Sensores y Transductores Industriales: Funcionamiento y Tipos

Ganancia del Sistema (K)

La ganancia del sistema (K) es la relación entre el valor de la salida, una vez alcanzado el régimen permanente, y la amplitud del escalón de entrada.

Tipos de Señales

Señal Analógica

La magnitud observada presenta una evolución continua en el margen de funcionamiento. Es decir, entre dos valores cualesquiera siempre se pueden encontrar los k que se deseen.

Señal Digital

Entre dos valores no hay intermedios: se salta directamente de uno a otro. En caso de que k solo admita dos estados posibles, se llama señal binaria.

Sensor, Transductor, Captador

Sensor

Es el elemento que se encuentra en contacto directo con la magnitud que se va a evaluar.

Transductor

Transforma la señal que sale del sensor en otra de tipo eléctrico que se puede utilizar para medir. El transductor incluye el sensor como una parte de él.

Captador

Es un transductor en el que la señal de salida no es de tipo eléctrico. También incluye al sensor.

Transmisor

Es la circuitería que transforma la señal que sale del sensor, transductor o captador y la convierte en señal normalizada.

Sensores Ópticos

Los sensores de proximidad ópticos permiten detectar todo tipo de objetos y productos, tanto sólidos como líquidos. Se clasifican en dos grupos:

1. Sensores ópticos directos.
2. Sensores ópticos con fibras ópticas acopladas.

En ambos casos, la luz es modulada por infrarrojos y es insensible a las luces parásitas. La detección se realiza por reflexión, al devolver el objeto la luz recibida, o por barrera. A la hora de utilizar un detector óptico habrá que tener en cuenta que:

• Ambientes con mucho polvo pueden perturbar el funcionamiento.
• La distancia de detección podrá variar según el color y el grado de brillo del producto.
• Estos sensores pueden reemplazar a los inductivos y capacitivos cuando se deseen distancias de detección mayores.

Para distancias superiores se utilizan las células fotoeléctricas. Los 3 sistemas principales de detección en las células son:

• Barrera: La célula está compuesta por dos módulos, un emisor y un receptor, colocados uno frente al otro para detectar el paso de un objeto entre dos módulos. La distancia máxima de detección es de 200 m.
• Reflexión: La célula lleva el transmisor y el reflector montados en el mismo módulo y detecta el paso de cualquier objeto situado entre ella y el receptor. La distancia máxima es de 10 m.
• Proximidad: La célula lleva el transmisor y el receptor en el mismo módulo, y percibe el paso de cualquier objeto próximo a ella. La distancia máxima es de 15 m.

Transductores de Presión Mecánicos

Son elementos de medida directa que miden la presión comparándola con un líquido de densidad y altura conocidos.

Manómetro de Presión Absoluta

Se usa la combinación de 2 fuelles, uno como medida de la presión relativa y otro para medir la atmosférica. El movimiento resultante de la unión de los 2 equivale a la presión absoluta.

Manómetro de Columna de Líquido

Para la medida de bajas presiones se emplea el manómetro en "U" con un líquido, agua o mercurio normalmente, aunque entre los más usados está el tetrabromoetano. El tubo Bourdon es de sección elíptica, metálico y curvado, formando casi un anillo. Este anillo está cerrado en un extremo y por el otro se le aplica la presión al medir. Al aplicar la presión, el tubo tiende a enderezarse. El movimiento resultante es transmitido y amplificado por un sector dentado y piñón o una palanca, sobre el que va montada la aguja indicadora o un transductor para obtener una señal eléctrica. El diafragma consiste en una o varias cápsulas circulares cerradas por dos campanas, una de las campanas sirve para conectar la presión a medir y la otra queda libre a la atmósfera. El diafragma se desplazará en función de la presión. El fuelle, parecido al diafragma, pero de una sola pieza flexible axialmente, puede dilatarse o contraerse con un desplazamiento considerable.

Transductores de Presión Electromecánicos

Utilizan un elemento mecánico junto con un transductor elástico que genera la señal eléctrica correspondiente. Los más empleados son:

• Transmisores eléctricos de equilibrios de fuerzas.
• Resistivos.
• Magnéticos.
• Capacitivos.
• Extensométricos.
• Piezoeléctricos: se basan en la propiedad de que algunos cristales producen cargas eléctricas si están sometidos a un esfuerzo. Esta carga es proporcional a la fuerza, pero, al ser muy pequeña, se necesita un circuito amplificador.

Transductores de Temperatura

1. Termorresistencias: El sistema está formado por un elemento de medida y está bobinado sobre un núcleo cerámico.
2. Termistores: Pueden ser: PTC y NTC.
3. Termopares: Basados en la unión de dos metales distintos por uno de sus extremos. Con la unión se calienta y se crea una diferencia de potencial. Efecto Peltier y efecto Thomson. Ejemplos de termopares más utilizados: cobre-constantán.
4. Pirómetros de radiación:
   • Ópticos: Basados en la desaparición visual del filamento de una lámpara al contacto con la imagen del objeto enfocado.
   • De radiación total: Una lente forma la radiación del objeto caliente en una pequeña termopila.

Transductores de Luz

Hacen uso de las radiaciones luminosas.

1. Resistencias LDR: Utilizan las propiedades de algunos materiales para variar su resistencia eléctrica con la luz.
2. Fotodiodos: Al incidir la luz sobre el elemento crea una corriente eléctrica; cuando no hay luz, se comporta como un diodo normal.