teoría de sensores

1ª Evaluación
1.El sensor y el transductor.
El sensor es un dispositivo que convierte una señal física en otra señal
física distinta, es decir, convierte un tipo de energía en otro.
Los tipos de señales que dan los sensores pueden ser:
-
Mecánicas.
térmicas.
magnéticas.
eléctricas.
ópticas.
moleculares.
Los sensores se caracterizan por:
-
Sensibilidad.
Linealidad.
Rango.
Tiempo de respuesta.
Exactitud.
Resolución.
Repititividad.
Tipo de salida.
El transductor es el dispositivo que transforma la señal que sale del
sensor. En otra de tipo eléctrico.
El captadores es un transductor en el que la señal de salida no es de tipo
eléctrico. También incluye al sensor.
El transmisor son los circuitos que transforman la señal que sale del
sensor, transductor o captador y la convierte en señal normalizada.
El regulador optimiza las respuestas.
El comparador da una señal comparando la señal de salida y el valor
esperado.
Las entradas externas: pueden proceder de un ser humano, condiciones
de arranque o alteración del control del proceso, cambio de velocidad, parada de
emergencia... , también pueden medirse determinadas condiciones externas,
como presión, temperatura y humedad del entorno, y ser utilizadas para alterar el
proceso de control.
Los términos sensor, captador y transmisor se pueden considerar
sinónimos.
2.Tipos.
Detectores de ultrasonido. Se usan para el control de presencio o
ausencia, distancia o rastreo.
Sensores láser. Tienen la misma función que los sensores de ultrasonidos.
Mucho más precisos que los de ultrasonidos, pero también mucho más caros.
Sensores de interruptor. Se trata de un tipo de sensor sencillo que puede
ser interno o externo. Su principio básico es el de circuito abierto/ cerrado. Son
idóneos para aplicaciones que requieren tamaño reducido, poco peso,
repetitividad y larga vida.
Interruptor de final de carrera. Son interruptores que sirven para detectar
la posición de una determinada pieza, de un móvil, etc. .cuando este alcanza el
extremo de su carrera, actúan mecánicamente sobre una palanca, produciendo el
cambio de ciertos contactos internos. Dependiendo del actuador se dividen en:
- final de carrera de palanca
- final de carrera de émbolo
- final de carrera de varilla.
Sensores de caudal de aire. Contienen una estructura de película fina
aislada térmicamente, que contiene elementos sensibles de temperatura y calor.
Sensores de corriente. Monitorizan corriente continua o alterna. Estos
sensores pueden hacer sonar una alarma, arrancar un motor, abrir una válvula,
etc. La señal lineal duplica la forma de la onda de la corriente captada, y puede
ser utilizada como un elemento de respuesta para controlar un motor o regular la
cantidad de trabajo que realiza una máquina.
Sensor de posición. Es un sensor sencillo, pasivo e interno que indica la
posición en que se encuentra un objeto. Estos pueden ser rotacionales o
traslacionales. Los tipos básicos son:
-
eléctricos
ópticos
Sensores de rotación. Miden la rotación angular (odómetro, velocímetro).
Sensores de velocidad. Son sensores internos que miden la velocidad.
Los hay eléctrico y ópticos.
Sensores de aceleración. Miden la aceleración.
Sensores de humedad. Los sensores de humedad y temperatura están
configurados con circuitos integrados que proporcionan una señal
acondicionada. Contienen un elemento sensible capacitivo que intereacciona con
electródos de platino.
Sensores de temperatura. Estos sensores consisten en una fina película de
resistencia variable con la temperatura y están calibrados por láser para una
mayor precisión, las salidas lineales son estables y rápidas.
Sensores de turbidez. Aportan una información rápida y práctica de la
cantidad de sólidos en el agua.
Sensores de presión y fuerza. Son pequeños, fiables y de bajo coste.
Ofrecen una gran precisión bajo condiciones ambientales variables.
- Sensores magnéticos. Se basan en la tecnología magnetoresistiva.
Ofrecen una alta sensibilidad. Tienen multitud de aplicaciones como:
brújulas, detección de vehículos, realidad virtual, sistemas de
seguridad.
- Sensores de presión. Están basados en tecnología piezoresistiva,
combinada con microcontroladores que proporcionan una alta
precisión, independiente de la temperatura, y de la capacidad de
comunicación digital directa con PC. Las aplicaciones son múltiples,
se hacen instrumentos para aviación, laboratorios... .
La célula fotoeléctrica. La célula fotoeléctrica consta de un emisor que
transmite un rayo de luz a un emisor. Cuando algo corta el rayo de luz el emisor
deja de detectarlo y se produce la acción que deseemos realizar (abrir o cerrar un
circuito). El ejemplo más claro de célula fotoeléctrica lo podemos encontrar en
los ascensores, en los cuales, cuando se corta el rayo de luz se abre la puerta.
Emisor
Receptor
Fotodiodo. El más simple fotodiodo es la unión p-n polarizada
inversamente. Cuando la luz no incide sobre el dispositivo solo una pequeña
cantidad de corriente fluye. Cuando la luz incide, se generan portadores y fluye
una mayor corriente eléctrica. Estos dispositivos presentan una respuesta lineal
que se incrementa con la iluminación, y generalmente presentan un rápida
respuesta de tiempo.
Fototransistor. Este dispositivo presenta mayor corriente que un
fotodiodo, para niveles comparables de iluminación. No operan tan rápido como
un fotodiodo.
3. Tipos de transductores.
Transductores analógicos. Los transductores sirven para proveer la
entrada de señales analógicas, unidades de control, pantallas, grabadoras... .
Estos transductores se conectan con corriente alterna y sus salidas a un
miliamperímetro de corriente continua que señaliza proporcionalmente el
variable eléctrico. Según el tipo de aplicación se requieren para distintos tipos de
medida.
Transductores inteligentes. El transductor inteligente se puede programar
para replicar al analógico y proveer incluso más señales, por lo cual la
manipulación de datos de forma digital ofrece más ventajas
Transductores por cable. Convierten un desplazamiento lineal en una
señal eléctrica proporcional. Se enrola el cable de arrastre en un tambor
mecanizado de alta precisión, un sensor angular fijado al tambor nos da la señal.
Este montaje es muy simple. Sus aplicaciones principales son para el almaceje,
invernaderos, control de elevadores y compuertas, ensayos dinámicos en la
industria del automóvil, análisis modal de la aeronáutica, medida de suspensión
en ferrocarril, pasarelas, etc. .
Transductores de desplazamiento. Las regletas potenciómetras están
diseñadas para el uso industrial en condiciones severas. Hay modelos con rótula
a cada lado que , que permiten mostrar estas regletas en aplicaciones con
movimientos no lineales.
Las regletas incrementales de tipo vástago son muy robustas con
resoluciones entre 20 y 200 micras.
Las regletas digitales son de tipo lector lateral con precisiones de entre 2
y 400 micras.
Transductores capacitivos. Se basan en la propiedad de los capacitores de
placas paralelas para almacenar cierta diferencia de potencial que es
proporcional a la superficie de las placas e inversamente proporcional a la
distancia que las separa, considerando esto, el sensor tiene una capacidad de
variación de modo lineal. Estos transductores se usan para aparatos de medición
de vibraciones, o para dispositivos para medir el nivel de los líquidos en tanques
metálicos. Este tipo de transductor tiene una excelente respuesta de frecuencia y
puede medir fenómenos estáticos y dinámicos.
Transductores potenciométricos. Tienen su principio en la propiedad
resistiva de los materiales conductores, la cual es proporcional a la superficie de
este. Sus partes son, una escobilla que se mueve sobre un elemento resistivo, que
esta directamente unido al eje del sensor. Hay dos tipos de transductores
potenciométricos.
-
De desplazamiento lineal.
-
De desplazamiento angular.
Transductores piezorresistivos. Se basan en la propiedad de vincular un
alargamiento porcentual con una variación de resistencia, este transductor
consiste en un marco estacionario y una armadura que se puede mover en una
sola dirección, cuando se le aplica una fuerza externa al extensómetro la
armadura se mueve una cierta distancia.
Transductores basados en fenómenos eléctricos con intervención del
campo magnético. Se basa en los fenómenos eléctricos y de los campos
magnéticos, estos transductores convierten un desplazamiento en variaciones de
voltaje, medianten un voltaje incluido en el campo magnético. Dentro de este
tipo transductores hay dos tipos:
-El sensor sincro. Es un dispositivo eléctrico parecido aun transformador
en el que la función del primario la realiza el rotor monofásico y la del
segundario un estator de tres embobinados conectados en estrella.
-El sensor de resuloción. Se trata de un dispositivo de resolución que
cuenta con un rotor monofásico que cumple la función del primario, mientras
que el estator de dos embobinados separados 90º realizan la función del
secundario.
4. Tipos de comparadores.
Amplificador operacional. Da como señal de salida una tensión
proporcional a la facilitada.
Puente de potenciómetros. Son resistencias unidas por un extremo para
que la señal coincida mediante regulación.
5. Tipos de actuadores.
Motor paso a paso. Cambia una señal digital en movimientos mecánicos
proporcionales. Sirven para medir velocidad y posición. Los hay de dos tipos:
-Unipolares.
-Bipolares.
Distribuidores. Contactor neumático o hidráulico.
Válvulas. Pasan o interrumpen circuitos de fluidos. Las hay directas o
inversas.
Electroválvulas. Su fundamento es una señal que abre o cierra.
Contactores. Abren o cierran un circuito a distancia. Los hay de corriente
continua y de corriente alterna y pueden ser de tres tipos:
-Unipolar.
-Bipolar.
-Tripolar.
Generadores. Cambian el movimiento por señales. Los hay de corriente
continua y de corriente alterna.
Motores. Cambian las señales por movimiento. Los hay de corriente
continua y de corriente alterna.
Cilindros. son dispositivos neumáticos de movimiento rectilíneo
alternativo que consiguen energía mecánica a partir de aire comprimido.
Disponen de un tubo cerrado en el cual se encuentra el émbolo que
desplaza fijo a un vástago y juntas para evitar el escape del aire comprimido.
Existen dos principales tipos de cilindros:
-De simple efecto.
-De simple efecto retorno por muelle.
-De doble efecto.
-Cilindro con amortiguación:
-Cilindro con amortiguación al retorno:
6. tipos de señal en los sistemas de control.
Señales todo/nada: son señales que solo admiten dos opciones
conectando o desconectando 1 ó 0.
Señales analógicas: son señales que pueden adquirir un número ilimitado
de valóres. Estas señales son generadas por los sensores de presión, temperatura,
peso, flujo de caudal, etc. .
Señales digitales: estas señales solo pueden adquirir los valores 1 ó 0,
pero también pueden dar más posibilidades mediante combinaciones. Se basan el
sistema de numeración binario.
7. Aparatos con sensores.
7.1. El radar. Sistema empleado en la navegación espacial. Destacan el
radar de abertura sintética y el radar transhorizonte.
El radar de abertura sintética. Se utiliza para equipar ciertas sondas de
exploración interplanetaria. Funciona de tal modo que apuntalando sobre
lateralmente sobre la superficie del cuerpo que se desea observar, permite
aumentar la resolución geométrica de las imágenes, mediante técnicas de
superposición de los ecos sucesivos correspondientes a los puntos observados.
El radar transhorizonte. Como su nombre indica, permite destacar objetos
situados más allá del horizonte, por medio de ondas electromagnéticas que se
propagan a modo de guía ondas entre la tierra y la ecosfera.
7.2. El sismógrafo. Es un aparato destinada a detectar los temblores de
la tierra (terremotos). Se basa en la inercia de un péndulo o de una masa
suspendida de un hilo sujeto a un bastidor. El sismógrafo mide los movimientos
relativos del bastidor al suelo y la masa inmóvil. Existen dos tipos de
sismógrafos.
-Sismógrafo electromagnético.
-Sismógrafo de deformación.
7.3. Acelerógrafo. Es un sismógrafo que se utiliza para medir las
vibraciones del suelo en las proximidades del epicentro.
7.4. El tacómetro. Es un instrumento que se utiliza para medir,
mediante indicación sobre una escala, la velocidad de rotación de un órgano
mecánico, generalmente expresada en r.p.m. .Los tacómetros eléctricos son
pequeños generadores que engendran una corriente cuya intensidad, medida por
un amperímetro calibrado en r.p.m., es proporcional a la velocidad de rotación;
en otro tipo de tacómetros eléctricos se engendran corrientes parásitas que hacen
girar un tambor acoplado a un resorte y a un órgano indicador.
8. La fibra óptica.
Los circuitos de fibra óptica son filamentos de vidrio flexibles, del
espesor de un pelo. Transmiten los mensajes en forma de haces de luz que pasan
a través de ellos de un extremo a otro, allí donde quiera que el filamento vaya.
La fibra óptica se puede utilizar como los alambres de cobre tanto para
líneas cortas como para líneas largas.
Sus resultados eran conocidos desde hace muchos años, pero se
conocieron a fondo desde los años setenta en que se empezó a emplear
Las fibras ópticas se fabrican generalmente de sílice o arena, una materia
muy abundante en comparación con el cobre.
Las dos partes fundamentales de la fibra óptica son el núcleo y el
revestimiento. El núcleo es la parte interna y la que guía la luz y consiste en
hebras delgadas de vidrio. El revestimiento es la parte que protege al núcleo que
a su vez está protegido por un funda de plástico contra la humedad,
aplastamientos, etc. .
El despliegue tienen en general tres tipos de trazado fundamentales: Ruta
carretera, vía ferroviaria o líneas de alta tensión.
8.1. Ventajas y desventajas de la fibra óptica.
Ventajas:
- Insensibilidad a la interferencia electromagnética
- Las fibras no pierden luz por lo cual las transmisiones son seguras y
sufren perturbaciones.
- Carencias de señales eléctricas en la fibra por lo cual no hay peligra al
trabajar con ella de quedar electrocutado. Son convenientes en ambientes
explosivos..
- Reducido tamaño del cable con capacidad de transportar un gran
número de señales.
- No necesita tomo de tierra
- Es compatible con la tecnología digital.
- Es muy fácil de instalar.
- Gran rapidez en las transmisiones.
Desventajas:
- Es cara.
- Es frágil.
- Disponibilidad limitada de los conectores.
- Dificultad de reparación una vez rota.
Aplicaciones:
- Portadores comunes telefónicos y no telefónicos.
- T.V. por cable.
- Enlaces locales de estaciones terrestres.
- Automatización industrial.
-Controles de procesos.
- Aplicaciones de computadora.