Sensores y Transductores en Electrónica
Introducción
Los transductores convierten una magnitud física de entrada en otra de salida, generalmente eléctrica, más fácil de procesar. Los sensores, también llamados captadores, captan información específica del sistema para su posterior uso, a menudo en un lazo de control. Aunque su naturaleza es similar, la principal diferencia radica en su función dentro del sistema.
Los transductores pueden funcionar como sensores, y existen diversos tipos según la magnitud que miden: posición, proximidad, desplazamiento, velocidad, temperatura, presión e iluminación.
Sensores de Posición, Proximidad y Desplazamiento
Estos sensores pueden ser resistivos, inductivos, capacitivos, interruptores de final de carrera, ultrasonidos y radar.
Resistivos
Los sensores resistivos se basan en la variación de la resistencia eléctrica. Son muy comunes y ofrecen soluciones para diversas aplicaciones. En mediciones de posición y desplazamiento, se utilizan potenciómetros, que consisten en una resistencia fija sobre la que se desplaza un cursor, actuando como una resistencia variable.
Inductivos
Los sensores inductivos permiten determinar la distancia entre dos materiales magnéticos y sus variaciones.
Capacitivos
Los sensores capacitivos se basan en la variación de la capacidad de un condensador debido a cambios en sus parámetros geométricos o en el dieléctrico. Algunas aplicaciones incluyen:
- Medida de proximidad a una superficie conductora (la capacidad depende de la distancia entre las armaduras).
- Medida de desplazamientos (variación de capacidad al modificar la distancia entre las placas).
- Medidas de rugosidad o presión.
Interruptores de Final de Carrera
Estos interruptores determinan la posición de un objeto o pieza móvil. Al alcanzar el final del recorrido, cambian el estado de sus contactos. Se usan como detectores de nivel y en mecanismos de montacargas.
Ultrasonidos
Los ultrasonidos son vibraciones con frecuencias superiores al rango audible humano. Se aplican en control de nivel en tolvas o para indicar la altura de una carga. El sónar, un sistema basado en ultrasonidos, detecta objetos sumergidos mediante la emisión y recepción de señales reflejadas.
Radar
El radar utiliza ondas electromagnéticas para detectar objetos y su distancia.
Sensores de Velocidad
La medición de velocidad angular se realiza con tacómetros mecánicos o eléctricos, expresando el número de revoluciones por unidad de tiempo.
Mecánicos
- Contador de revoluciones: Un tornillo sin fin acoplado al eje, combinado con un cronómetro, permite calcular la velocidad angular.
- Tacómetro centrífugo: Basado en el principio del regulador de Watt, utiliza bolas que se alejan del eje con el aumento de velocidad debido a la fuerza centrífuga.
Eléctricos
Convierten la velocidad de giro en una señal eléctrica. Existen varios tipos:
- De corrientes parásitas o de arrastre (usado en automóviles y aviones).
- De inducción (variación del flujo magnético).
- De corriente alterna (imán permanente que induce corriente en un estátor).
- De corriente continua (estátor de imán permanente y rotor con entrehierro uniforme).
- De frecuencia o frecuencímetro (mide la frecuencia de una señal alterna, pudiendo ser electromagnético u óptico).
Sensores de Temperatura
Termoresistencias (RTD)
Hilo metálico con resistencia variable según la temperatura, comúnmente platino, níquel o cobre. Se utiliza el puente de Wheatstone para la medición.
Termistores
Resistores semiconductores con resistencia variable según la temperatura. Pueden ser NTC (coeficiente negativo) o PTC (coeficiente positivo).
Termopares
Basados en el efecto Seebeck, generan una fuerza electromotriz debido a la diferencia de temperatura entre dos metales diferentes unidos. Se utilizan aleaciones como Cromel, Alumel y Constantán.
Pirómetros de Radiación
Basados en la ley de Stefan-Boltzmann, miden la energía radiada por un cuerpo. Pueden ser de radiación total (lente que concentra la radiación) u ópticos (comparan la radiación con una temperatura conocida).