SENSORES 30 de septiembre de 2011

1 Instrumentación Y Mediciones Electrónicas

Índice

Objetivos …………………………………………… pág. 2

Desarrollo …………………………………………... pág. 2- 11

Conclusiones ……………………………….………… pág. 12

Bibliografía …………………………….…………..… pág. 12

SENSORES 30 de septiembre de 2011

2 Instrumentación Y Mediciones Electrónicas

Objetivo:

Conocer todos los tipos de sensores que existen, como también estudiarlos:

Definición

Características

Funcionamiento

Aplicaciones

Desarrollo:

Sensores

Definición:

Un sensor no es más que un dispositivo diseñado para recibir información de una magnitud del

exterior, que pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración,

inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, pH, etc. y transformarla en otra

magnitud, normalmente eléctrica, que puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD),

una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una Tensión eléctrica (como en un

termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc. que seamos capaces de

cuantificar y manipular.

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3 Instrumentación Y Mediciones Electrónicas

Características:

Exactitud: la exactitud de la medición debe ser tan alta como fuese posible. Se entiende

por exactitud que le valor verdadero de la variable se pueda detectar sin errores

sistemáticos positivos o negativos en la medición. Sobre varias mediciones de la variable,

el promedio de error entre el valor real y el valor detectado tendera a ser cero.

Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el sensor.

Precisión: es el error de medida máximo esperado.

Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la variable de entrada

es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada,

habitualmente se establece otro punto de referencia para definir el offset.

Linealidad o correlación lineal.

Sensibilidad de un sensor: relación entre la variación de la magnitud de salida y la

variación de la magnitud de entrada.

Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede apreciarse a la salida.

Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto varíe la magnitud

a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las variaciones de la magnitud

de entrada.

Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada, que

influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condiciones ambientales, como

la humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento (oxidación, desgaste, etc.) del

sensor.

Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida.

Tipos de sensores:

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4 Instrumentación Y Mediciones Electrónicas

Sensores ultrasónicos

Los sensores ultrasónicos tienen como función principal, la detección de objetos atravez de la

emisión y reflexión de ondas acústicas

Principio de funcionamiento:

Funciona igual al sistema de sonar usado por los

submarinos. Emiten un pulso ultrasónico contra el objeto a

censar, y, al detectar el pulso reflejado, se para un contador

de tiempo que inicio su conteo al emitir el pulso. Este tiempo

es referido a distancias y de acuerdo con los parámetros

elegidos de respuesta con ello manda una señal eléctrica

digital o analógica

Aplicaciones:

Instalaciones de almacenamiento, sistema de transporte, industria de la alimentación,

procesos de metales, procesos de vidrio, procesos de plásticos, supervisión de materiales a

granel.

Sensor de velocidad

El sensor de velocidad fue uno de los primeros

transductores de vibración, que fueron construidos.

Consiste de una bobina de alambre y de un imán

colocado de tal manera que si se mueve el Carter, el

imán tiende a permanecer inmóvil debido a su

inercia. El movimiento relativo entre el campo

magnético y la bobina induce una corriente

proporcional a la velocidad del movimiento. De esta

manera, la unidad produce una señal directamente

proporcional a la velocidad de la vibración. Es

autogenerado y no necesita de aditamentos

electrónicos acondicionadores para funcionar. Tiene

una impedancia de salida eléctrica relativamente

baja que lo hace relativamente insensible a la inducción del ruido.

Sensores Inductivos

Los sensores inductivos son una clase especial de sensores que sirven para detectar materiales

metálicos ferrosos. 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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5 Instrumentación Y Mediciones Electrónicas

Los sensores inductivos consisten en una bobina cuya frecuencia de oscilación cambia al ser

aproximado un objeto metálico a su superficie axial. Esta frecuencia es empleada en un circuito

electrónico para conectar o desconectar un tiristor y con ello, lo que esté conectado al mismo, de

forma digital (ON-OFF) o, analógicamente. Si el objeto metálico se aparta de la bobina, la

oscilación vuelve a empezar y el mecanismo recupera su estado original.

Aplicaciones:

Estos sensores se desempeñan en las condiciones de trabajo más difíciles donde hay presente

aceites, líquidos, polvos y vibraciones, entre algunas que se mencionan están: herramientas,

máquinas textiles, líneas transportadoras, sistema de transporte, equipos de empaques, industria

automotriz, etc.

Sensores Capacitivos

Los sensores capacitivos (KAS) reaccionan ante metales y no metales que al aproximarse a la

superficie activa sobrepasan una determinada capacidad. La distancia de conexión respecto a un

determinado material es tanto mayor cuanto más elevada sea su constante dieléctrica. Ejemplos:

Presencia de agua en un tubo o el cereal dentro de una caja de cartón.

Principio de funcionamiento:

Consta de una sonda situada en la parte posterior de la cara del sensor el cual es una placa

condensadora. Al aplicar corriente al sensor, se genera un campo electrostático que reacciona a

los cambios de la capacitancia causados por la presencia de un objeto. Cuando el objeto se

encuentra fuera del campo electrostático, el oscilador permanece inactivo, pero cuando el objeto

se aproxima, se desarrolla un acoplamiento capacitivo entre éste y la sonda capacitiva. Cuando la

capacitancia alcanza un límite especificado, el oscilador se activa, lo cual dispara el circuito de

encendido y apagado.

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6 Instrumentación Y Mediciones Electrónicas

Aplicaciones Detección de nivel de aceite, agua, PVC, colorantes, harina, azúcar, leche

en polvo, posicionamiento de cintas transportadoras, detección de bobinas de papel,

conteo de piezas

metálicas y no

metálicas, entre

otros.

Sensores infrarrojos

El sensor infrarrojo es un dispositivo electrónico capaz de medir la radiación electromagnética

infrarroja de los cuerpos en su campo de visión. Todos los cuerpos reflejan una cierta cantidad de

radiación, esta resulta invisible para nuestros ojos pero no para estos aparatos electrónicos, ya

que se encuentran en el rango del espectro justo por debajo de la luz visible.

Principio de funcionamiento

Los rayos infrarrojos(IR) entran dentro del fototransistor donde encontramos un material

piroeléctrico, natural o artificial, normalmente formando una lámina delgada dentro del nitrato de

galio (GaN), nitrato de Cesio (CsNO3), derivados de la fenilpirazina, y ftalocianina de cobalto.

Normalmente están integrados en diversas configuraciones (1, 2,4 píxels de material

piroeléctrico). En el caso de parejas se acostumbra a dar polaridades opuestas para trabajar con

un amplificador diferencial, provocando la auto-cancelación de los incrementos de energía de IR

y el desacoplamiento del equipo.

Aplicaciones

Domésticas

Para aplicaciones domésticas, los sensores infrarrojos se utilizan en electrodomésticos de

línea blanca tales como hornos microondas, por ejemplo, para permitir la medición de la

distribución de la temperatura en el interior. Los sensores infrarrojos también se pueden utilizar

como sensores de gas.

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7 Instrumentación Y Mediciones Electrónicas

Ciencias médicas y biológicas

Los sensores infrarrojos ofrecen una solución para ciertos procedimientos de reconocimiento,

por ejemplo, los de mama y de músculos. Otra aplicación médica para los sensores infrarrojos es

la medición instantánea de la temperatura del cuerpo, es decir, como un termómetro remoto.

Seguridad Aérea y Territorial

Los sensores infrarrojos están siendo utilizados por las fuerzas armadas. Los sistemas

infrarrojos de monitorización del campo, tanto fijos como portátiles, sustituyen cada vez más a

los sistemas refrigerados por su reducido consumo de energía.

Automovilismo

En la industria automovilística, los sensores infrarrojos se usan en el campo de la seguridad y

el confort en la conducción. Monitorización del tráfico y carreteras, sistemas antiniebla, de los

neumáticos y frenos, mejoras de la visión del conductor y detección de los ocupantes sentados

para la activación de airbags inteligentes son algunas de las aplicaciones anteriores, por su banda

el control de la temperatura de la cabina y la monitorización de la calidad del aire constituyen las

más recientes.

Sensores de flujo

El sensor de flujo es un dispositivo que, instalado en línea con una tubería, permite determinar

cuándo está circulando un líquido o un gas. Estos son del tipo apagado/encendido; determinan

cuándo está o no circulando un fluido

Tipos de sensor de flujo

De pistón.- Consiste en un pistón que cambia de posición, empujado por el flujo circulante. El

pistón puede regresar a su posición inicial por gravedad o por medio de un resorte. El pistón

contiene en su interior un imán permanente. Cuando el pistón se mueve el imán se acerca y

activa un reed switch, que cierra o abre (según sea la configuración) el circuito eléctrico.

De paleta (compuerta).- Su mecanismo consiste en una paleta que se ubica transversalmente al

flujo que se pretende detectar. El flujo empuja la paleta que está unida a un eje que atraviesa

herméticamente la pared del sensor de flujo y apaga o enciende un interruptor en el exterior del

sensor. Para ajustar la sensibilidad del sensor se recorta el largo de la paleta.

De elevación (tapón).- Su mecanismo consiste en un tapón que corta el flujo. Del centro del

tapón surge un eje que atraviesa herméticamente la pared del sensor. Ese eje empuja un

interruptor ubicado en el exterior del sensor.

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8 Instrumentación Y Mediciones Electrónicas

Sensores de efecto Hall

El efecto Hall consiste en la aparición de un campo eléctrico en un conductor cuando es

atravesado por un campo magnético. A este campo eléctrico se le llama campo Hall. Este efecto

fue descubierto en 1879 por el físico estadounidense Edwin Herbert Hall.

Los sensores basados en efecto Hall constan de un elemento conductor o semiconductor y un

imán. Cuando un objeto ferromagnético se aproxima al sensor, el campo que provoca el imán en

el elemento se debilita. Así se puede determinar la proximidad de un objeto, siempre que sea

ferromagnético.

Aplicaciones de sensores de efecto Hall

Una de las aplicaciones de los sensores por efecto Hall que más se ha instalado en la industria, en

especial en la automotriz, es como reemplazo del sensor inductivo (basado en un imán ermanente

y una bobina).

Se utilizan también chips por efecto Hall como interruptores accionados por el campo magnético

de un imán. Un caso concreto es en los sensores de los sistemas de alarma (aquellos que se

colocan en puertas y ventanas, para detectar su apertura). Estos interruptores tienen la ventaja de

no sufrir fricción al ser accionados, ya que el único elemento que toma contacto es el campo

magnético.

Sensores de humedad

El sensor de humedad mide o detecta variables químicas o físicas que determinan el grado de

humedad, por ejemplo, el SHT11 es un sensor integrado de humedad calibrado

en fábrica con salida digital mediante un bus serie síncrono y protocolo

específico. El dispositivo también dispone de un sensor de Temperatura

integrado para compensar la medida de humedad dependiendo de la

temperatura, en casos extremos.

Sensores de temperatura

Estos sensores actúan a distintos cambios de temperaturas, existen muchos sensores, los mas

importantes son los siguientes:

Termopar o termocupla

Esta formado por la unión de dos metales distintos que produce un voltaje, que es función de la

diferencia de temperatura entre uno de los extremos denominado "punto caliente" o unión

caliente o de medida y el otro denominado "punto frío" o unión fría o de referencia. Son

económicos, intercambiables, tienen conectores estándar y son capaces de medir un amplio rango

de temperaturas.

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9 Instrumentación Y Mediciones Electrónicas

Tipos de termopares

Tipo K (Cromo (Ni-Cr) Chromel / Aluminio (aleación de Ni -Al) Alumel): con una

amplia variedad de aplicaciones, está disponible a un bajo costo y en una variedad de

sondas. Tienen un rango de temperatura de -200º C a +1.372º C y una sensibilidad

41µV/° C aprox. Posee buena resistencia a la oxidación.

Tipo E (Cromo / Constantán (aleación de Cu-Ni)): No son magnéticos y gracias a su

sensibilidad, son ideales para el uso en bajas temperaturas, en el ámbito criogénico.

Tienen una sensibilidad de 68 µV/° C.

Tipo J (Hierro / Constantán): debido a su limitado rango, el tipo J es menos popular que

el K. Son ideales para usar en viejos equipos que no aceptan el uso de termopares más

modernos. El tipo J no puede usarse a temperaturas superiores a 760º C ya que una

abrupta transformación magnética causa un desajuste permanente. Tienen un rango de -

40º C a +750º C y una sensibilidad de ~52 µV/° C.

RTD

Los detectores de temperatura resistivos son sensores de temperatura basados en la variación de

la resistencia de un conductor con la temperature. Al calentarse un metal habrá una mayor

agitación térmica, dispersándose más los electrones y reduciéndose su velocidad media,

aumentando la resistencia. A mayor temperatura, mayor agitación, y mayor resistencia.

Pt 100

Al calentarse un metal habrá una mayor agitación térmica, dispersándose más los electrones y

reduciéndose su velocidad media, aumentando la resistencia. A mayor temperatura, mayor

agitación, y mayor resistencia.

El platino es el elemento mas indicado para el fabricación de sensores de temperaturas por

resistencias, ya que posee:

1. Alto coeficiente de temperatura.

2. Alta resistividad, lo que permite una mayor variación de resistencia por cada grado

centígrado.

3. Relación lineal resistencia – temperatura.

4. Rigidez y ductilidad lo que facilita el proceso de fabricación de la sonda de resistencia.

5. Estabilidad de sus características durante su vida útil.

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Sensores magnéticos

Los sensores magnéticos constan de un sistema de contactos cuyo accionamiento vendrá

ocasionado por la aparición de un campo magnético. Los contactos se cerrarán bajo la influencia

de un campo magnético provocado por un dispositivo imantado alojado en el objeto a detectar,

en los cilindros neumáticos el imán permanente va integrado en el émbolo, estos cuando el

campo magnético se acerca al sensor, estos transmiten una señal eléctrica o neumática a los

controles, electro válvulas o elementos de conmutación neumáticos.

Aplicaciones:

Campo de aplicación: Automatismos, acondicionamiento, control de cadenas

transportadoras.

Sensores de presión

Los sensores de presión están basados en tecnología piezoresistiva, combinada con micro

controladores que proporcionan una alta precisión, independiente de la temperatura, y capacidad

de comunicación digital directa con PC. Las aplicaciones afines a estos productos incluyen

instrumentos para aviación, laboratorios, controles de quemadores y calderas, comprobación de

motores, tratamiento de aguas residuales y sistemas de frenado.

Tipos

Tuvo burdon.- Tubo de sección elíptica que forma un anillo

casi completo, cerrado por un extremo. Al aumentar la

presión el el interior del tubo, este tiende a enderezarce y el

movimiento es transmitido a la aguja indicadora por medio

de un sistema de piñon y cremallera

Diafragma.- En estos al aplicar presión, el movimiento se aproxima a una relación lineal en un intervalo de medida lo mas amplio posible con un minimo de isteresis, estas se utiliza para pequeñas presiones.

Sensores de luz:

Fotorresistencia (LDR)

Es un componente electrónico cuya resistencia disminuye con el aumento de intensidad de luz

incidente.

Fotodiodo

Es un semiconductor construido con una unión PN, sensible a la incidencia de la luz visible o

infrarroja.

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11 Instrumentación Y Mediciones Electrónicas

Sensores fotoeléctricos

Esta basado en la generación de un haz luminoso por parte de un fotoemisor, que se proyecta

bien sobre un fotorreceptor, o bien sobre un dispositivo reflectable. Existen cuatro tipo de

sensores fotoeléctricos, las cuales se agrupan según el tipo de detección, estos son:

a. Sensores de barrera.- cuando existe

un emisor y un receptor apuntados

unos a los otros.

b. Sensore réflex.- cuando la luz es

reflejada por un reflector especial cuya

particularidad es que devuelve la luz en el

mismo Angulo que la recibe

c. Sensores auto réflex.- son iguales a los

de los tipo anterior pero, excepto que, el

emisor tirne un lente que polariza la luz

en un sentido y el receptor la recibe

mediante un lente con polarización a 90

grados del primero. Con esto el control

no responde a objetos muy brillosos que puedan reflejar la señal emitida.

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12 Instrumentación Y Mediciones Electrónicas

Conclusiones:

Mediante las recopilaciones de informaciones de sensores, con la finalización del informe y

mediante la práctica “realizando un proyecto con sensores”, se pudo asimilar el concepto

“definición, características, tipos, aplicaciones”, sus reacciones, comportamiento de los distintos

tipos de sensores con los que se trabajo, obteniendo así los conocimientos claros y precisos del

funcionamiento y aplicaciones en la vida diaria de los sensores, por lo que, es de gran utilidad

conocer los varios tipos de sensores y sus características para diseñar sistemas de clasificación y

reconocimiento de patrones para que operen dentro de las normas y restricciones del mecanismo

en el que se está trabajando.

En la actualidad los sensores se han convertido en dispositivos fundamentales para la realización

de instrumentos y herramientas en las actividades del hombre, ya sea para sus necesidades como

ser, protección, prevención, comodidad, seguridad, etc. o para fuentes económico como ser,

ventas, negocios, etc.

Bibliografía:

http://es.wikipedia.org/wiki/Sensorwww.sensors.com

http://www.x-robotics.com/sensores.htm

http://www.electronicaestudio.com/sensores.htm

http://www.profesormolina.com.ar/tecnologia/sens_transduct/que_es.htm

http://www.directindustry.es/cat/medida-sensores-caudal-presion-temperatura-nivel-AB.html