Para poder efectuar medidas de diferentes magnitudes físicas con sistemas electrónicos es necesario convertir dichas magnitudes en señales eléctricas (tensión o corriente).

Los Transductores son los dispositivos que realizan este tipo de conversión. Formando parte de transductor se encuentra el sensor o captador.

Sensor o captador es el elemento primario sensible a la magnitud física.

-Campo de medida: Conjunto de valores de la magnitud medida para los que da señal de salida el dispositivo con una cierta precisión.

-Alcance (span): Es la diferencia entre los valores máximo y mínimo del campo de medida.

-Sensibilidad: Es la relación entre el incremento producido a la salida del dispositivo y el incremento de la magnitud aplicada a la entrada.

-Curva característica: Es la representación grafica que relaciona la señal obtenida a la salida en función de la magnitud de entrada.

-Precision: Cualquier medida tomada con un sensor o transductor va a ser errónea en mayor o menor medida.

El error es la diferencia entre el valor leído y el valor dado por la curva de calibración.

-Resolución: Nos indica en cuanto tiempo tenemos que hacer variar la magnitud que se esta midiendo para que en la salida se aprecie el cambio.

TECNOLOGÍA DE SENSORES

-Efecto piezoeléctrico: Ciertos cristales de cuarzo, sometidos a una presión, experimentan un cambio en su estructura cristalina modifica su distribución de carga, manifestándose externamente como una tensión eléctrica.

-Efecto resistivo: La resistencia eléctrica de un material viene dada por: R = p·L/S

-Efecto Capacitivo: La capacidad de un condensador depende de la superficie de las placas conductoras (S), de su separación (d) y del tipo de material dieléctrico que haya entre placas (constante dieléctrica).

-Efecto inductivo: El coeficiente de autoinducción (L) de una bobina depende de su forma constructiva (numero de espiras, longitud, sección) y de la naturaleza del núcleo.

-Efecto reluctivo: Parecido al anterior, solo que este caso se cuenta con varios bobinados atravesador por un mismo núcleo.

 

-Efecto Electromagnetico: Los dispositivos en los que se da este efecto convierten la magnitud que se desea medir en una tensión inducida a la salida. El fenómeno de la inducción se da cuando en un bobinado se hace variar el flujo magnético que lo atraviesa. Por ej:La dinamo tacometrica para medir velocidades.

-Efecto fotovoltaico: Ciertos materiales semiconductores sensibles a la luz con capaces de cambiar sus condiciones eléctricas en función de la radiación incidente.Ej: Encoders o detectores de proximidad.

-Efecto termoeléctrico: Si la unión de dos materiales metálicos distintos se calienta, se genera en extremos del mismo una tensión que es proporcional a la temperatura. Este fenómeno es aprovechado por los pares termoeléctricos.

 

GALGAS EXTENSIOMÉTRICAS

Si un cuerpo es sometido a un esfuerzo mecanico, se deforma, experimentando un alargamiento que es directamente proporcional al esfuerzo, siempre que no sobrepase el dominio elástico.

Esta relación es constante y se conoce como modulo de Young: esfuerzo/alargamiento

Una galga extensiometrica es un sensor cuya resistencia eléctrica varía según la deformación que recibe.

Las galgas pueden ser metálicas o semiconductoras.

Dentro de las metálicas las encontramos: de hilo y de película.

En las semiconductoras, el elemento sensible es una banda de material semiconductor.

La constante de proporcionalidad se conoce como factor de galga y su valor es próximo a 2  en las metálicas y de entre 50 y 200 en las semiconductoras.

-Pueden ser:

*Uniaxiales, como las vistas.

*Biaxiales, para medir alargamientos en dos o mas direcciones.

*Tangenciales: Para medida de esfuerzos tangenciales sobre ejes.

Para medir la variación de resistencia de la galga se suele utilizar el puente de wheostone.

La medida puede verse falseada por efecto térmico.

Una forma de compensar este efecto consiste en colocar una segunda galga de similares características.

 

TRANSDUCTORES DE FUERZA CON GALGAS EXTENSIOMÉTRICAS.

Estos dispositivos hacen uso de galgas extensiometricas colocadas sobre un elemento elástico.

TRANSDUCTORES DE FUERZA CON SENSOR INDUCTIVO.

Se aprovecha el efecto reluctivo.

El elemento sensor es un LVDT (Transformador Diferencial Variable Lineal)

Cuando el núcleo esta centrado, las tensiones alternas VA y VB son iguales.

Al estar desfasadas 180 º dan lugar a una tensión VAB=0

El resultado es una tensión VAB tanto mayor cuanto mayor sea el desplazamiento.

La tensión alterna VAB  debe ser rectificada y convertida en un nivel de continua que sea proporcional al desplazamiento.

TRANSDUCTORES DE FUERZA CON SENSOR PIEZOELÉCTRICO

Se forma con anillos de cristales piezoeléctricos situados entre piezas metálicas que reciben la fuerza a medir.

La compresión de los anillos provoca la aparición de una carga eléctrica.

TRANSDUCTORES DE VIBRACIONES

Las vibraciones son movimientos armónicos de un cuerpo alrededor de su punto de equilibrio.

En este movimiento habrá un desplazamiento, una velocidad y una aceleración.

Un acelerómetro piezoeléctrico es un transductor capaz de medir las aceleraciones y decelariones de dicho movimiento.

 

SENSORES DE TEMPERATURA

La medida de temperatura es una de las más usuales en los procesos industriales.

DETECTOR DE TEMPERATURA RESISTIVO

La resistencia eléctrica de un material conductor depende de la temperatura a la que esta sometido.

El grado de esta dependencia nos lo da su coeficiente de temperatura, que expresa la variación de resistencia a una temperatura determinada.

R=R0 * (l+ α*t)

TERMOPARES

Un termopar se compone de dos metales distintos unidos firmemente por un extremo.

Si las temperaturas de la unión de medida y la unión de referencia son distintas, se establece una corriente eléctrica (efecto Seebeck), debido a la aparición de una pequeña diferencia de potencial en dicha unión.

SENSORES SEMICONDUCTORES

Se basan en la sensibilidad que presentan uniones P-N a la temperatura.  Por ej:LM35

La tensión de salida es proporcional y varia linealmente con la temperatura expresada en grados centígrados.

TERMISTORES

Son componentes semiconductores con un elevado coeficiente de temperatura, por lo que experimentan cambios muy elevados de resistencia frente a cambios térmicos.

Pueden ser de dos tipos:

-NTC: Coeficiente Negativo de Temperatura.

-PTC: Coeficiente Positivo de Temperatura.

NTC: margen de temperaturas de trabajo esta comprendido entre -260ºC y 300ºC,su sensibilidad es del orden de los KΩ/ºC y la precisión absoluta de +- 0.0001 ºC

PTC: Se caracterizan porque a una cierta temperatura, propia del componente elegido, sufren un cambio brusco en el valor de resistencia.

Por debajo de TC, la resistencia es baja, mientras que por encima de TC es muy alta. La temperatura critica TC esta comprendida entre -50ºC y 140ºC.

TRANSDUCTORES DE PRESIÓN

La presión se define como la fuerza ejercida por unidad de superficie.

1psi= 7.142 Pa

1Kg/cm2=98.100 Pa

1 bar=10 elevado a 5 PA

LAS MEDIDAS DE PRESIÓN PUEDE SER:

Presión absoluta: Con referencia al cero absoluto.

Presión relativa: Con referencia a la presión atmosférica. Esta es la más habitual.

Presión diferencial: Diferencia entre dos presiones.

PROCEDIMIENTOS PARA CONVERTIR LA PRESIÓN EN UNA SEÑAL ELÉCTRICA

-Resistivo

-Inductivos

-Capacitivos

-Galgas extensiometricas

-Cristales piezoeléctricos

TRANSDUCTORES DE CAUDAL

La medida de caudal de líquidos y gases es frecuente en los procesos industriales. Existen diversos procedimientos para efectuar esta medida:

-Placa-orificio o diafragma

-La tobera

-El tubo Venturi

-Turbina

-Sonda ultrasónica

-Medidor térmico