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VALENTIN OSUNA GONZALEZ

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- - 1 - - Valentín Osuna

1............….Introducción…………………………………………….….………….3 1.1………..Sistemas de control de lazo abierto y cerrado………...……………….4 1.1.1…….. Lazo abierto……………………….…………………....……………...4 1.1.2……...Lazo cerrado……………………….…………………………………..4 1.2………..Tipos de sistemas automáticos de control………….....……………….5 1.2.1……...Sistemas automáticos de control secuencial…………………………..5 1.2.2……...Sistemas automáticos de regulación…………………………………..5 2……….…Definición……………………………………………………………..6 3………….Características de los sensores……………………………………...…7 3.1………..Características estáticas……………………………....……………….7 3.2………..Características dinámicas………………………………...…………...9 4………….Clasificación………………………………………...……...………..10 4.1………..Según el principio de funcionamiento………………...……..………11 4.2………..Según el tipo de señales que generan………………..………………13 4.3………..Según el campo de los valores que miden……...……………………15 4.4………..Según la forma constructiva……………...…………………………..16 4.5………..Atendiendo al fundamento físico………………...…………………...16 4.6………..Según el tipo de variable física………………………...……………..18 4.6.1……...Posición lineal o angular………………………...……………………19 4.6.1.2……Potenciómetros…….……...……...……………………….…………..19 4.6.1.2……Encoders………………………………………………………………23 4.6.1.3……Sensor Hall……………………………………………………………27 4.6.1.4……Sincros y resolvers……………………………………………….. ….31 4.6.2……...Desplazamiento y deformación........................................................…33 4.6.2.1……Galgas extensiométricos…………………………………………...…33 4.6.2.2……Magneto-resistivos……………………………………………………38 4.6.2.3……LVDT…………………………………………………………………39 4.6.3……...Velocidad lineal y angular…...……………………………………….41 4.6.3.1……Sensores de velocidad lineal………………………………………….41 4.6.3.1.1….Dinamo tacométrica…………………………………………………..41 4.6.3.1.2….Tacoalternador…………………………………………………….…..42 4.6.3.2……RVDT…………………………………………………………………42 4.6.4……...Aceleración……………………………………………………………43 4.6.4.1……Acelerómetro…………………………………………………………..43 4.6.5……...Fuerza y par…………………………………………………………....44 4.6.6………Presión……………………………………………………………...…44 4.6.6.1…….Piezoeléctricos…………………………………………………...……44 4.6.6.2…….Membrana……………………………………………………….…….45 4.6.6………Caudal……………………………………………………………...….47 4.6.6.1…….Turbina………………………………………………………………...47 4.6.6.2…….Magnético……………………………………………………………...48 4.6.6.3…….Ultrasónico…………………………………………………………….48 4.6.7………Temperatura…………………………………………………………...49 4.6.7.1…….Termopar………………………………………………………………49 4.6.7.2…….RTD……………………………………………………………………52 4.6.7.3…….Termistor………………………………………………………………54 4.6.7.3.1…..PTC…………………………………………………………………….55 4.6.7.3.2…..NTC……………………………………………………………………56

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4.6.7.4…….Termómetro bimetálico………………………………………………..56 4.6.7.5…….Termómetro de bulbo y capilar……………………………………..….57 4.6.7.6…….Termómetro de vidrio…………………………………………...……..57 4.6.7.7…….Termómetros basados en un circuito integrado………………………..58 4.6.7.8…….Sensores de silicio con efecto resistivo………………………………. .58 4.6.7.9…….Cámara termográfica………………………………………………..….59 4.6.7.10…....Sensores de temperatura con semiconductores………………………..59 4.6.7.11……Pirómetro de radiación………………………………………………...60 4.6.7.12……Pirómetro optico……………………………………………………….60 4.6.8……….Sensores de presencia o proximidad…………………………………..61 4.6.8.1……..Inductivos……………………………………………………………...62 4.6.8.2……..Capacitivos…………………………………………………………….63 4.6.8.3……..Ópticos…………………………………………………………………64 4.6.8.3.1……Fotoeléctricos………………………………………………………….65 4.6.8.3.1.1….Fotodiodo………………………………………………………………67 4.6.8.3.1.2….LDR……………………………………………………………………67 4.6.8.3.1.3….Fototransistor…………………………………………………………..68 4.6.8.3.1.4….Célula fotoeléctrica…………………………………………………….68 4.6.8.4………Finales de carrera……………………………………………………...69 4.6.8.5………Detectores ultrasónicos………………………………………………..70

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1. INTRODUCCIÓN:

Un sistema automático de control es un conjunto de componentes físicos

conectados o relacionados entre sí, de manera que regulen o dirijan su actuación por sí

mismos, es decir sin intervenciones de agentes exteriores (o con la intervención humana

mínima), corrigiendo además los posibles errores que se presenten en su

funcionamiento.

Todo sistema automático, por simple que sea, se basa en la idea de Lazo o Bucle:

• Captadores: Mediante estos, percibe la condición o estado de reposo.

• Automatismos o Unidad de Control: En la Unidad de Control existirá un

“principio de control” que en función del estado del proceso, calcula

acciones de control u órdenes tendentes a llevar dicho proceso al estado

deseado de funcionamiento.

• Actuadores: Dichas órdenes son traducidas a acciones de control, que son

aplicadas al proceso mediante los accionadores o actuadores.

• Nivel de Supervisión: El automatismo puede generar también información

elaborada del proceso o recibir consignas de funcionamiento desde un nivel

superior de supervisión.

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1.1. Sistemas de control de lazo abierto y cerrado:

1.1.1. Lazo abierto:

La acción de control no es afectada por la salida del sistema. Se caracteriza

porque, una vez hechas las actividades, ejecutan un proceso durante un tiempo fijado,

independientemente del resultado obtenido, el cual no es comprobado.

Un ejemplo de lazo abierto es una tostadora o una lavadora automática.

1.1.2. Lazo cerrado:

Las acciones de control dependen de la referencia y de la propia salida del

sistema.

En ocasiones queremos que la señal a controlar alcance un valor determinado, para ello

el sistema tiene que medir continuamente dicha señal para alcanzar ese valor deseado.

En este caso el sistema es realimentado, y hablamos de un sistema automático de lazo

cerrado.

Un ejemplo de lazo cerrado es el piloto automático de un avión o un termostato.

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1.2. Tipos de Sistemas Automáticos de Control:

Existes dos grandes tipos de Sistemas Automáticos de control:

• Los sistemas Automáticos de Control Secuencial.

• Los sistemas Automáticos de Regulación.

1.2.1. Sistemas Automáticos de Control Secuencial:

Son los sistemas automáticos en los que el proceso a controlar en un sistema de

eventos discretos.

En este sistema de control se emplean variables todo/nada.

Sistemas Automáticos de Regulación:

Son los sistemas automáticos en los que el proceso a controlar es continuo.

Habitualmente se persigue que un conjunto de una o varias variables continuas del

proceso alcancen valores especificados por otras tantas referencias o consignas.

En este sistema de control se emplean las variables analógicas.

Un ejemplo es el sistema de control de altura de un avión o un sistema de control de la

posición de un brazo de un robot.

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2. DEFINICION:

• Sensor: Un sensor es un dispositivo diseñado para recibir información de una

magnitud del exterior y transformarla en otra magnitud, normalmente eléctrica

que seamos capaces de cuantificar y manipular.

• Transductor: Un transductor es un dispositivo capaz de transformar o convertir

un determinado tipo de energía de entrada, en otra diferente de salida, es decir,

sirve para convertir un tipo de señal en otro. Los seis tipos de señales mas

usadas en el control industrial son: mecánicas, térmicas, magnéticas, eléctricas y

ópticas y moleculares.

Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto

con la variable a medir o controlar, y la salida de éste puede hacerse pasar a través del

transductor para convertirla a otro tipo de señal o energía.

Hay ocasiones en las que sensor y transductor se emplean como sinónimos, pero

sensor sugiere un significado más extenso: la ampliación de los sentidos para adquirir

un conocimiento de cantidades físicas que, por su naturaleza o tamaño, no pueden ser

percibidas por los sentidos. Por otro lado, transductor sugiere que la señal de entrada y

la de salida no deben ser homogéneas. Para el caso de que lo fueran se propuso el

término “modificador”, pero no ha encontrado aceptación.

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3. CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS

SENSORES:

El transductor ideal sería aquel en que la relación entre la magnitud de entrada y

la magnitud de salida fuese proporcional y de respuesta instantánea e idéntica para todos

los elementos de un mismo tipo.

Sin embargo, la respuesta real de los transductores nunca es del todo lineal, tiene un

rango limitado de validez, suele estar afectada por perturbaciones del entorno exterior y

tiene un retardo en la respuesta.

Las características de los transductores se pueden agrupar en dos grandes bloques:

• Características estáticas, que describen la actuación del sensor en régimen

permanente o con cambios muy lentos de la variable a medir.

• Características dinámicas, que describen el comportamiento del sensor en

régimen transitorio.

3.1. Características estáticas:

• Rango de medida: Es el conjunto de valores que puede tomar la señal de

entrada comprendidos entre el máximo y el mínimo detectados por el sensor con

una tolerancia de error aceptable.

• Resolución: Indica la capacidad del sensor para discernir entre valores muy

próximos de la variable de entrada. Indica que la variación de la señal de entrada

produce una variación detectable en la señal de salida.

• Precisión (fidelidad): Define la variación máxima entre la salida real obtenida y

la salida teórica dada como patrón para el sensor.

• Repetitibilidad: Indica la máxima variación entre valores de salida obtenidos al

medir varias veces la misma entrada con el mismo sensor y en idénticas

condiciones ambientales.

• Linealidad: Un transductor es lineal si existe una constante de proporcionalidad

única que relaciona los incrementos de la señal de salida con los respectivos

incrementos de la señal de entrada en todo el rango de medida.

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• Sensibilidad: Indica la mayor o menor variación de la señal de salida por unidad

de la magnitud de entrada. Cuanto mayor sea la variación de la señal de salida

producida por una variación de la señal de entrada, el sensor es más sensible.

• Ruido: Es cualquier perturbación aleatoria del propio sistema de medida que

afecta la señal que se quiere medir.

• El offet, o desviación cero refleja el valor medido cuando el sensor debería

devolver cero. Genera un error, pero es más fácil de corregir.

• Alcance (span): Es la diferencia algebraica entre los valores superior e inferior

del campo de medida del instrumento.

• Zona muerta: Es el campo de valores de la variable que no hace variar la

indicación o la señal de salida del instrumento. Es decir que no produce

respuesta. Viene dada en tanto por ciento del Span de la medida.

• Campo de medida con elevación cero: Es aquel campo de medida en el que el

valor cero de a variable o señal de medida, es mayor que el valor inferior del

Rango.

• Elevación de cero: Es la cantidad con que el valor cero de la variable supera el

valor inferior del rango de medición. Puede expresarse en unidades de la

variable medida o en porcentaje de span.

• Campo de medida con supresión de cero: Es aquel campo de medida, en el

que el valor cero de la variable o señal de medida, es menor que el valor inferior

del campo.

• Exactitud: Es la tolerancia de medida o de transmisión del instrumento y define

los límites de los errores cometidos cuando el instrumento se emplea en

condiciones normales de servicios.

• Temperatura de servicio: Rango de temperaturas en el cual se espera que

trabaje el sistema dentro de los límites de error especificados.

• Vida útil del servicio: Tiempo mínimo especificado durante el cual se aplican

las características de servicio continuo e intermitente del instrumento sin que se

presenten los cambios en su comportamiento mas allá de las tolerancias.

• Calibración: Es el proceso de comparar un instrumento de exactitud

desconocida, para asegurar que funcione dentro de los limites de tolerancia

especificada por el fabricante, o que tenga la exactitud requerida en el trabajo

para el que fue escogido.

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• Tiempo muerto: Es el tiempo que tarda el sistema de medida o actuación en

responder a cambios de entrada.

• Errores:

o Aleatorios o accidentales: Generan resultados diferentes en lecturas

repetidas y pueden ser ocasionados por ruidos o por variaciones

ambientales. Como son aleatorios, a tales errores suelen aplicarse

técnicas estadísticas para la reducción de su efecto.

o Sistemáticos: Son constantes y ocasionados por características del

sistema como la calibración incorrecta, los límites de definición o los

efectos de carga en donde el sistema de medición cambia el valor de la

magnitud que está midiendo. Estos errores se pueden reducir por medio

de la calibración mejorada o de una mayor atención a la técnica.

3.2. Características dinámicas:

• Velocidad de respuesta: Mide la capacidad del sensor para que la señal de

salida siga sin retraso las variaciones de la señal de entrada.

• Respuesta en frecuencia: Mide la capacidad del sensor para seguir las

variaciones de la señal de entrada a medida que aumenta la frecuencia,

generalmente los sensores convencionales presentan una respuesta de tipo

pasabajos.

• Estabilidad: Indica la desviación en la salida el sensor con respecto al valor

teórico dado, al variar parámetros exteriores distintos al que se quiere medir.

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4. CLASIFICACIÓN:

Dentro de los sensores podemos tener de cenas de clasificaciones, algunas de

ellas están redactadas a continuación:

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4.1 Según el principio de funcionamiento o atendiendo a la alimentación:

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Según su funcionamiento los sensores se pueden clasificar en diversos tipos. Según

su aporte e energía se pueden dividir en:

• Activos: Son aquellos sensores que ellos mismos generan una tensión o

corriente, no requiriendo de por tanto de una alimentación externa.

Son ejemplos de este tipo de sensores, los basados en los efectos piezoeléctrico y

termoeléctrico.

Sensor activo (radar)

• Pasivos: Son aquellos sensores que no emiten energía y necesitan de un foco de

energía externo a ellos, es decir, requieren de una alimentación o excitación

externa para generar una señal.

Son ejemplo de este tipo de sensores, los basados en las resistencias cuyo valor

depende de la temperatura (Termoresistivos) o de la luz (Fotoresistivos).

Sensor pasivo (óptico)

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4.2. Según el tipo de señales que generan:

• Analógicos: Son sensores que generan señales eléctricas denominadas análogas,

que pueden tomar cualquier valor dentro de unos márgenes determinados y

llevan la información a su amplitud. Un sensor analógico puede entregar una

salida variable dentro de un determinado rango.

La mayoría de los sensores proporcionan este tipo de señales.

Las señales eléctricas generadas por los sensores analógicos adolecen de

problemas relacionados con la impedancia de salida, ruido interferencias y

distorsión, por lo que es necesario un circuito de acondicionamiento.

Un sensor analógico, como por ejemplo una fotorresistencia, puede ser cableado

en un circuito que pueda interpretar sus variaciones con valores entre 0 y 5 volts.

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• Digitales: Son aquellos que entregan una salida de tipo discreta, es decir, que el

sensor varía dentro de de un determinado rango de valores, pero a diferencia de

los sensores analógicos, esta señal eléctrica solo toma un número finito de

niveles entre un máximo y un mínimo.

Por ejemplo consideraremos un botón pulsador, el cual es uno de los sensores

más básicos. Posee una salida discreta de tan solo dos valores, estos pueden ser

abierto o cerrado. Otros sensores digitales pueden entregar una salida de tipo

binario, como es el caso de un conversor Analógico/Digital.

• Temporales: Son aquellos que proporcionan a su salida señales eléctricas en las

que la información esta asociada con al parámetro tiempo.

Generan dos tipos de señales: Las señales temporales senoidales, y las señales

senoidales cuadradas.

Como consideraciones diremos que pocos sensores dan a su salida la

información en un dominio temporal y que la señal analógica proporcionada por

el sensor puede convertirse en una señal temporal que lleva la información en la

frecuencia mediante un oscilador contratado por presión.

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4.3. Según el campo de los valores que miden:

• De medida: Es un sensor que proporciona a la salida todos los valores posibles

correspondientes a cada valor de la variable de entrada dentro de un determinado

rango. Puede ser analógico, digital o temporal.

Un ejemplo de sensor de medida es un sensor analógico resistivo de temperatura

y un sensor temporal incremental de posición.

• Todo-nada: Son sensores que detectan si la magnitud de entrada esta por

encima o por debajo de un determinado valor. Proporciona a la salida una señal

eléctrica que solo puede tomar dos valores.

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4.4. Según la forma constructiva:

• Discreto: Es un sensor en que el circuito de acondicionamiento se realiza

mediante componentes electrónicos separados e interconectados entre sí.

• Integrado: Elemento sensor y circuito acondicionador construidos en un único

circuito integrado, monolítico o híbrido.

• Inteligente: El que realiza al menos una de las siguientes funciones:

o Cálculos numéricos.

o Comunicación en red.

o Autocalibracion y autodiagnósticos.

o Múltiples medidas con identificación del sensor.

Otra clasificación, y quizás de las mas importantes sería:

4.5. Atendiendo al fundamento físico:

Hacen referencia a la propiedad física cuya variación produce la excitación.

• Resistivos: Miden variaciones de la resistencia, que consiste en una medida de

la oposición del dispositivo a ser atravesado por una corriente eléctrica.

Una de sus características en que son muy económicos, y que ofrecen una

solución valida para numerosos problemas de medida.

Ejemplos de los sensores resistivos son los potenciómetros, las galgas

extensiométricos, los termistores, …

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• Capacitivos: Miden variaciones de la capacidad. Son sensores que reaccionan

ante metales y no metales que al aproximarse a la superficie activa sobrepasan

una determinada capacidad.

Se trata de dos conductores separados por un dieléctrico que constituyen un

condensador.

Algunas de sus características son la precisión, que tienen un mínimo error de

carga, pero no son lineales.

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

y 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 adulta.

Ejemplos de estos sensores son los transductores de posición, de fuerza, nivel,…

• Inductivos: Miden variaciones de la inductancia electromagnética, o magnitud

del flujo magnético que atraviesa el dispositivo cuando circula por él una

corriente. Son sensores que sirven para detectar materiales metálicos.

Son de gran utilización en la industria, tanto para aplicaciones de

posicionamiento como para detectar la presencia o ausencia de objetos metálicos

en un determinado contexto: detección de paso, de atasco, de codificación y de

conteo.

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Algunas de sus características es que son sensibles, resistentes a la humedad, y

que se ven afectados por campos electromagnéticos.

Ejemplos de estos senadores son los transductores de posición y los detectores

de presencia.

4.6. Según el tipo de variable física:

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4.6.1. Posición lineal o angular:

4.6.1.1. Potenciómetros:

Un potenciómetro es una resistencia variable, y es el transductor eléctrico más

común. Pueden ser usados solos, o pueden conectarse a un sensor mecánico para

convertir un movimiento mecánico en una variación eléctrica. En teoría es bastante

sencillo. Consiste en un elemento resistivo y un contacto móvil es llamada de varias

maneras, incluyendo derivación, cursor y deslizador. Usaremos estos tres términos

indistintamente.

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Linealidad de los potenciómetros;

La gran mayoría de los potenciómetros son lineales. El término lineal significa

que la resistencia del elemento está distribuida de manera igual por la longitud del

elemento. El grado preciso de linealidad de un potenciómetro es muy importante en

algunas aplicaciones. Los fabricantes por tanto especifican un porcentaje de linealidad

en los potenciómetros que fabrican.

Ventajas e inconvenientes de su utilización;

Se da por hecho que:

- La resistencia es uniforme a lo largo de todo el recorrido o sigue una ley

determinada.

- El contacto del cursor proporciona una variación de resistencia continua, por

tanto la resolución es infinita. Para potenciómetros de resolución elevada deben

tenerse en cuenta el ruido debido a factores como el polvo, la humedad,

oxidación y desgaste.

- Si se aumenta el potenciómetro con una tensión alterna, su inductancia y su

capacidad deben ser despreciables:

o Para valores de Rp bajos, la inductancia no siempre es despreciable,

sobre todo para potenciómetros bobinadas.

o Para valores de Rp altos, la capacidad parásita puede tener importancia.

- La temperatura del potenciómetro es uniforme. Esta se sebe tanto al medio que

la rodea como al propio calentamiento.

- El rozamiento del cursor y su inercia son despreciables.

Todas estas características no se consiguen en los potenciómetros comerciales, aunque

son compensadas por las ventajas de este dispositivo que, siendo simple y robusto,

permite obtener exactitudes elevadas en relación con su precio.

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Clasificación de los potenciómetros:

• Según el movimiento del cursor:

o Lineales: La resistencia es proporcional al ángulo de giro.

o Angulares:

• Según el tipo de salida potenciómetra:

o Lineales:

o No lineales (angulares):

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• Según el tipo de salida potenciómetra:

o Los potenciómetros más usados son los basados en la película de carbón.

o Si se deben disipar potencias altas presentando una elevada resolución,

se suelen usar elementos resistivos formados por partículas de metales

preciosos fundidas sobre una base cerámica mediante técnicas de

película gruesa.

Aplicación de los potenciómetros:

-Los potenciómetros son usados principalmente como reóstatos conectando el

cursor a uno de los términos fijos, con el fin de controlar la corriente que circula a través

de un circuito; o como divisores de voltaje, los cuales permiten obtener cualquier valor

de voltaje, comprendido entre cero y el máximo voltaje aplicado a sus extremos.

-También como medida de desplazamientos <10cm o 10º a fondo de escala. Ej.

Servosistemas de posición, sensores primarios,…

-Determinación de puntos en planos. Ej. Palanca de cambio.

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- Sensores de nivel.

ç

4.6.1.2. Encoder:

Un encoder óptico es un sensor que permite detectar el movimiento de rotación

de un eje. En definitiva se trata de un transductor que convierte una magnitud de un

mecanismo, tanto posición lineal como angular a una señal digital.

El encoder está operando en relación al eje del elemento cuya posición deseamos

determinar. Y su fundamento viene dado por la obtención de la medida en base a la luz

que traspasa una serie de discos superpuestos que codifican la salida digital.

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Principio de operación:

El principio de operación de un encoder se basa en los llamados fotoacopladores.

Estos son pequeños chip que consisten en un diodo en forma de fotoemisor y un

transistor que realiza las tareas de fotorreceptor. Este elemento se encarga de detectar la

presencia/ausencia de la luz a través de los discos concéntricos al eje, los cuales están

fabricados con unas ranuras que dejan pasar la luz en función de una codificación

utilizada para obtener la medida final.

Tipos de encoder ópticos:

Según la tarea que necesitemos llevar a cabo se va a precisar un encoder que nos

ofrezca salida en cualquier momento, es decir, encoder absolutos, mientras el otro tipo,

el cual nos dará información del estado del eje cuando se encuentre en movimiento se

denomina icremental. Por lo que se van a dividir en estos dos tipos:

• Encoder incremental: Esto codificador dispone de una regla o un disco con

poca inercia que se desplaza junto con la pieza cuya posición se desea

determinar. Dicho disco o pieza lleva dos tipos de zonas o sectores, con una

propiedad que las diferencia, dispuestas de forma alternativa y equidistante. Un

incremento de posición produce un cambio definitivo en la salida si se detecta

dicha propiedad cambiante con la posición mediante un sensor de lectura.

El sistema es muy simple y económico aunque tiene una serie de inconvenientes

como puede ser que la información sobre la posición se pierde cuando falla la

alimentación del sistema, o simplemente cuando se desconecta, y también existe

el problema de determinar el sentido de giro.

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La solución a este problema será la de disponer de otra franja de marcas

desplazadas respecto a la anterior de manera que cuando se produzcan los pulsos

tengamos un desfase de 90º respecto al anterior. También necesitaremos

disponer de una marca adicional que nos indique cuando se ha dado una vuelta

completa y que por tanto comienza la cuenta de nuevo. Esta marca también nos

va a servir para poder comenzar a contar de nuevo donde nos habíamos quedado

tras una caída de tensión.

Los dispositivos usados como sensores de lectura pueden ser magnéticos,

eléctricos u ópticos, aunque la salida básica será en forma de tren de pulsos.

Clasificación atendiendo a su salida:

o Unidireccionales: Dan una salida y no se puede determinar el sentido de

giro. Solo servirá para obtener valores absolutos. Por ej. para obtener

velocidades absolutas sin importar el sentido de giro.

o Bidireccionales: Nos ofrece dos salidas A y B. El sentido se va a

distinguir por la diferencia de fase citada anteriormente. Será útil cuando

necesitemos saber las coordenadas exactas tanto positivas como

negativas.

• Encoder absoluto: Este codificador proporciona una señal digital codificada

correspondiente a la posición de un elemento móvil. El elemento móvil, dispone

de zonas o pistas con una propiedad diferenciable a las que se asigna un valor

binario ‘0’ o ‘1’. A diferencia de los codificadores incrementales, hay varias

pistas con zonas diferenciadas y están agrupadas de tal forma que el sistema de

de lectura obtiene directamente en casa posición del elemento móvil el número

codificado que corresponde a su posición. Cada pista representa un bit de salida,

siendo la pista más inferior la correspondiente al bit de mayor peso.

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Los sensores de lectura son de tipo ópticos y el disco lleva zonas opacas y El

Las aplicaciones de estos codificadores son la medida y control de posiciones

lineales con alta resolución, como pueden ser, en robótica, maquinas-

herramienta, orientación de telescopios, etc.

Clasificación atendiendo a su salida:

o Código BCD: binario codificado a decimal. Se trata del código binario

normal pero aplicado a cada dígito. Es decir se codifica 0000 s 1001. Del

0 al 9.

o Código Gray: es un código binario especial muy útil para evitar errores,

ya que el cambio de números sucesivos se realiza con la conmutación de

un solo bit.

Otro tipo de encoder es el encoder lineal que es un sensor, transductor o cabezal de

lectura que se combina con una escala que codifica la posición. El sensor lee la escala

con el fin de convertir la posición codificada en una analógica o digital de señales, que

luego puede ser decodificado en su posición por un lector digital (DRO) o controlador

de movimiento.

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Parámetros del encoder:

- Resolución: Es el número de pulsos que nos da el encoder por cada revolución

del eje.

Valores típicos de resolución serían: 10, 60, 100, 200, 300, 360, 500, 600, 1000

y 2000 pulsos.

- Respuesta máxima en frecuencia: Se trata de la frecuencia máxima a la cual el

encoder puede responder eléctricamente, para garantizar su correcto

funcionamiento. En los encoders incrementales es el máximo numero de pulsos

de salida que se pueden emitir por segundo.

- Diámetro del eje: Diámetro del eje del encoder sobre el que vamos a medir.

Valores típicos de diámetro: 6, 7, 10, 12mm.

- Par de arranque: Cuanto menor sea más sencillo de arrancar.

- Velocidad máxima de rotación: El número máximo de revoluciones que el

encoder puede soportar mecánicamente.

La velocidad máxima del eje del encoder debe respetar la velocidad máxima de

rotación y la frecuencia máxima de respuesta.

Frecuencia>rpm/60*resolución.

- Momento de la inercia: Es el momento de inercia de rotación del eje. Cuanto

menor sea más sencillo será de parar.

Aplicaciones:

- Detección del ángulo y posición de un brazo de robot industrial con seis grados

de libertad.

- Detección de la tabla XY en máquinas herramientas de control numérico.

- Detección de la coordenada en una máquina automática de dibujo y detección de

la posición en máquinas de control numérico.

- Detección de la longitud de un hilo de corte.

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4.6.1.3. Sensor Hall:

El sensor de efecto Hall se sirve del efecto Hall para la medición de los campos

magnéticos o corrientes o para la determinación de la posición.

Si fluye corriente por un sensor Hall y se aproxima a un campo magnético que fluye en

dirección vertical al sensor, entonces el sensor crea un voltaje saliente proporcional al

producto de la fuerza del campo magnético y de la corriente. Si se conoce el valor de la

corriente, entonces se puede calcular la fuerza del campo magnético; si se crea el campo

magnético por medio de corriente que circula por una bobina o un conductor, entonces

se puede medir el valor de la corriente en el conductor o bobina.

Si tanto la fuerza del campo magnético como la corriente son conocidos, entonces se

puede usar el sensor Hall como detector de metales.

Aplicaciones de los sensores Hall:

• Mediciones de campos magnéticos (densidad de flujo magnético).

• Mediciones de corriente sin potencial (Sensor de corriente).

• Emisor de señales sin contacto.

• Aparatos de medida del espesor de materiales.

• Medida de la velocidad angular y conmutación.

Como sensor de posición o detector para componentes magnéticos los sensores Hall son

especialmente ventajosos si la variación del campo magnético es comparativamente

lenta o nula. En estos casos el inducir usado como sensor no provee un voltaje de

inducción relevante.

En la industria del automóvil es sensor Hall se utiliza de forma frecuente, ej. en el cierre

del cinturón de seguridad, es sistemas de cierre de puertas, para el reconocimiento del

momento de arranque del motor, etc.

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La gran ventaje es la invariabilidad frente a la suciedad (no magnética) y agua.

Además puede encontrarse este sensor en circuitos integrados, in impresoras láser donde

controlan la sincronización del motor del espejo.

Los sensores Hall se utilizan en señales salientes análogas para campos magnéticos muy

débiles (terrestre), ej. brújula en un sistema de navegación.

Formatos del sensor Hall:

Los sensores Hall se producen a partir de finas placas de semiconductores, ya

que en ella la densidad de los portadores de carga es reducida y por ello la velocidad de

los electrones es elevada, para conseguir un alto voltaje de Hall. Los formatos típicos

son:

• Forma rectangular.

• Forma de mariposa.

• Forma de cruz.

Los elementos del sensor Hall se integran generalmente en un circuito integrado en que

se amplifica la señal y se compensa la temperatura.

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Sensores basados en el efecto Hall:

• Sensores Hall de salida lineal: Generan una tensión proporcional a la corriente

que circula por el sensor al flujo magnético que lo atraviesa. Esto hace que la

tensión de salida sea sólo proporcional a la corriente (si el campo magnético es

constante) o al campo magnético (si la corriente es constante).

Se utilizan para medir campo magnético, intensidad de corriente,

desplazamiento, nivel de presión, etc.

• Sensores Hall de salida todo/nada: Trabajan en conmutación y detectan dos

niveles diferenciados de intensidad del campo magnético. Su velocidad de

conmutación es superior a la de los interruptores realizados con contacotos y

además carecen de rebotes.

Se utilizan, por ejemplo, en los interruptores de algunos teclados y en la medida

de velocidad de giro.

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Características importantes:

- La tensión de salida es independiente de la velocidad de variación del campo

magnético (a diferencia de los sensores inductivos).

- Son inmunes a diversos parámetros ambientas (humedad, polvo) y estables con

el tiempo.

- Son robustos debido a la ausencia de contactos móviles lo que aumenta la vida

útil y elimina interferencias.

- Son fiables y fáciles de reproducir.

- La movilidad de los portadores se puede controlar mediante la adición de

impurezas.

- Se suelen fabricar encapsulados en forma rectangular.

4.6.1.4. Sincros y resolver:

Son transductores para la medida de ángulo de un eje y la posición de un sistema

servo. Esencialmente trabajan con el mismo principio que un transformación en

rotación.

Señales de formato Sincro:

Un Sincro es un transductor electromagnético rotacional (precursor del

Resolver) que detecta el desplazamiento angular. El Sincro consiste de un estator fijo,

que contiene tres bobinados conectados en estrella, separados 120º. El rotor contiene un

bobinado que es excitado con una referencia a.c., y se conecta a los terminales

exteriores con escobillas.

El estandar para la rotación de los Sincros es contar en dirección de las agujas del reloj,

moviendo el eje para un ángulo creciente como viéndolo desde el final del eje del

transductor.

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Señales de formato Resolver:

Un Resolver es un transductor rotacional electromagnético que detecta un

desplazamiento angular. Los más modernos Resolvers son sin escobillas “brushless”.

Una señal de excitación de referencia a.c., se aplica al estator (bobinado del primario);

en una vuelta es inducido el voltaje en el rotor que más tarde induce un voltaje en dos

bobinados seno y coseno, que están localizados en el estator (secundarios), separados

90º.

El estándar para la rotación de los Resolvers, es contar en dirección de las agujas del

reloj, moviendo el eje para un ángulo creciente como viéndolo desde el final del eje del

transductor.

Convertidor de Resolver a Digital:

Analog Devices fabrica una familia de convertidores de Resolver a Digital con el

AD2S80, AD2S82, AD2S83 y un oscilador de referencia para los Resolvers AD2S99.

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4.6.2. Desplazamiento y deformación:

4.6.2.1. Galga extensiométrica:

Se basa en la variación de la resistencia de un conductor o semiconductor

cuando es sometida a un esfuerzo mecánico.

Una galga extensiométrica es un dispositivo usado para medir la deformación (tensión)

de un objeto. Se basa en el efecto piezorresistivo. Inventada por Edward E. Simons en

1938, el tipo más común de galga consiste en un forro flexible aislador que apoye un

patrón plano metálico. Las galgas van adheridas al objeto mediante un adhesivo

especializado. Mientras que el objeto está deformado, el patrón metálico está

deformado, causando un cambio en su resistencia eléctrica. Este cambio de la

resistencia, medido generalmente usando un puente de Wheatstone, es relacionado con a

tensión por una cantidad conocida como el factor de la galga.

A veces, para compensar los efectos de la temperatura, puede montarse una

segunda galga, idéntica a la primera, en ángulo recto con la línea de aplicación de la

fuerza. La fuera no tiene efecto en esta galga, pues no está alineado con la fuerza. El

propósito de la esta galga (pasiva) es cancelar los cambios de resistencia asociados con

la temperatura de la otra galga (activa).

Efecto piezoresistivo:

Es el cambio de resistencia de un sensor cuando es sometido a un esfuerzo

mecánico.

Si se somete a un hilo metálico a un esfuerzo longitudinal de tracción se producen

variaciones en su longitud –alargamiento- en su sección –reducción- y en su resistividad

debida al efecto piezorresistivo. Como la resistencia eléctrica de un hilo metálico es:

S

lR ρ=

el esfuerzo longitudinal producirá una variación de la resistencia del hilo.

Vemos en la ecuación que la resistencia medida es directamente proporcional a la

longitud, ese decir, la resistencia es mayor al alargar el hilo, lo cual se consigue cuando

el material se deforma.

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Tipos de galgas:

Los materiales que suelen utilizarse para fabricar galgas son aleaciones

metálicas. Por ello podemos clasificar las galgas en dos tipos:

• Metálicas:

o Cobre y hierro.

o Platina y silicialista.

o Constantán: aleación de cobre y níckel.

o Nicrom o Karma.

o Isoelastic.

o Alineación de platino.

o Alineaciones de Níkel-Cromo.

o Nitróxido de Titán.

• Semiconductoras:

o Silicio.

o Germanio.

Geometría de las galgas:

• Uniaxiales: Miden deformaciones a lo largo de la galga. Son casi insensibles a

las deformaciones transversales.

• Roseta de dos elementos: Miden simultáneamente esfuerzos en dos

direcciones.

• Roseta de tres elementos: Se usan para determinar la dirección y magnitud de

las tensiones que resultan de cargas complejas.

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Limitaciones:

- El esfuerzo aplicado no debe llevar a la galga fuera del margen elástico de

deformaciones.

- Se necesita una buena adhesión de la galga al soporte, para que la medida de

deformación sea correcta.

- El ‘Punto’ de medida será el centro geométrico de la galga.

- El incremento de temperatura produce una variación de la resistencia aunque no

se aplique ningún esfuerzo.

- El coeficiente de dilatación de la galga debe ser del mismo orden de magnitud

que el del soporte para evitar tensiones mecánicas.

- Hay que evitar el autocalentamiento de la galga debido a la potencia disipada en

ella y la corriente que circula por ella.

Ventajas e inconvenientes:

• Ventajas:

o Pequeño tamaño.

o Pueden alimentar con cc o ca.

o Excelente respuesta en frecuencia.

o Pueden usarse en medidas estáticas y dinámicas.

o Se compensan fácilmente en temperatura.

o No son influidas por campos magnéticos.

• Inconvenientes:

o Proporcionan una señal de salida débil.

o Su desplazamiento es reducido.

o Son sensibles a las vibraciones.

o Su estabilidad a lo largo del tiempo depende del envejecimiento de los

adhesivos.

o Las medidas pequeñas requieren el uso de técnicas de construcción más

caras.

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Aplicaciones:

- Situaciones que requieren medida de esfuerzos y deformaciones, en estructuras

tales como aviones, vagones de tren, puentes grúa, etc.

- Miden deformación, presión, peso, fuerza (células de carga-30kg-400Tn).

- Sensores táctiles en robots.

- Medida de grandes variaciones de estructuras biológicas.

- Joysticks 3D.

Acondicionamiento de galgas. Puente de Wheatstone.

Las galgas extensiométricas son capaces de medir deformaciones muy

inapreciables a simple vista, esto os da una pequeña variación de resistencia para la cual

el circuito ha de ser muy sensible. Para el acondicionamiento de las galgas el circuito

más utilizado es el circuito potenciómetro doble, o puente de Wheatstone, que debido a

sus características lo convierten en un circuito ideal para estos casos.

Existen tres tipos de montaje básico: con una, con dos y con cuatro galgas. La medida

se suele realizar por deflexión, es decir midiendo la diferencia de tensión existente entre

los terminales de salida del sensor. Las principales diferencias de estos montajes se

encuentran en la sensibilidad y la capacidad de compensación del efecto de temperatura.

Cuando las galgas de iguales características coinciden, los efectos de la temperatura se

anulan ya que les afectan a todos por igual.

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- - 37 - - Valentín Osuna

• Puente de medida con una galga: Este puente de medida se caracteriza por un

baja sensibilidad. Por otro lado al solo haber una galga esta no está compensada

con la temperatura.

• Puente de medida con dos galgas (Medio puente): Debido al uso de dos

galgas se consigue duplicar la sensibilidad del puente respecto al anterior. Esto

permite que para una misma deformación tengamos una mayor señal de salida

para una tensión de alimentación dada. La disposición de las galgas, permiten la

compensación de temperatura.

• Puente de medida con cuatro galgas (Puente completo): El uso de cuatro

galgas cuadriplica la sensibilidad del puente respecto la puente de una sola

galga. De igual forma que en el caso anterior, las galgas están compensadas en

temperatura.

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4.6.2.2. Magneto-resistivos:

El efecto magneto-resistivo data de 1856, don Thomson observó este edecto

aunque no se encontró ninguna aplicación práctica. Posteriormente con los

semiconductores se empezó a usar como detectores de movimiento. La gama de

sensores magneto-resistivos de Philips está caracterizada por su alta sensibilidad en la

detección de campos magnéticos, en un amplio rango de temperatura de trabajo, con un

‘ofset’ muy bajo y estable, y una baja sensibilidad a la tensión mecánica. Por lo tanto,

son un excelente medio de medida tanto en desplazamiento lineal como en angular, bajo

las condiciones ambientales extremas o en aplicaciones de automoción o maquinaria.

Otra aplicación de estos sensores es la medición de la velocidad rotacional.

Un ejemplo donde las propiedades de estos sensores pueden ser útiles es en la

automoción, tal como detección de velocidad de una rueda para ABS, en el sistema de

control de motores y en detectores de posición para la medición de un chasis, etc. Otro

ejemplo, es la instrumentación y control de equipos, que frecuentemente requieren

sensores de posición capaces de detectar desplazamientos en la región de las décimas de

milímetro y en sistemas de ignición electrónica donde se tiene que poder determinar con

gran precisión la posición angular de un motor de combustión. Debibo a su alta

sensibilidad los sensores magneto-resistivos pueden medir campos magnéticos muy

débiles y son ideales para aplicaciones en brújulas electrónicas, corrección del campo de

la tierra y detección del tráfico.

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4.6.2.3. LVDT:

El transformador diferencial de variación lineal (LVDT) en un dispositivo

electromecánico que consiste de dos componentes: un cuerpo cilíndrico que contiene

dos bobinados secundarios idénticos los cuales están posicionados en ambos lados del

bobinado central primario y un núcleo de ferrita cilíndrico se mueve libre

longitudinalmente dentro de la bobina. Los secundarios típicamente están conectados en

serie en oposición uno del otro.

Sencillamente, los LVDT son transformadores con un núcleo movible.

Aplicando una señal alterna de excitación al bobinado del primario, genera un campo

magnético que se acopla a los bobinados del secundario a través del núcleo de ferrita

móvil, por esto se inducen voltajes en los secundarios. Cuando el núcleo está centrado

entre los secundarios, los voltajes inducidos en ambos son iguales y puesto que están

conectados en serie en oposición, el voltaje final será cero. Si el núcleo se mueve en

dirección del secundario 1, el voltaje incrementa, y el voltaje del secundario 2 decrece;

de este modo el voltaje final V1-V2 será de la misma polaridad (en fase) como el de

referencia. Si el núcleo se mueve en dirección opuesta, V1-V2 será de polaridad opuesta

(180º de desfase).

Al alimentar el primario con una tención alterna, en el secundario aparece una

tensión cuyo modulo es proporcional al desplazamiento del núcleo, dentro de unos

márgenes, con lo que se desprende que el LVDT, puede ser considerado como un

generador de tensión alterna, con frecuencia igual a la de excitación del primario,

modulada en amplitud por el desplazamiento del núcleo.

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Características:

- Trabajan sin fricción.

- Son muy robustos.

- Tienen una larga vida mecánica.

- Resolución esencialmente infinita.

- Aislamiento entre entrada y salida.

Aplicaciones:

• Mediciones de desplazamiento y posición: Es muy frecuente su uso como

detectores de cero en servosistemas de posición.

• Otras magnitudes: Aquí también, mediante el empleo de sensores primarios

adecuados, es posible medir magnitudes cuya variación pueda ser transformada

en un desplazamiento del núcleo. Esto ocurre en el caso de presiones,

aceleraciones, etc.

Acondicionamiento de señal de los LVDT:

La mayoría de tareas de un acondicionador de señal LVDT, se dedican a

transformar las dos señales a.c. desfasadas 180º a un simple voltaje d.c. que representa

la posición longitudinal. Por lo tanto requiere alguna forma de demodulación para

acondicionar la señal de a.c. a d.c. El modo común más utilizado para acondicionar la

señal del LVDT es la técnica de demoluación síncrona

En esta técnica, la excitación del primario sirve como referencia para el

demodulador. El demodulador rectifica a media onda la señal a.c. después se filtra con

pasa bajos para introducir una salida d.c. cuya magnitud indica el movimiento

(posición) lejos de la posición central y cuyo signo indica la dirección.

El método de conversión de las señales LVDT, usa un número elevado de

componentes discretos e integrados.

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4.6.3. Velocidad lineal y angular:

4.6.3.1. Sensores de velocidad lineal (LVS):

Se basan el la ley de Faraday aplicada a un conductor e longitud I que se mueve

con velocidad lineal v perpendicular a un campo magnético con densidad de flujo ‘B’.

La tensión inducida será:

vINe **=

Este tipo de sensores obtiene sensibilidades de 10mv/mm/s y un ancho de banda de

10-1kHz.

4.6.3.1.1. Dinamo tacométrica:

Proporcionan una señal de corriente continua. Las tacodinamos o dinamos

tacométricas, están constituidas por un inductor que genera un campo magnético

mediante imanes permanentes o electroimanes y un inducido o rotor rasurado de forma

cilíndrica sobre el que se bobinan una serie de devanados de hilo conductor. Las

bobinas o devanados se conectan a las delgas del colector. Al girar el rotor dentro de

campo inductor hace que aparezca en las bornas de salida a través de las escobillas una

tensión continua con una ondulación reducida. Suelen tener una sensibilidad entre 5 y

10mv por cada r.p.m., y pueden medir velocidades de hasta 1000 r.p.m.

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4.6.3.1.2. Tacoalternador:

Proporcionan una señal alterna senoidal con frecuencia y amplitud

proporcionales a la velocidad de rotación.

A diferencia de la tacodinamo, el elemento que gira es el inductor o rotor formado por

un electroimán.

La tensión que se produce en la bobina del estator es una tensión senoidal de amplitud y

frecuencia proporcional a la velocidad de giro. Tiene una ventaja frente a la tacodinamo

que no usa escobillas y colector, lo que le data de mayor duración. Tiene una

sensibilidad comprendida entre los 2 y 10mv por r.p.m. Permite la medida de mayores

velocidades que la tacodinamo.

4.6.3.2. Sensor de ángulo inductivo o RVDT:

Trabajan con el mismo principio que los LVDT, aunque son diferentes en su

construcción.

Mientras que los LVDT meden el desplazamiento lineal, los RVDT miden el

desplazamiento angular.

4.6.3.3. Encoder:

El encoder lo hemos visto en el punto 4.6.1.2.

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4.6.4. Aceleración:

4.6.4.1. Acelerómetro:

Se denomina acelerómetro a cualquier instrumento destinado a medir

aceleraciones. Este tipo de aceleración va asociada con el fenómeno de peso

experimentada por una masa de prueba que se encuentra en el marco de referencia del

dispositivo. Un ejemplo en el que este tipo de aceleraciones son diferentes es cuando un

acelerómetro medirá un valor sentado en el suelo, ya que las masas tienen un peso, a

pesar de que no hay cambio de velocidad. Sin embargo, un acelerómetro en caída

gravitacional libre hacia el centro de la Tierra medirá un valor 0, ya que, a pesar de que

su velocidad es cada vez mayor, está en un marco de referencia en que no tiene peso.

Tipos acelerómetros:

• Mecánico: Es el más simple. Se construye uniendo una masa a un dinamómetro

cuyo eje está en la misma dirección que la aceleración que se desea medir.

De acuerdo con la Segunda ley de Newton:

amF *=

El dinamómetro permite medir el módulo de F, de modo que se pueda conocer el

módulo de ‘a’.

• Piezoeléctrico: El más común es el piezoeléctrico por compresión. Este se basa

en que cuando se comprime un retículo cristalino piezoeléctrico, se produce una

carga eléctrica proporcional a la fuerza aplicada.

• De efecto Hall: Usan una masa sísmica donde se coloca un imán y de un sensor

de efecto Hall que detecta cambios en el campo magnético.

• De condensador: Miden el cambio de capacidad eléctrica de un condensador

mediante una masa sísmica situada entre las placas del mismo, que al moverse

hace cambiar la corriente que circula entre las placas del capacitador.

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4.6.5. Fuerza y par (deformación):

4.6.2.1. Galga extensiométrica:

La galga la hemos visto en el punto 4.6.2.1.

4.6.6. Presión:

4.6.6.1. Piezoeléctricos:

Un sensor piezoeléctrico es un dispositivo que utiliza el efecto piezoeléctrico

para medir presión (en este caso), aceleración, tensión o fuerza, transformando las

lecturas en señales eléctricas.

Efecto piezoeléctrico:

• El efecto piezoeléctrico consiste en la aparición de una polarización eléctrica en

un material al deformarse bajo la acción de un esfuerzo.

• Es un defecto reversible.

• Todos los materiales fotoeléctricos son piezoeléctricos. La propiedad

fotoeléctrica está relacionada con la estructura cristalina.

• El efecto piezoeléctrico solo se presenta en materiales con enlaces atómicos

iónicos, es decir, en las que las moléculas están dispuestas en pares positivo-

negativo llamados dipolos.

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• Los materiales más comunes: El cuarzo y la turmalita.

• Sintéticos: cerámicas.

Características:

- Generan su propia tensión.

- El movimiento es muy rápidos.

- Cuando es sometido a una diferencia de potencial se contrae.

Aplicaciones:

• Medicina:

o Micrófonos piezoeléctricos para detectar sonidos del corazón.

o Medidores de presión arterial.

• Consumo doméstico:

o Equipos informáticos sincronizados con reloj: ordenadores, impresoras,

etc.

• Industriales:

o Fuentes de alta tensión: encendido de motores de gasolina.

o Retardo de sonidos.

4.6.6.2. Membrana:

Una variación de presión sobre una membrana, hace actuar un único elemento

piezo-resistivo semiconductor. Motorota fabrica sensores de presión en su familia

MPX, cuyas prestaciones y bajo precio son parte de la tecnología asociada. Un diseño

único dotado de un ajuste con láser controlado, hace que estos dispositivos sean muy

competitivos.

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Funcionamiento:

Está basado en el diseño patentado del calibrador de fuerza. Son

piezorresistencias de silicio sensibles a la presión. Proporcionan una variación de

tensión exacta y directamente proporcional a la presión que se les aplica. El sensor

consta de un diafragma monolítico de silicio para medir el esfuerzo y una fina película

con una red de resistencias integradas en un chip. El chip se ajusta, calibra y compensa

en temperatura por láser.

Posibilidades de elección:

• Elección de las Especificaciones: Están disponibles en varios rangos de presión

para adaptarse a una amplia gama de sectores como automoción, biomedicina y

aplicaciones industriales.

• Elección de la medición: Están disponibles para medición de presiones en

modo diferencial, absoluto o manométrico.

• Elección de la complejidad del chip: Están disponibles como un elemento

sensor básico, con calibración y compensación de temperatura interna o con un

circuito de acondicionamiento de señal incluido en el chip. El empleo de

unidades sin la compensación de la temperatura permite realizar una

compensación externa al grado deseado.

• Elección del encapsulado: Se puede pedir como un elemento básico para u

montaje particular, o en conjunción con uno o dos tubos de conexión de la

presión diseñados por Motorota. Los materiales del encapsulado pueden ser

intercambiables, para que estén preparados para encontrar los requerimientos de

de compatibilidad biomédica.

Estructura básica:

Al aplicar presión al diafragma, se produce un cambio de resistencia en la galga

extensiométrica, que cambia a su vez un cambio en el voltaje de salida en proporción

directa a la presión aplicada. La galga es una parte integral del diafragma de silicio, y

por tanto no se introducen los errores típicos debidos a diferencias de expansiones

térmicas. No obstante, los parámetros de salida de la galga dependen de la temperatura,

sin embargo, se requiere que el dispositivo esté compensado su se utiliza un rango de

temperatura extensa.

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Utilizando un único elemento elimina la necesidad de emparejar las cuatro

resistencias de un puente de Wheatstone que son sensibles a la temperatura y a

esfuerzos mecánicos.

Aplicaciones:

Existen muchas aplicaciones donde la medida de la presión es fundamental para

controlar un sistema hidráulico o neumático. También se pueden usar como altímetro

midiendo presión atmosférica. Todo ello con un sistema de adquisición de datos con

microprocesador.

4.6.6. Caudal:

4.6.6.1. Turbina:

Se caracteriza por su bajo coste y elevada precisión y su principio es básico; una

hélice gira a una velocidad proporcional al caudal que fluye por la tubería. El giro de la

hélice es captado adecuadamente, traduciendose en caudal.

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4.6.6.2. Magnético:

Consiste en un campo magnético aplicado por una bobina al tubo de medición.

El fluido a medir a de ser conductor, como por ejemplo el agua, y la tubería de medición

ha de ser aislante como PVC o de metal aislado con una capa de goma.

La medición se hace basándose en la ley de Faraday de la inducción electromagnética.

El fluido conductor realiza sobre el campo magnético una diferencia de potencial en las

líneas de flujo perpendiculares al fluido.

4.6.6.3. Ultrasónico:

Miden el caudal por diferencia de velocidades del sonido al propagarse éste en el

sentido el flujo del fluido y en sentido contrario.

Tipos:

• Basados en el efecto Doppler: Se proyectan ondas sonoras a lo largo del flujo

del fluido y se mide el corrimiento de frecuencia que experimenta la señal de

retorno al reflejarse el sonido en partículas contenidas en el fluido.

• Basados en Tiempos de tránsito: Consiste en medir la diferencia de tiempo

que le lleva a una señal atravesar una distancia igual. En el caso de que no exista

flujo, el tiempo será el mismo pero a medida que el flujo valla aumentando la

diferencia temporal irá en aumento, lo que nos sirve como medidor del caudal

que está atravesando el fluido

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4.6.7. Temperatura:

4.6.7.1. Termopar:

Un termopar es un dispositivo capaz de convertir la energía calorífica en energía

eléctrica. Su funcionamiento se basa en los descubrimientos de de Thomas Seebeck en

1821 cuando hizo circular corriente eléctrica en un circuito, formado por dos metales

diferentes cuyas uniones se mantienen a diferentes temperaturas, esta circulación de

corriente obedece a dos efectos termoeléctricos combinados, el efecto Peltier que

provoca la liberación o absorción de calor en la unión de dos metales diferentes cuando

una corriente circula a través de la unión y el efecto Thomson que consiste en la

liberación o absorción de calor cuando una corriente circula a través de un metal

homogéneo en el que existe un gradiente de temperatura.

Las termocouplas o termopares son el sensor de temperatura más usado industrialmente.

Un termopar se hace con dos alambres de distinto material unidos en un extremo. Al

aplicar calor en la unión de los metales se genera un voltaje muy pequeño del orden de

los milivoltios el cual aumenta al aumentar la temperatura.

Normalmente los termopares industriales se consiguen encapsuladas dentro de un tubo

de acero inoxidable ú otro material (vaina), en un extremo está la unión y en el otro el

terminal eléctrico de los cables, protegido dentro de un cabezal.

La elección de los materiales para termopares se hace e forma que tengan una

resistencia adecuada a la corrosión, a la oxidación, a la reducción y a la cristalización,

que desarrollen una fuerza electromotriz relativamente alta, que sean estables, de bajo

costo, y que la relación entre la temperatura y la fuerza electromotriz sea tal que el

aumento de ésta sea paralelo al aumento de la temperatura.

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Tipos:

Decir que la aleación de cobre y níquel es Constantán.

• Casi en el 90% de los termopares usados son del tipo J o K.

• Los de tipo R, S y E se emplean en atmósferas oxidantes y temperaturas de

trabajo de hasta 1500ºC. Si la atmósfera es reductora, el termopar debe

protegerse con un tubo cerámico estanco.

• El material del tubo de protección debe ser el adecuado para el proceso donde se

aplique y suele ser de hierro o acero sin soldaduras, acero inoxidable,…

Linealización:

La dependencia entre el voltaje entregado por el termopar y la temperatura no es

lineal, es deber del instrumento electrónico destinado a mostrar o trasmitir la lectura,

efectuar la linealización, es decir, tomar el voltaje y conociendo el tipo de termopar, ver

en tablas externas que temperatura corresponde ese voltaje.

Compensación de cero:

El principal inconveniente de los termopares es su necesidad de “compensación

cero”. Esto se debe a que en algún punto, habrá que empalmar los cables del termopar

con un conductor de cobre.

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En ese punto se producirán dos nuevos termopares con el cobre como metal para ambas,

generando cada una un voltaje proporcional a la temperatura ambiente en el punto de

empalme.

Antiguamente se solucionaba este problema colocando los empalmes en un baño de

hielo a cero grados para que generen 0 voltaje, pero actualmente todos los instrumentos

modernos miden la temperatura en ese punto y la suman para crear la compensación y

obtener así la temperatura real.

El punto de empalme (unión o junta de referencia) es siempre en el conector a la entra

del instrumento, pues ahí está el sensor de temperatura. De modo que es necesario llegar

con el cable del termopar hasta el mismo instrumento.

Cables compensados:

Cuando el instrumento está muy retirado del lugar de medición, a veces no es

posible llegar con el cable del termopar al instrumento. La solución a este problema es

usar “cables compensados”· para hacer la extensión del cable.

Acondicionamiento de señal para termopares:

• El AD594 de Analog Devices, que es un circuito integrado para termopares de

tipo J que tienen un amplificador de instrumentación y un compensador lineal, y

salida de desconexión del termopar. Se alimenta a 5V y suministra una salida de

10mV/ ºC.

• Analog Devices con la división Iomatión tiene unos acondicionadores de señal

en forma de módulos híbridos y para termopares, el modulo IB51 aislado para

aplicaciones industriales.

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4.6.7.2. RTD:

Es una resistencia normal, metálica.

Son sensores de temperatura basados en la variación de una resistencia eléctrica.

También se designan con las siglas PRT cuando el material empleado en su fabricación

es platino.

El coeficiente de resistencia de temperatura (coeficiente de temperatura) es la razón del

cambio de resistencia a cambio de temperatura. Un coeficiente positivo significa que la

resistencia aumenta a medida que aumenta la temperatura. Si el coeficiente es constante,

significa que el factor de proporcionalidad entre la resistencia y la temperatura es

constante y que la resistencia y la temperatura se graficarán en un línea recta.

)*1(* 10 TRR α+=

Materiales y características:

Los más comunes usados son el platino (Pt), níquel (Ni), y el cobre (Cu). Estos

materiales deben cumplir algunas características como:

• Alto coeficiente de temperatura (α ). Esto influye en la sensibilidad, cuanto

mayor sea el coeficiente, mayor será la sensibilidad y por tanto mayor será la

variación de la resistencia con los incrementos de temperatura.

• Relación lineal temperatura-resistencia. Cuanto más lineal sea la curva de

respuesta, menos errores se cometen en la medida.

• Estabilidad en las cargas de vida útil. Deben tener una buena fiabilidad para que

las medidas con el paso del tiempo sigan siendo correctas.

• El material mas adecuado desde el punto de vista de la precisión y estabilidad es

el platino, pero tiene el inconveniente de su precio.

• El níquel es más barato pero tiene la desventaja la falta de linealidad en su

relación resistencia-temperatura.

• El inconveniente del cobre es su baja resistividad

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- - 53 - - Valentín Osuna

Más comunes:

Las resistencias RTD de platino más comunes son las Pt100, presentan una

resistencia de 100 Ω a 0º C y un coeficiente de temperatura de 3,85*10-3 ºC-1 en el

rango de 0 a 100º C. También se comercializan las resistencias Pt500 y Pt1000.

Principales aplicaciones:

• Medidas de temperatura: Se pueden hacer medidas tanto del ambiente como

en líquidos, depende de la protección de la sonda.

• Detector de nivel de líquido: Una RTD puede disipar su propio calor más

fácilmente en líquido en reposo que en aire en reposo. Este comportamiento

sugiere su uso en sistemas de detección o control de nivel de líquidos.

• Alarma/control de llama piloto: Mientras la llama está encendida la RTD

tendrá un valor, en cuanto se apague se resistencia disminuirá y se puede

encender una alarma de aviso.

• Medida de velocidades de fluido: Por ejemplo, un anómetro. En el exterior,

expuesto al viento se monta rígidamente un RTD mientras que otro RTD trabaja

situado en una zona de aire en reposo y a la misma temperatura que el aire donde

esté el primer RTD. Cuando el primer RTD es expuesto al viento, su

temperatura y su resistencia varían.

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Acondicionadores de señal para RTD:

• La primera propuesta de Analog Devices es con un amplificador de

instrumentación y su circuitería adicional.

• La segunda propuesta algo similar al circuito ADT70 perfectamente adecuado

para acondicionar las PRTD de platino, que entrega una salida de 5mV/º C

cuando se usa una RTD de 1k Ω .

• La tercera propuesta es por medio de unos convertidores sigma-delta que

incluyen acondicionar la señal de una RTD, con una fuente de corriente de

400 µ A, un amplificador de ganancia programable y un filtro digital.

4.6.7.3. Termistor:

Un termistor es una resistencia variable con la temperatura, pero no están

basados en conductores como los RTD, sino en materiales semiconductores.

Existen dos tipos, los PTC en los que la resistencia aumenta cuando aumenta la

temperatura y los NTC, en los que la resistencia disminuye cuando aumenta la

temperatura.

La principal característica de estas resistencias es que tienen una sensibilidad del orden

de diez veces mayor que las metálicas y aumenta su resistencia al disminuir

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Materiales:

Se fabrican con óxidos de níquel, manganeso, hierro, cobalto, cobrem magnesio

y otros metales y están encapsulados.

Linealización:

Se puede aumentar la linealidad de un termistor añadiendo una resistencia en

paralelo de valor R. La resistencia resultante Rp representa una linealidad mayor y una

menor dependencia con la temperatura, es decir, una menor sensibilidad.

T

Tp

RR

RRR

+=

*

Tipos y aplicaciones:

• Medidas de temperatura en las que aumenta la conductividad de medio en el

que se encuentra inmerso el termistor. Permitiendo realizar mediciones de:

o Caudal.

o Nivel y vacio.

o Análisis de composición de gases.

• Control automático de volumen y potencia, creación de retardos.

4.6.7.3.1. PTC:

La relación entre resistencia y temperatura es dependiente de una concentración

de impurezas con dopado y es muy fuerte. El semiconductor adquiere propiedades

metálicas y presenta un coeficiente positivo en un margen de temperaturas limitado.

Están fabricadas en titanio de bario al que se les añade titanio de plomo o zirconio.

Tipos de comportamiento según la composición y el dopado:

• Los de tipo cerámico presentan un cambio brusco de resistencia cuando se

alcanza la temperatura de Curie. Por encima de la temperatura de Curie, su

coeficiente de temperatura el positivo. Por debajo es nulo o casi nulo. Se suelen

usar en aplicaciones de conmutación. Normalmente se considera temperatura de

conmutación (TS) a aquella para que la resistencia alcanza un valor doble del

valor mínimo.

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• Las PTC basadas en silicio dopado presentan una variación más suave con la

temperatura. A veces se comercializan ya linealizadas con la denominación de

silistores. Se suelen usar en aplicaciones e medida.

4.6.7.3.2. NTC:

Al aumentar la temperatura lo hace también el número de portadores

reduciendose la resistencia.

Se fabrican en base a mezclar y sintetizar óxidos dopados de metales como Ni, Co, Mn,

Fe, Cu encapsulado con epoxy o vídreo.

4.6.7.4. Termómetro bimetálico:

Consiste en dos láminas de metal unidas, con diferente coeficiente de dilatación

térmico. Cuando la temperatura cambia, la lámina cambia la forma actuando sobre unos

contactos que cierran un circuito eléctrico.

Dentro de sus aplicaciones mas comunes es la de usarlo como termostato.

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4.6.7.5. Termómetro de Bulbo y Capilar:

Consiste esencialmente en un bulbo conectado por un capilar a una espiral.

Cuando la temperatura del bulbo cambia, el gas o el líquido en el bulbo se expanden y

la espiral tiende a desenrollarse moviendo la aguja sobre la escala para iniciar la

elevación de la temperatura en el bulbo.

4.6.7.6. Termómetro de vidrio:

Consta de un depósito de vidrio que contiene, por ejemplo, mercurio y que al

calentarse se expande y sube en el tubo capilar.

Su bulbo, relativamente grande en la parte más baja del termómetro, contiene la mayor

cantidad de líquido, el cual se expande cuando se calienta y sube por el tubo capilar en

el cual esta grabada una escala apropiada con marcas.

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4.6.7.7. Termómetro basado en un circuito integrado:

Estos circuitos son muy adecuados para medir temperaturas cuando se usa un

sistema de toma de datos conectado en una computadora. Estos circuitos, por lo general

tienen tres patas: tierra, alimentación y una salida. Producen una señal muy calibrada.

4.6.7.8. Sensores de silicio con efecto Resistivo:

Las propiedades de estos sensores están basadas en el comportamiento estable

del silicio. Cambian su valor óhmico con la temperatura.

Los sensores de temperatura de silicio muestran una característica casi lineal comparada

con la característica exponencial de las NTC. Esto significa que tienen un coeficiente de

temperatura que es casi constante en todo el rango de temperatura.

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4.6.7.9. Cámara termográfica:

Permiten ver la temperatura de una superficie con precisión sin tener que tener

ningún contacto con ella. Gracias a la física podemos convertir las medidas de la

radiación infrarroja en mediciones de temperatura.

Las cámaras infrarrojas son capaces de medir esta energía con sus sensores infrarrojos.

4.6.7.10. Sensores de temperatura con semiconductores:

Están basados en la variación de continuidad del material con semiconductores.

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4.6.7.11. Pirómetro de radiación:

Se trata del termómetro de los niños. No necesitan estar en contacto íntimo con

el objeto caliente. Este aparato utiliza la ley de Stephan Boltzmann de energía radiante,

la cual establece que la superficie de un cuerpo es proporcional a la 4ª potencia de su

temperatura absoluta.

Se puede recomendar en lugar del termoeléctrico en los siguientes casos:

• Para medir temperaturas de objetos que se muevan.

• Para la medida de temperatura en superficies

• Cuando se requiere gran velocidad de respuesta a los cambios de temperatura.

4.6.7.12. Pirómetro óptico:

Es un dispositivo que puede medir la temperatura de una sustancia o un cuerpo

sin estar en contacto con ella. El más común es el de absorción-emisión, y se usa para

determinar la temperatura de los gases.

Funciona comparando el brillo de la luz emitida por la fuente de calor con la de una luz

de una fuente estándar.

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4.6.8. Sensores de presencia o proximidad:

Este tipo de sensor es capaz de detectar presencia dentro de un radio de acción

determinada. Esta detección puede hacerse con o sin contacto con el objeto. En el

segundo caso se suelen utilizar diferentes principios físicos para detectar presencia,

dando lugar a los diferentes tipos de sensores. En el caso de la detección con contacto,

se trata siempre de de un interruptor, normalmente abierto o normalmente cerrado según

interese, actuando mecánicamente a través de un vástago u otro dispositivo.

Conexión de los sensores de proximidad:

Según el tipo de conexionado, los sensores de proximidad pueden ser de dos

hilos o de tres hilos:

• Conexión a dos hilos: Esta conexión es similar los electromecánicos. Es decir,

se conectan en serie entre la carga y la red de alimentación.

Existen modelos para diferentes tensiones y tipos de corriente.

• Conexión a tres hilos: Este sensor dispone de tres hilos. Dos de ellos son para

su alimentación desde una fuente de corriente auxiliar y el restante para la salida

de carga.

En función del tipo de comunicación los sensores de tres hilos pueden ser PNP o

NPN. En los primeros la salida es positiva y en el segundo, la salida es negativa.

Es importante tener esto en cuenta, ya que la carga se conecta de diferente forma

en cada uno de ellos.

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4.6.8.1. Sensores inductivos:

Permiten detectar presencia o contar el número de objetos metálicos sin

necesidad de contacto. Presentan el inconveniente de distinto comportamiento según el

tipo de metal del que se trate.

Se emplea por ejemplo, para el posicionamiento de un objeto como un robot o piezas

metálicas en una cadena de montaje

Clasificación:

• Sensibles a materiales ferromagnéticos: No necesitan alimentación eléctrica.

Se usan cuando se requieren muchas actuaciones o cuando las condiciones

ambientales como polvo, humedad, etc., pueden dificultar el funcionamiento de

contactos mecánicos. Tienen el inconveniente de no poderse utilizar en lugares

donde se prevea que pueden aparecer campos magnéticos o la existencia de

materiales o virutas de tipo ferromagnético. Son económicos y sencillos de

construir.

• Sensibles a materiales metálicos: Reaccionan ante cualquier material capaz de

provocar pérdidas por corriente de Foucault. Usan un campo magnético variable

cuya dispersión en el espacio define el campo de sensibilidad del dispositivo. Se

pueden montar parcial o totalmente empotrados. Existen versiones para cc y ca.

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Las corrientes de Foucault:

Si un detector magnético macizo se mueve a través de un campo magnético no

uniforme o se somete a la acción de campos oscilantes se inducen en el metal unas

corrientes circulantes denominadas corrientes de Foucault

La intensidad de estas corrientes depende de la potencia de flujo magnético, así como de

la velocidad del cambio, es decir, la frecuencia de la fuente de alimentación alterna

aplicada.

Ventajas:

• Les afecta poco la humedad ambiente y otros contaminantes, a diferencia de los

capacitivos.

• Imponen poca carga mecánica, aunque superior a la de un condensador variable.

• Alta sensibilidad, superior a la de sensores capacitivos.

Aplicaciones:

- Medida de desplazamiento y posición, y detectores de proximidad de objetos

metálicos, en particular en entornos industriales con polvo y vibraciones.

- En esas condiciones, los interruptores electromagnéticos y ópticos tienen escasa

fiabilidad.

- Estos sensores también pueden medir otras magnitudes si un sensor primario

apropiado las convierte en un desplazamiento.

4.6.8.2. Sensores capacitivos:

Son detectores que usan un campo eléctrico como fenómeno físico aprovechable

para reaccionar frente al objeto que se quiere detectar. Constan de un oscilador RC. La

aproximación de un objeto a los electrodos del condensador hace que la capacidad C

aumente y varía la amplitud de oscilación. Si el nivel de dicha amplitud decrece por

debajo de un determinado valor se produce una señal de conmutación que es débilmente

amplificada para actuar sobre elementos exteriores. Se emplean para detectar líquidos y

conductores, objetos metálicos, sustancias en polvo o en grano, detectores de envases

vacios, etc. No deben usarse con productos adhesivos y el producto debe tener una

densidad suficiente como para perturbar el oscilador del detector.

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Aplicaciones:

- Desplazamientos lineales y angulares.

- Detector de proximidad.

- Cualquier magnitud que implique un desplazamiento.

- Medida de humedad por variación de e.

- Medida de espesores de materiales dieléctricos.

- Medida de nivel de líquidos.

4.6.8.3. Sensores ópticos:

Los hay para distancias grandes y pequeñas..

También se les suele llamar fotocélulas. Utilizan métodos ópticos y electrónicos para

detectar objetos. Para eso utilizan una luz roja (visible) o infrarroja (visible). Como

fuente de luz se utilizan diodos o transistores emisores de luz.

Los detectores de luz roja se ajustan mejor que los de luz infrarroja La luz infrarroja es

menos susceptible a las interferencias producidas por la luz ambiental.

Estos emisores constan de un emisor y un receptor. La detección se realiza por

reflexión, al devolver el objeto la luz recibida, o por barrera.

Puede detectar cualquier tipo de objetos o productos: sólidos o líquidos. Los tipos de

montaje son: barrera, reflex y reflexión directa.

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Clasificación:

• Directos: El receptor y el emisor están en el mismo cuerpo (reflex y reflexión

directa). Se dice que el procedimiento de detección es por reenvio de la luz

emitida.

• Con fibras ópticas acopladas: Receptor y emisor no están en el mismo cuerpo

(barrera). Se dice que el procedimiento de detección es por blocaje de la luz

emitida.

4.6.8.3.2. Sensor fotoeléctricos:

Un sensor fotoeléctrico se compone de un emisor de luz asociada a un receptor

sensible a la cantidad de luz recibida.

Detecta cuando el objetivo penetra en el haz luminoso emitido y modifica de forma

suficiente la cantidad de luz que recibe el detector para provocar un cambio de estado de

la salida.

Pueden estar alojadas en una misma base o en bases separadas.

Clasificación:

• De barrera: El emisor y el receptor se encuentran en diferentes contenedores y

es necesario alinearlos con precisión. (Hasta 60 metros).

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• Réflex: El emisor y el receptor se encuentran alojados en el mismo contenedor,

el cual es necesario alinear con un espejo reflector. (Hasta 15 metros).

• De proximidad: Su funcionamiento es similar a los de tipo réflex, no siendo

necesario el espejo reflector. El propio objeto a detectar es el encargado de

reflectar el haz luminoso. (1 metro).

Tecnologías:

• Tradicional:

o Una fotocélula para cada modelo y sistema de detección.

o Diferentes formas de emisión.

• Osiconcept:

o Una fotocélula por modelo.

o Sistema de detección programable.

o Forma de emisión única.

Fibra óptica:

- La fibra se comporta como un conductor de luz.

- Los rayos de luz que entran con un determinado ángulo se dirigen hasta el lugar

deseado con un movimiento de pérdidas.

- El amplificador se encuentra a distancia.

- Este sistema permite detectar objetivos muy pequeños y la propia detección es

muy precisa.

- Según la aplicación se usan fibras de plástico o de vidrio.

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4.6.8.3.1.1. Fotodiodo:

Es un dispositivo que conduce una cantidad de luz de corriente eléctrica

proporcional a la cantidad de luz que lo incide (ilumina).

Esta corriente fluye en sentido de la flecha del diodo y se llama corriente de fuga.

Se puede emplear como dispositivo detector de luz, pues convierte la luz en electricidad

y esta variación de electricidad es la que se usa para informar que hubo un cambio en le

nivel de iluminación sobre el fotodiodo.

La mayoría de los fotodiodos vienen equipados con una lente que concentrada la

cantidad de luz que lo incide, de manera que su reacción a la luz sea más evidente.

A diferencia del LDR o fotorresistencia, el fotodiodo responde a los cambios de

oscuridad a iluminación y viceversa con mucha más velocidad, y puede usarse en

circuitos con tiempo de respuesta más pequeño.

Si se combina un fotodiodo con un transistor bipolar, se obtiene el circuito equivalente a

un fototransistor.

4.6.8.3.1.2. Fotorresistencia o LDR:

Es una resistencia que cambia su valor óhmico dependiendo de la cantidad de

luz que la ilumina, en especial, disminuye cuando aumenta la intensidad de la luz que la

incide. El valor de la resistencia eléctrica de un LDR cambia el valor óhmico con la luz

recibida. A>luz<resistencia.

La fotorresistencia consta de un cuerpo compuesto por una célula o celda dos patillas.

4.6.8.1.3. Fototransistor:

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Se llama fototransistor a un transistor sensible a la luz, normalmente a los

infrarrojos. La luz incide sobre la región de la base, generando portadores en ella. Esta

carga de base lleva el transistor a estado de conducción. Es más sensible que el

fotodiodo por el efecto de la ganancia del propio transistor.

Un fototransistor es igual a un transistor común a diferencia que el primero puede

trabajar de de 2 formas:

- Como transistor normas con la corriente de base (modo común).

- Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hace las veces de

corriente de base. (modo de iluminación).

- Puede usarse en las 2 formas simultáneamente, aunque el transistor se usa

habitualmente con el pin de la base sin conectar.

Se usan ampliamente encapsulados conjuntamente con un LED, formando interruptores

ópticos, que detectan la interrupción del haz de luz por un objeto.

Existen dos versiones: de transmisión y de reflexión.

4.6.8.1.4. Célula fotoeléctrica:

También llamada fotocélula o célula fotovoltaica, es un dispositivo que permite

transformar la energía luminosa en energía eléctrica a través del efecto fotoeléctrico.

A nivel microscópico se trata de un ánodo y un cátodo revestido de un material

fotosensible. Su objetivo final es producir electricidad a través de energía lumínica, por

eso las células fotovoltaicas se usan asociadas en paneles solares.

El proceso fotoeléctrico es un proceso en el que la luz es recibida sobre un dispositivo

semiconductor de dos capas poniendo una diferencia de voltaje o de potencial entre

ellas. Este voltaje es capaz de trasladar una corriente a través de un circuito externo

produciendo trabajo o energía útil.

La energía obtenida con estas células está presente en diversos elementos de la vida

cotidiana en aparatos como la lavadora, secadora, etc., también en la grabación de

sonido, televisión,….

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4.6.8.4. Sensores finales de carrera:

Son interruptores que sirven para determinar la posición de un objeto o de una

pieza móvil: Cuando el objeto o la pieza alcanza el extremo de su carrera, actúa sobre

una palanca, émbolo o varilla, produciendo el cambio de unos pequeños contactos.

Algunos modelos se fabrican de material altamente robusto para trabajar en ambientes

industriales muy agresivos.

Partes:

• Cabeza: Es el dispositivo captador:

• Cuerpo: Es el bloque que contiene los contactos eléctricos o una válvula

neumática/hidráulica.

Cuando usar un interruptor mecánico:

- Donde sea posible el contacto físico.

- Donde sea requerida una posición definitiva.

- En situaciones de operación crítica o de seguridad.

- Donde las condiciones ambientales no permitan el uso de sensores ópticos o

inductivos.

Ventajas:

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- Fácil de integrar a maquinaria de todo tipo.

- Muy robustos.

- Generalmente usados como:

o Limit swith.

o Indicador de presencia/ausencia.

o Puerta cerrada/abierta.

Inconvenientes:

- Producen Rebote mecánico al conmutar.

- El contacto físico produce desgaste y requieren mantenimiento.

- Son de respuesta lenta.

- Son ruidosos.

- Voluminosos.

- Vida limitada.

4.6.8.5. Detectores e ultrasonidos:

Detectan objetos de cualquier tipo sin contacto físico.

Estos detectores, también denominados sonar, permiten ajustar manualmente el campo

de acción entre una distancia mínima y una máxima. Esto les hace enormemente

versátiles para muchas aplicaciones industriales.

Los hay de salida digital y analógica. Posprimeros se comportan como un contacto (de

apertura y cierre) y los segundos son capaces de medir con precisión la distancia a la

que se encuentra un objeto en el campo de detección.

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Principio de funcionamiento:

- El principio de la detección ultrasonido se basa en la medida del tiempo

transcurrido entre la emisión de una onda ultrasónica y la recepción de su eco.

- El transductor (emisor-receptor) genera una onda ultrasónica pulsada que se

desplaza en el aire ambiente a la velocidad del sonido.

- En el momento en que la onda encuentra un objeto, una onda reflejada (eco)

vuelve hacia el transductor. Un microcontrolador analiza la señal recibida y

mide el intervalo de tiempo entre la señal emitida y el eco.

Aplicaciones industriales:

• Permiten detectar, sin contacto, cualquier objeto con independencia:

o Del material.

o De la naturaleza

o Del color.

o Del grado de transparencia.

• Se utilizan en aplicaciones industriales para detectar:

o La posición de las piezas en las máquinas.

o La presencia del parabrisas cuando se monta un automóvil.

o El paso de objetos en cintas transportadoras: Botellas, cartón, pasteles.

Medidor de nivel por ultrasonidos:

Se basa en medir el tiempo que requiere una onda ultrasónica por un trnasductor

y reflejada en la superficie del líquido, en regresar al transductor.