SENSORES

Equipo 1:Cortes Conde OscarJimenez Morales José MiguelLlanos Martínez Benigno Ortiz Aguilar Carlos AntonioVázquez Martínez Adrián

2.1 SENSORES

Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas

El transductor se define como un dispositivo que transforma una variable física en otra.

Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto con la variable de instrumentación con lo que puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo

Tipo invasivo: Esto se refiere a que el sensor debe estar en contacto directo para detectar o transformar la variable física

Tipo no invasivo: Esto es que el sensor puede detectar o transformar la variable física sin necesidad de estar en contacto directo.

Las variables de instrumentación pueden ser:

• Temperatura• Intensidad lumínica• Distancia• Aceleración• Inclinación• Desplazamiento

• Presión• Fuerza• Torsión• Humedad• Movimiento• pH

Una magnitud eléctrica puede ser:

• Resistencia eléctrica (como en una RTD)

• Capacidad eléctrica (sensor de humedad)

• Tensión eléctrica (como en un termopar)

• Corriente eléctrica (como en un fototransistor)

Áreas de aplicación de los sensores:

• Industria automotriz, robótica, industria aeroespacial, medicina, industria de manufactura, etc.

• Los sensores pueden estar conectados a un computador para obtener ventajas como son el acceso a una base de datos, la toma de valores desde el sensor

Sensores digitales y analógicos

• Los sensores digitales Son dispositivos cuya salida es de carácter discreto. Son ejemplos de este tipo de sensores: codificadores de posición, codificadores incrementales, codificadores absolutos, los sensores auto resonantes (resonadores de cuarzo, galgas acústicas, cilindros vibrantes, de ondas superficiales (SAW), caudalímetros de vórtices digitales), entre otros.

• El sensor analógico debe poseer ciertas características indispensables como:

calibración, rango de funcionamiento, confiabilidad, velocidad de respuesta, exactitud, precisión, etc. Esto con el fin de que el control de la variable que se mida, se lleve acabo de la mejor manera y en el menor tiempo posible.

Sensores discretos y continuos

• Los sensores de tipo discreto proporcionan información que representa la usencia o presencia de un objeto.

• También se llaman interruptores o detectores.

• Sensores continuos Son aquellos en que su señal de salida puede cambiar de forma continua. Un ejemplo puede ser la sonda de temperatura de tipo resistivo, en que la resistencia varía de forma continua según la temperatura que esté midiendo. Los sensores continuos generan una señal de tipo continuo, que puede ser tratada e interpretada de forma inteligente.

2.1.1 Final de carrera o sensor de contacto

• Son dispositivos eléctricos, neumáticos o mecánicos situados al final del recorrido o de un elemento móvil.

• Funcionamiento

• Modo positivo: el sensor se activa cuando el elemento a controlar tiene una tara que hace que el eje se eleve y conecte el objeto móvil con el contacto NC.

• Modo negativo: cuando el objeto controlado tiene un saliente que empuje el eje hacia abajo

• Ventajas e Inconvenientes

• Entre las ventajas encontramos la facilidad en la instalación, la robustez del sistema, es insensible a estados transitorios, trabaja a tensiones altas.

• Los inconvenientes de este dispositivo son la velocidad de detección y la posibilidad de rebotes en el contacto, además depende de la fuerza de actuación.

• Modelos

• Honeywell de seguridad: Este final de carrera está incorporado dentro de la gama GLS y se fabrica también en miniatura, tanto en metal como en plástico y madera, con tres conducciones metálicas muy compactas.

• Para entornos peligrosos

• Se trata en concreto de un microinterruptor conmutador monopolar con una robusta carcasa de aluminio.

• Set crews

• Estos tipos de finales de carrera se utilizan para prevenir daños en el sensor provocados por el objeto sensado.

2.1.2 Sensores Mecánicos

Son dispositivos que cambian su comportamiento bajo la acción de una magnitud física que pueden directa o indirectamente transmitir una señal que indica cambio.

• Directamente: la conversión de una forma de energía a otra se llaman transductores.• Indirecta: Sus propiedades como la resistencia, la

capacitancia o inductancia.• La señal de un sensor puede ser usada para

detectar y corregir las desviaciones de los sistemas de control, e instrumentos de medición.• Son interruptores que se activan por la pieza de

seguimiento.• Estos sensores tienen dos posiciones diferentes,

dentro y fuera, abierta o cerrada y que sirven para definir el estado del monitor de escenario.

Los sensores mecánicos son utilizados para medir:

• Desplazamiento • Posición• Tensión• Movimiento• Presión• Flujo.

Existen dos tipos de funcionamiento:

• Efecto piezoresistivo: convierte una tensión aplicada en un cambio en la resistencia que puede sentirse circuitos electrónicos tales como el puente de Wheatstone. El efecto piezoresistivo puede usarse en sensores que miden presión.

• Efecto piezoeléctrico: convierte una tensión (fuerza) aplicada en una diferencia de potencial eléctrica. El efecto piezoeléctrico es reversible, así que un cambio en el voltaje también genera una fuerza y un cambio correspondiente en el espesor.

TIPOS DE SENSORES

• Sensor tunneling: El efecto tunneling es un método extremadamente exacto para sentir desplazamientos a escala nanómetros. Pero su naturaleza altamente no lineal requiere el uso de control de retroalimentación para hacerlo útil.

• Sensores capacitivos o sándwich:

Estos sensores tienen una lámina fija y otra móvil. Cuando una fuerza se aplica a la lámina móvil, el cambio en capacitancia origina un desplazamiento.

• Sensores limit switch:

Más conocidos como sensores de final de carrera o sensor de contacto, son dispositivos eléctricos, neumáticos o mecánicos situados al final del recorrido de un elemento móvil.

• El principio de funcionamiento de los sensores mecánicos es Pasivo.

• Según el tipo de señal eléctrica que genera se clasifican en los Análogos.

• Según el nivel de integración se clasifican en sensores Discretos.

• Según el tipo de variable física medida se clasifican en sensores de desplazamiento, posición, tensión, movimiento, presión y flujo.

• La frecuencia máxima que puede ser utilizada con los sensores mecánicos es 100Hz, ya que cuando es mayor la lectura puede que no sea buena por la rapidez de la frecuencia.

CLASIFICACIÓN DE LOS SENSORES MECANICOS

VENTAJAS

• Detectan la ausencia o presencia de elementos.

• No se equivocan en la medición si se trabaja a una frecuencia correcta y al tener contacto directo con el sensor la medida siempre es exacta.

DESVENTAJAS• Por tener contacto directo con los objetos a

medir tienen desgaste en la pieza.

• Poca resistencia a la oxidación, por estar al aire libre el clima puede afectarlo.

• Son normalmente muy grandes, necesitan un espacio mayor frente a otros elementos sensoricos.

Sensores eléctricos

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTOUn sensor también puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otraUn sensor eléctrico utiliza una parte sensible que tiene dependiendo del tipo de sensor y debido a esa sensibilidad es más fácil que detecte la magnitud.

temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento,

presión, fuerza, torsión, humedad, pH, etc

Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo:

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Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una Tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc.

Áreas de aplicación de los sensores:

Industria automotriz, Industria aeroespacial, Medicina, Industria de manufactura, Robótica, etc

Los sensores pueden estar conectados a un computador para obtener ventajas como son el acceso a una base de datos, la toma de valores desde el sensor, etc.

TIPOS DE SENSORES

Tipos de sensoresSensores resistivos:

Los sensores resistivos tienen diversas aplicaciones, en especial, a la medición de la temperatura (2° variable mayor medida, después del tiempo).Los sensores resistivos de temperatura o termistores son resistores variables con la temperatura, basados en semiconductores

Sensores PTCLos sensores de coeficiente de temperatura positiva, varían su resistencia desacuerdo al aumenta de la temperatura. Está constituido por conductores metálicos. Los principales metales utilizados son: el platino, níquel e iridio dopado con silicona. El mayormente utilizado es el sensor resistivo de platino

Sensores NTCEstán constituidos por ciertos metales óxidos cuya resistencia decrece con el incremento de la temperatura. Estos son conocidos también como "conductores calientes", debido a que estos deben alcanzar antes, una alta temperatura para proporcionar una buena conductividad eléctrica.

Debido a la naturaleza de este proceso básico, el número de electrones en conducción incrementa en forma exponencial con la temperatura.

Las fotorresistencias (LDR) se basan en la variación de la resistencia eléctrica de un semiconductor al incidir sobre él una radiación. La radiación de una determinada energía provoca que los electrones salten de la banda de valencia a la de conducción en el semiconductor, aumentando la conductividad del mismo. Este efecto es más importante cuando se incrementa la temperatura del material, ya que la energía de los electrones aumenta y con ello la probabilidad de que se produzcan saltos de una banda a otra.

Algunos aislantes presentan disminuciones bruscas en su resistencia cuando aumenta su contenido de humedad. Midiendo dicho cambio de resistencia tenemos lo que se denomina un higrómetro resistivo. Si lo que medidos es su capacidad tenemos un higrómetro capacitivo. Existen también determinados óxidos semiconductores cuya conductividad varía cuando se encuentra ante la presencia de determinados gases que reaccionan con el oxígeno.Aplicaciones Las aplicaciones son variadas y estas dependen del tipo de sensor. Entre las cuales destacan, fuerza, par y presion, deformaciones, aceleraciones y vibraciones

Sensores capacitivos:

Los sensores capacitivos son un tipo de sensor eléctrico.Los sensores capacitivos (KAS) reaccionan ante metales y no metales que al aproximarse a la superficie activa sobrepasan una determinada capacidad. La distancia de conexión respecto a un determinado material es tanto mayor cuanto más elevada sea su constante dieléctrica. Estos sensores se emplean para la identificación de objetos, para funciones contadoras y para toda clase de controles de nivel de carga de materiales sólidos o líquidos.

Los sensores capacitivos están especialmente diseñados para lograr detectar materiales aislantes tales como el plástico, el papel, la madera, entre otros, no obstante también cuentan con la capacidad de de detectar metales. Es importante tener en cuenta que los sensores capacitivos funcionan de manera inversa a los inductivos, es decir que a medida que el objetivos se va a acercan al sensor las oscilaciones del mismo aumentan hasta que llega a un límite que activa el circuito que dispara las alarmas

Como funcionan los sensores capacitivos, debemos decir que en un principio éstos constan de una sonda que se encuentra situada en la cara posterior en donde se encuentra colocada una placa condensadora, y al aplicar una corriente al sensor por más mínima que sea, se produce una especie de campo electroestático cuya reacción se produce frente a los cambios de la capacitancia provocados por la presencia de un objeto cualquiera.Aplicacion

Los sensores capacitivos (KAS) reaccionan ante metales y no metales que al aproximarse a la superficie activa sobrepasan una determinada capacidad eléctrica. La distancia de conexión respecto a un determinado material es tanto mayor cuanto más elevada sea su constante dieléctrica. Estos sensores se emplean para la identificación de objetos, para funciones contadoras y para toda clase de controles de nivel de carga de materiales sólidos o líquidos. También son utilizados para muchos dispositivos con pantalla táctil, como teléfonos móviles, ya que el sensor percibe la pequeña diferencia de potencial entre membranas de los dedos eléctricamente polarizados de una persona

Sensores inductivos:

Los sensores inductivos son un tipo de sensor que se utilizan principalmente para detectar cualquier tipo de material metálico ferroso y debemos decir que uno de los usos que más se les proporciona es en las industrias y empresas de envasado, en donde los utilizan para detectar cualquier tipo de elementos que se haya infiltrado entre los productos a vender, de esta manera podemos decir que los sensores inductivos se utilizan principalmente para el control de presencia o ausencia de elementos filtrados. Una de las ventajas que poseen estos sensores es que los mismos son exactos a la hora de hacer su trabajo, tienen una precisión verdaderamente increíble y esta es la razón principal por la cual son tan utilizados en la industria.