Sensores

De manera intuitiva se entiende sensor y transductor como sinónimos, debido a que principalmente un sensor siempre está en contacto con un transductor. Pero, la principal diferencia entre un sensor y un transductor es que el sensor está en contacto con los valores de las variables mediadas, y el transductor es el elemento que sufre un cambio físico producto de una variación externa. Dicho de otra forma, un sensor se define como un dispositivo que proporciona una salida que puede ser manipulada proveniente de la variable física que fue medida.

De manera contraria a un transductor, el sensor puede ser solo un dispositivo de entrada, debido a que el sensor siempre estará entre la variable física y el sistema de medida. Actualmente, los sensores brindan señales eléctricas en la salida pueden ser analógicas (voltaje o corriente) o digitales (diversos protocolos de comunicación), debido a que este tipo es el más utilizado en la industria actualmente.

Los sensores pueden clasificarse de muchas formas distintas (Figura 25), pero las clasificaciones comúnmente aceptadas son:

- Por el tipo de variable a medir. - Por el tipo de transducción utilizado.

2.2.9.1. Sensores Ópticos.

Los sensores ópticos están conformados principalmente de dos elementos:

• Diodo emisor de luz

• Fototransistor, conocido como receptor.

Por lo general los elementos enumerados anteriormente están encapsulados en un solo componente, el sensor óptico está ilustrado Figura 26. Los sensores ópticos tienen muchas configuraciones, pero la más empleada es la llamada de foco fijo, el cual se usa para medir proximidad, donde la intensidad del haz de luz es registrada en el receptor, donde la intensidad del haz de luz es proporcional a la proximidad del objeto al emisor. El elemento fotosensible que está en el receptor, ya sea un fototransistor o un fotodiodo se encarga de determinar la distancia y representarla generalmente por voltaje. Usualmente para este tipo de medidores comúnmente se usan los fototransistores que son conectados en modo activo.

El modo activo es llamado también como configuración lineal, el cual consiste en que el cambio de voltaje es directamente proporcional a la intensidad de luz que es percibida por el elemento foto-receptor.

Figura 26.

Medidor de distancia Sharp.

2.2.9.2. Sensores Inductivos.

Los sensores inductivos, se basan en el principio de los campos electromagnéticos, debido a que estos sensores tienen un devanado

interno en el cual la inductancia cambia de manera importante cuando un conductor ingresa al campo magnético de la bobina del sensor, Figura 27.

Figura 27. Sensor inductivo.

La presencia del conductor cerca de la bobina tiene la tarea de sacar de balance al circuito puente del que forma parte la bobina. El cambio suele utilizarse para operar un circuito de cambio de estado bajo a estado alto. Estos sensores se conocen como sensores auto inducidos, debido a que cuando se aproxima el conductor cambia la inductancia equivalente del circuito. Una de las grandes ventajas de los detectores de proximidad inductivos es que no requieren de un contacto con el objeto a detectar, lo que minimiza el desgaste. Sin embargo, la principal desventaja es que solo son sensitivos a materiales conductores y penden de manera pronunciada del tipo de conductor del que se trate; las distancias nominales de detección van desde unas décimas de milímetros hasta centenas de milímetros, dependiendo de la calidad del sensor y del fabricante.

La distancia nominal de detección es una función del diámetro del sensor y de la potencia existente para generar el campo electromagnético. Otro factor importante es que el objeto que se esté detectando sea plano, ya que esto afecta el desempeño del sensor.

2.2.9.3. Sensor de Temperatura Resistivo (RTD).

El sensor de temperatura resistivo (RTD), de manera similar al termistor, opera de manera proporcional a los cambios en la resistencia eléctrica, si aumenta la temperatura existe un incremento proporcional de la resistencia eléctrica. Es un dispositivo ampliamente usado para poder medir

tolerar grandes temperaturas manteniendo sus características que poseen, como cambio positivo lineal, estabilidad, relación lineal entre la temperatura y resistencia eléctrica, donde la resistencia eléctrica sufre la variación de manera proporcional al cambio del valor en la temperatura, experimentalmente se pudo comprobar esta linealidad.

Figura 28. RTD.

La función que relaciona la resistencia interna del RTD y los cambios de la temperatura del proceso, está representada en la ecuación.

R_t= R₀(1 + α_RTD)

Donde:

R0 Resistencia en Ohm a °C

R_t Resistencia en Ohm a °C.

α_RTDCoeficiente de temperatura de la resistencia.

Esta define la sensibilidad del elemento metálico; sin embargo, también se utiliza para distinguir las curvas de resistencia & temperatura de varios RTD.

Existen dos tipos de fabricación para estos dispositivos, los cuales son conocidos como de bobina o alambre enrollado y de película delgada. En general, los principales materiales que se emplean para la elaboración de los RTD son:

o Platino.

o Níquel-Hierro

El aspecto exterior de los RTD industriales prácticamente idéntico al de las termocuplas. El RTD de mayor uso es el que se fabrica con platino, de película delgada, con valor alfa de 0.385% C y está especificado por "DIN- EN 60751". Gracias a su estabilidad, exactitud y amplio espectro de temperatura, a partir de unos −260°C hasta 630°C, se utiliza con estándar internacional.

Por ejemplo, los sensores Pt100 o Pt1000 representan una resistencia de 100 Ohms o 1000 Ohms, respectivamente a 0 °C. Esta variación de resistencia, en general, es determinada con un puente de Wheatstone configurado a partir de las terminales de conexión del sensor y el elemento resistivo del puente.

Los tipos implantados por la norma IEC 751: 1995, para estos sensores se observan en la Tabla 4.

Tabla 4.

Especificaciones de RTD.

Tipo Temperatura Resistencia

Clase 2B 0.60 C 0.24 Clase B 0.30 °C 0.12 Clase A 0.15 °C 0.60 Clase 1/3B 0.10 °C 0.04 Clase 1/5B 0.06 °C 0.02 Clase1/10B 0.03 °C 0.01 Fuente: Datasheet. 2.2.9.4. Finales de Carrera.

Los finales de carrera se pueden considerar como un detector o interruptor de proximidad con contactos, interruptores de final de carrera son dispositivos electromecánicos. Los contactos están unidos mecánicamente a un actuador. Al combinar diferentes tipos de actuadores, cajas y

perfectamente a una gran variedad de aplicaciones en el entorno que sea. Existen diferentes tipos de finales de carrera y en la Figura 29, se puede apreciar el final de carrera que se ha usado nuestro proyecto.

Figura 29.

Final de carrera NA/NC.