensor convierte un fenómeno físico en un voltaje analógico medible o en una señal digital.

De temperatura

Mecánicos, eléctricos y electrónicos

Mecánicos: Termómetro de cañón de vidrio TTeT ddd

El efecto físico que aprovechan es la dilatación de un fluido por efecto de su estado de temperatura. Constan de un tubo de vidrio capilar, con la punta en forma de ampolla y que tienen una escala graduada. En su interior contienen un fluido que suele ser alcohol coloreado o mercurio.

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Mecánicos: Termómetro de cañón de vidrio TTeT ddd

Este tipo de sensores, son baratos, lineales y muy precisos. Por otro lado, son frágiles y la lectura del mensaje es un poco complicada

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Mecánicos: Termómetro Bourdon

El efecto físico que aprovechan es la dilatación de un gas o fluido por efecto de su estado de temperatura. Constan de un tubo flexible enrollado, con la punta en forma de ampolla y que tienen un mecanismo de aguja indicadora. En su interior contienen un fluido en forma de líquido o gas. Son muy precisos pero poco lineales y con poco rango

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Mecánicos: Termómetro Bimetálico

Funciona debido a un diferente coeficiente de dilatación (uno muy alto y otro muy bajo) de dos láminas de metal pegadas. Se forma con dos láminas de metales distintos pegadas y enrrolladas que se arquean en función de la T y unmecanismo de aguja indicadora. Son baratos, robustos, sencillos y de amplio rango. Por otro lado, son poco precisos y con una linealidad regular

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Tienen aplicaciones simples como es medir la temperatura del agua o de un gas.

- Expertos en sensores de temperatura Beru

ELÉCTRICOS Y ELECTRÓNICOS

Termopar:

Funcionan de tal forma, que al unir los extremos de dos metales diferentes, se genera una pequeña diferencia de potencial en función de la temperatura y la movilidad de los electrones es distinta en cada metal. Emplean el efecto Seebeck: devuelven una tensión eléctrica proporcional a la temperatura a medir, pero no puede medirse conectando un voltímetro al termopar, pues los cables del voltímetro forman con los del termopar otra nueva unión termoeléctrica y se descontrola la medida.

Se puede corregir el efecto mediante una temperatura de referencia fija o baño de hielo. También mediante circuitos electrónicos que compensen el efecto y de paso amplifiquen y acondicionen la señal. Son baratos, robustos, sencillos, con una señal amplia y una linealidad aceptable, pero tienen poca sensibilidad.

ELÉCTRICOS Y ELECTRÓNICOS

Se forman mediante óxidos de ciertos metales (Ni, Mn, Co, Cu …) y deben situarse de modo que se lea su tensión como parámero de salida, por tanto deben ser atravesadas por una intensidad. Hay que evitar a toda costa intensidades excesivas para que no se produzca autocalentamiento, lo cual falsearía los resultados. Tienen una gran sensibilidad, son precisos, estables y pueden formarse con diferentes tamaños. Por otro lado, tienen un bajo rango y mala linealidad debido al autocalentamiento

Emplean una variación de la resistencia de un material en función de la temperatura y en consecuencia, una caída de tensión cuando está en un circuito.

Termistores NTC y PTC:

ELÉCTRICOS Y ELECTRÓNICOS

RTD y LM35:

LM35. Semiconductores o circuitos integrados que son capaces de medir la temperatura. Da una tensión eléctrica proporcional a la temperatura de una de sus caras. Puede medir incluso temperaturas bajo cero. Son precisos, fáciles de montar y baratos pero tienen bajo rango de temperaturas, a partir de los 50ºC ya no funcionan.

RTD: Funcionan con el cambio de la resistencia de un metal con la temperatura. Es una simple resistencia hecha del metal encapsulado y con un circuito de acondicionamiento. El más común es el Pt100 (platino). Son muy precisos, con un amplio rango, lineales, sensibles y sencillos. La única desventaja es que son caros, además de que tardan mucho en dar una respuesta exacta. Mucho autocalentamiento y poca vida útil.

Imágenes de estos sensores

Termopares, termistores y semiconductores

De humedad

Higrómetro mecánico e higrómetro eléctrico de impedancia

Higrómetro mecánico

Se originan debido al cambio en la longitud de un pelo o fibra orgánica por efecto de la humedad ambiental. Constan de un pelo humano o membrana animal tensado y de un mecanismo de palanca con aguja indicadora

Higrómetro eléctrico

Se originan debido al cambio en la resistencia de un material por efecto de la humedad. Formados por una película delgada de cloruro de litio LiCl sobre un sustrato aislante y con electrones en los extremos.

Sensores cinemáticos

Posición y desplazamiento y velocidad o tacómetros

Posición y desplazamiento

10

Velocidad o tacómetros

Pincha aquí!

+23

+7

+10

Capacitivo, inductivo o fotoeléctrico sin contacto

Capacitivos con contacto

Encoders

+ info

+ info

+ info

Se basa en usar un detector de proximidad capacitivo, inductivo o fotoeléctrico enfrentado a un objeto giratorio y unidos a un contador, que analiza cuántas señales se producen en un segundo y de ahí deducir la velocidad de giro.

carga y descarga de un condensador giratorio en corriente continua Se forman mediante un condensador giratorio y dos circuitos (alimentación y descarga)

Encontramos dos tipos: 1. Incremental 2. Absoluto

Aplicaciones de estos sensores

El 50% de las aplicaciones de estos sensores son para circuitos de control grandes y para el control y gestión de la información de una forma sencilla y barata

50%

Sensores dinámicos

Fuerzas: células de carga y presión de gases y líquidos

FUERZAS: CÉLULAS DE CARGA

3.Dinamómetros y balanzas

1.Galgas extensiométricas

Los conocemos de sobra y se llevan usando durante mucho tiempo. Baratos y poco precisos.

cambio en la resistencia eléctrica de un metal por efecto del sometimiento al mismo a una fuerza mecánica.

4.Celdas de carga neumáticas e hidráulicas

2.Piezoeléctricos

efecto piezoeléctrico, una red cristalina sometida a una tensión mecánica genera una diferencia de potencial V en sus extremos. No experimentan elongación y alcanzan altas fuerzas.

Se emplea un pistón con cilindro ciego sobre el cual se aplica la fuerza. Se mide la presión del fluido mediante un manómetro el cual nos da una medida de la fuerza.

Presión de gases y líquidos: Manómetro de mercurio

Aprovechan una presión equivalente al peso de la altura de una columna de mercurio. Constan de un tubo hueco y transparente en forma de U lleno de mercurio además de que un extremo se fija a una presión de referencia o bien se deja al aire mientras que el otro extremo se introduce en el medio fluido del cual se desea medir la presión. Se le puede acoplar también un sensor de distancia. Son bastante precisos pero muy frágiles

Presión de gases y líquidos: Tubo de Bourdon, fuelles y diafragmas

Usan en gases, transformación de la presión de un gas en volumen al expadirse. Se forman mediante un tubo Bourdon ( movimiento circular) y unos fuelles y diafragmas (movimiento lineal). Además Los movimientos circular o lineal se pueden asociar a transductores de posición y convertir de esa manera a magnitudes eléctricas.

Magnitudes de líquidos

Caudal y nivel de líquidos

Caudal y nivel de líqudos

Sólo el primero pertenece al grupo de caudal

Ultrasonidos

Tubo ventouri

Flotador

Mismos principios de funcionamiento que el detector de posición por ultrasonidos

flotación de los cuerpos al nivel del líquido. Un flotador o boya de corcho unido un indicador por un sistema de palanca o polea, o a su vez otro transductor de señal eléctrica de desplazamiento

Trata de la transformación de la velocidad de un fluido en presión al reducir la sección de paso de una conducción. Se sitúa un manómetro cuyos extremos se localizan antes.

Sensores de luz

LDR y Fototransistores

LDR

LDR

Funciona como un transistor solo que en lugar de activarse mediante una corriente de base, se activa mediante un haz de luz.

Son resistencias dependientes de la intensidad luminosa que reciben, por el sulfuro de cadmio que tiene esta propiedad. Cuanta más luz recibe, menos resistencia tiene.

Pregunta interactiva

¡Muchísimas gracias!

Potenciómetro

Resistivo

Se activan mediante una resistencia variable en función del giro del cursor. Están formados por: una resistencia en forma de círculo con un cursor que se desliza sobre él, 3 terminales ( 2 extremos fijos y un cursor móvil), y los extremos fijos están conectados a una diferencia de potencial fija mientras que el extremo móvil según su posición barre un rango a una velocidad fija máxima.

• También existen potenciómetros multivuelta
• También existen potenciómetros lineales en los que el cursos se desplaza en línea recta

Capacitivo: condensador variable

Funciona con una capacidad variable de un condensador, en función del grado de penetración de un material dieléctrico (aislante) entre sus armaduras. Se forma mediante un condensador con el dieléctrico o las armaduras móviles en la dirección de la longitud a medir y una circuitería auxiliar que permita tratar, visualizar o aprovechar el cambio en la capacidad del condensador en forma de magnitud eléctrica variable.

Inductivo: transformador diferencial LVDT

Se aprovecha de la variación de la tensión de salida de un transformador, en función, del grado de penetración de un núcleo de hierro móvil entre las dos bobinas. Consta de un transformador con dos bobinas enrolladas al revés una de la otra, de modo que cuando el núcleo está totalmente centrado, la tensión eficaz de salida es cero, y cuando está desplazado tiene un cierto valor. Cabe destacar que sólo puede trabajar con tensiones alternas, que es lineal, preciso y sensible y además necesita un circuito acondicionador de la salida ya que esta es senoidal y de pequeño valor. Por último. mencionar que tiene un rango relativamente pequeño (hasta 30 cm) y que sufre interferencias en entornos con ruido electromagnético.

Fotoeléctrico

Funciona con el Efecto fotoeléctrico, es decir, la formación de una tensión por efecto de la luz que incide sobre el material de una célula fotoeléctrica. El sensor contiene un emisor de luz como una bombilla, led o láser que puede ser infrarroja, y varias células fotoeléctricas puestas en línea, una de ellas recogerá el haz reflejado. Según las células excitadas, se puede calcular la distancia. Además, Un circuito auxiliar traduce el valor de distancia en un valor de tensión eléctrica según las células excitadas.

• linealidad y precisión aceptables
• no requieren contacto físico con el objeto
• Rango de 10 a 80 cm
• Si se usa láser se puede aumnentar el rango 50 cm
• No detecta cuerpos negros

Ultrasonidos

Este sensor, aprovecha el sonido de alta frecuencia tiene la propiedad de reflejarse perfectamente en los objetos sólidos. Se forman mediante un emisor de ultrasonidos, un receptor de ultrasonidos y un circuito procesador de la señal. En función del tiempo en que tarda en ir y venir el sonido y la velocidad del sonido, se puede calcular la distancia del objeto. Tiene buena linealidady precisión, no requiere contacto físico pero su rango de funcionamiento es de 10 a 80 cm además de ser caro.

PRESENCIA

Este tipo de sensores son del tipo todo/nada, es decir, informan de si hay un objeto o no lo hay, sin entrar en mediciones. Su salida es una señal digital 0 o 1.

Final de carrera o microinterruptores

Son un interruptor o conmutador accionado mediante algún mecanismo de presencia (palanca, rodillo, etc…). Precisan del contacto físico con el objeto a detectar y además, Al accionarse conectan o desconectan un circuito que realiza una labor determinada.

Inductivos

Los detectores de proximidad inductivos se basan en el fenómeno de amortiguamiento que se produce en un campo magnético de una bobina a causa de las corrientes inducidas en materiales situados en las cercanías. Dicho material debe ser metálico o conductor. Se forman mediante una bobina y núcleo que funcionan con corriente variable y una circuitería auxiliar que genera una señal ante la proximidad del objeto, cuando detecta que los campos magnéticos de la bobina han cambiado.

Capacitivos

se basan en la variación de la capacidad de un condensador que se forma de la siguiente manera: Armadura 1: un electrodo de metal circular llamado electrodo activo Armadura 2 : un electrodo central llamado tierra -Dieléctrico: el aire más el objeto que se aproxima, el cual hace variar la permeabilidad del dieléctrico y por tanto la capacidad del condensador aumenta Están formados mediante un cable de conexión, un LED y un tornillo de ajuste, dos electrodos (tierra y activo), y por último una superficie activa que genera un campo eléctrico.

• Necesita un circuito auxiliar que genere una señal cuando detecte el objeto
• Vale para objetos metálicos y no metálicos
• Muy baratos
• solo funcionan a distancias muy cortas (1 o 2 cm)

Fotoeléctricos: barrera fotoeléctrica

Es un sensor fotoeléctrico en el que el emisor y el receptor están enfrentados y cuando un objeto pasa entre ellos se interrumpe el haz de luz y se detecta su presencia. Necesita cableados separados, una manera de resolverlo es usando un fotoeléctrico normal con emisor y receptor integrados en el mismo cuerpo, y usando en el otro extremo un espejo o placa catadióptrica

El condensador se conecta y desconecta alternativamente a los circuitos de carga y descarga de acuerdo con la velocidad de giro. La carga y descarga genera en bornes del condensador un tren de impulsos de frecuencia proporcional a la velocidad de giro. Está limitado por la constante de tiempo.

El objeto ha de tener rugosidades o irregularidades superficiales suficientes, que refleje perturbaciones a una frecuencia que es función de la velocidad de giro. Se suele usar una marca realizada específicamente sobre el eje de giro para mayor precisión. Tienen forma de mando fácilmente portables pero son poco precisos si no se usa marca.

Absolutos

Incrementales

Los codificadores absolutos ópticos funcionan con un concepto similar al de los tipos incrementales, sólo que poseen un disco distribuido en anillos concéntricos que representan los bits de una palabra binaria. Deben tener un detector óptico por cada uno de estos anillos. Un disco con más anillos concéntricos ofrecerá más bits de resolución y dará un dato de posición angular más preciso.

Está formado por un disco con ranuras radiales ubicadas por lo general muy juntas en toda su circunferencia, o sino con líneas alternadas en color claro y oscuro, que giran frente a un fotosensor generando un pulso por cada ranura o cambio de color. Estos codificadores son baratos pero no ofrecen una posición absoluta, ya que el disco es igual en toda su circunferencia y no hay manera de saber dónde está ubicado (en qué ángulo absoluto) el eje.

Galgas extensiométricas

Se constituyen de un filamento de metal con forma laberíntica pegada sobre un soporte de papel o plástico, el soporte se pega a algún tipo de barra o viga de la cual se desea conocer la tensión, tracción o compresión a la que está sometida y - debe colocarse en un circuito de modo que se lea su caída de potencial como parámetro de salida.

• se usan a menudo para controlar las fuerzas de las columnas y vigas de estructuras y edificios, y en las balanzas electrónicas de laboratorio.
• son muy precisas
• aguantan mucha fuerza (toneladas)

Aplicaciones a los ensayos de tracción

En la máquina de ensayo de tracción es necesario medir la fuerza a la que está sometida la probeta. Esto se hace con una célula de carga que es una pieza bastante voluminosa situada en la parte inferior y /o superior de la máquina y a la cual se le engancha la probeta mediante una mordaza o a veces enroscándola directamente. Gracias a que las células de carga piezoeléctricas no tienen casi elongación, no afecta a la medición de la elongación de la probeta.