CONCEPTO GENARAL DE LOS CENSORES DEFINICIÓN.

CONCEPTO GENARAL DE LOS CENSORES
DEFINICIÓN.
Un sensor es un aparato capaz de transformar magnitudes físicas o químicas, llamadas
variables de instrumentación, en magnitudes eléctricas.
Puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con
el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo.
El sensor es un dispositivo electrónico/mecánico/químico que mapea un atributo
ambiental resultando una medida cuantizada, normalmente un nivel de tensión eléctrica.
Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto con la
variable a medir o a controlar.
UTILIZACIÓN.
Hay sensores que no solo sirven para medir la variable, sino también para convertirla
mediante circuitos electrónicos en una señal estándar (4 a 20 mA, o 1 a 5VDC) para tener
una relación lineal con los cambios de la variable sensada dentro de un rango (span), para
fines de control de dicha variable en un proceso.
Como por ejemplo el termómetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el
mercurio de dilatarse o contraerse por la acción de la temperatura.
Las variables de instrumentación dependen del tipo de sensor y pueden ser por ejemplo:
temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento,
presión, fuerza, torsión, humedad, pH, etc. Una magnitud eléctrica obtenida puede ser una
resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de
humedad), una tension eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como un
fototransistor), etc.
EJEMPLO DE APLICACION
Áreas de aplicación de los sensores: Industria automotriz, Industria aeroespacial, Medicina
, Industria de manufactura, Robótica , etc.
Los sensores pueden estar conectados a un computador para obtener ventajas como son el
acceso a una base de datos, la toma de valores desde el sensor, etc
Características de un sensor
Entre las características técnicas de un sensor destacan las siguientes:
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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.
Resolución y precisión
La resolución de un sensor es el menor cambio en la magnitud de entrada que se aprecia en
la magnitud de salida. Sin embargo, la precisión es el máximo error esperado en la
medida.La resolución puede ser de menor valor que la precisión. Por ejemplo, si al medir
una distancia la resolución es de 0,01 mm, pero la precisión es de 1 mm, entonces pueden
apreciarse variaciones en la distancia medida de 0,01 mm, pero no puede asegurarse que
haya un error de medición menor a 1 mm. En la mayoría de los casos este exceso de
resolución conlleva a un exceso innecesario en el coste del sistema. No obstante, en estos
sistemas, si el error en la medida sigue una distribución normal o similar, lo cual es
frecuente en errores accidentales, es decir, no sistemáticos, la repetitividad podría ser de un
valor inferior a la precisión.Sin embargo, la precisión no puede ser de un valor inferior a la
resolución, pues no puede asegurarse que el error en la medida sea menor a la mínima
variación en la magnitud de entrada que puede observarse en la magnitud de salida.
SENSOR INDUCTIVO Y DE EFECTO HALL
DEFINICION
Los sensores inductivos son una clase especial de sensores que sirven para detectar
materiales metálicos ferrosos.
Los sensores de proximidad inductivos contienen un devanado interno. Cuando una
corriente circula por el mismo, un campo magnético es generado, que tiene la dirección de
las flechas naranjas. Cuando un metal es acercado al campo magnético generado por el
sensor de proximidad, éste es detectado.
La bobina del sensor inductivo INDUCE CORRIENTES DE FOUCAULT en el material
a detectar. Éstas, a su vez, generan un campo magnético que se opone al de la bobina del
sensor, causando una reducción en la inductancia de la misma. Esta reducción en la
inductancia de la bobina interna del sensor, trae aparejado una disminución en la
impedancia de ésta.
La inductancia, es un valor intrínseco de las bobinas, que depende del diámetro de las
espiras y el número de ellas. En sistemas de corriente alterna, la reactancia inductiva se
opone al cambio del sentido de la corriente y se calcula de la siguiente manera:
Donde:
XL = Reactancia Inductiva medida en Ohms ( )
π = Constante Pi.
f= Frecuencia del sistema medida en Hertz (Hz)
L = Inductancia medida en Henrios (H)
En resumen, el circuito detector reconocerá el cambio en la impedancia de la bobina del
sensor (Debido a las corrientes de Foucault inducidas en el objeto a detectar) y enviará una
señal al amplificador de salida, el cual cambiará el estado de la misma. Cuando el metal a
detectar es removido de la zona de detección, el oscilador podrá generar nuevamente el
campo magnético con su amplitud normal. Es en este momento en que el circuito detector
nuevamente detecta este cambio de impedancia y envía una señal al amplificador de salida
para que sea éste quién, nuevamente, restituya el estado de la salida del sensor.
Sensores blindados y no blindados
SENSOR BLINDADO
SENSOR NO BLINDADO
Los blindados tienen un agregado al
Los no blindados no tienen blindaje extra, resultando
núcleo y un blindaje metálico que limita
en un área de sensado mayor.
el campo magnético al frente del sensor.
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Enrasables.
Especial para posicionamiento.
Distancias más cortas de
detección.
Sensado limitado al frente del
sensor.
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No enrasables.
Detección de presencia.
Distancias más grandes de detección.
Distancia de censado muchos sensores inductivos pueden trabajar en ambientes adversos,
con fluidos corrosivos, aceites, etc, sin perder performance muchos sensores inductivos
pueden trabajar en ambientes adversos, con fluidos corrosivos, aceites, etc, sin perder
performance
La distancia de censado (Sn) especificada en la hoja de datos de un sensor inductivo está
basada en un objeto de estándar con medidas de 1"x1" de acero dulce. Este valor variará
sensiblemente si se quiere detectar otros tipos de metales, aún materiales ferrosos como el
acero inoxidable (SS) no ferrosos, como el aluminio, pueden ser detectados, pero a menores
distancias.
En el siguiente gráfico se puede ver como varía la distancia de detección en función del
material a detectar y el tamaño del mismo.
UTILIZACIÓN.
Son de gran utilización en la industria, tanto para aplicaciones de posicionamiento como
para detectar la presencia de objetos metálicos en un determinado contexto (control de
presencia o de ausencia, detección de paso, de atasco, de posicionamiento, de codificación
y de conteo).
APLICACCIÓN.
Estos cambios de estado (ENCENDIDO O APAGADO) son evaluados por unidades
externas tales como: PLC, Relés, PC, etc. Muchos sensores inductivos pueden trabajar en
ambientes adversos, con fluidos corrosivos, aceites, etc, sin perder performance.
Se utilizan en donde se necesita ubicar una posición relativa como en el eje de una
maquina, donde se necesite localizar una parte de un objeto o maquina en movimiento
como la salida o entrada de un piston; etc.
Sensor de efecto Hall
Definición.
Se basa en el fenómeno por el cual una corriente eléctrica atraviesa un material conductor
mientras se aplica un campo magnético que forma un ángulo recto con la corriente. Esto
daba como resultado una acumulación de electrones, llamada tensión de Hall, a lo largo de
uno de los filos del conductor.
El sensor de efecto Hall o simplemente sensor Hall o sonda Hall (denominado según
Edwin Herbert Hall) se sirve del efecto Hall para la medición de campos magnéticos o
corrientes o para la determinación de la posición.
Si fluye corriente por un sensor Hall y se aproxima a un campo magnético que fluye en
dirección vertical al sensor, entonces el sensor crea un voltaje saliente proporcional al
producto de la fuerza del campo magnético y de la corriente. Si se conoce el valor de la
corriente, entonces se puede calcular la fuerza del campo magnético; si se crea el campo
magnético por medio de corriente que circula por una bobina o un conductor, entonces se
puede medir el valor de la corriente en el conductor o bobina.
Si tanto la fuerza del campo magnetico como la corriente son conocidos, entonces se puede
usar el sensor Hall como detector de metales.
Los sensores Hall se producen a partir de finas placas de semiconductores, ya que en ella el
espesor de los portadores de carga es reducido y por ello la velocidad de los electrones es
elevada, para conseguir un alto voltaje de Hall. Típicos formatos son:
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Forma rectangular
Forma de mariposa
Forma de cruz
Los elementos del Hall se integran mayoritariamente en un circuito integrado en los que se
produce una elevación de la señal y una compensación de la temperatura.
Funcionamiento de un sensor de efecto Transmisión con un sensor Hall
Hall
Datos de los sensores Hall
La sensibilidad se mide normalmente en Milivolt por Gauß (mV/G). Donde: 1 Tesla =
10000 Gauß (1 G = 10-4 T).
Utilización:
Los sensores Hall se utilizan en señales salientes análogas para campos magnéticos muy
débiles (campo magnético terrestre), ej. brújula en un sistema de navegación.
Como sensores de corriente se usan como bobinas, recorridas con una corriente por medir
situadas en la separación del núcleo de hierro. Estos sensores de corriente se comercializan
como componentes íntegros, son muy rápidos, se pueden usar para la medición de
corrientes continuas (a diferencia de los transformadores de corriente) y proveen una
separación de potencial entre circuitos de rendimiento y la electrónica de control.
Como sensor de reconocimiento de posición o tecla a distancia trabajan en conexión con
imanes permanentes y disponen de un interruptor de límite integrado.
Aplicaciones de los sensores Hall
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Mediciones de campos magnéticos (Densidad de flujo magnético)
Mediciones de corriente sin potencial (Sensor de corriente)
Emisor de señales sin contacto
Aparatos de medida del espesor de materiales
Como sensor de posición o detector para componentes magnéticos los sensores Hall son
especialmente ventajosos si la variación del campo magnético es comparativamente lenta o
nula. En estos casos el inductor usado como sensor no provee un voltaje de inducción
relevante.
En la industria del automóvil el sensor Hall se utiliza de forma frecuente, ej. en el cierre del
cinturón de seguridad, en sistemas de cierres de puertas, para el reconocimiento de posición
del pedal o del asiento, el cambio de transmisión y para el reconocimiento del momento de
arranque del motor. La gran ventaja es la invariabilidad frente a suciedad (no magnética) y
agua.
Además puede encontrarse este sensor en circuitos integrados, en impresoras láser donde
controlan la sincronización del motor del espejo, en disqueteras de ordenador así como en
motores de corriente continua sin escobillas, ej. en ventiladores de PC. Ha llegado a haber
incluso teclados con sensores Hall bajo cada tecla.
SENSOR INFRARROJO
Definición.
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.
Los rayos infrarrojos(IR) entran dentro del fototransistor donde encontramos un material
piro eléctrico, 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
píxel de material piro eléctrico). 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 i el desacoplamiento del equipo.
Sensores pasivos
Están formados únicamente por el fototransistor con el cometido de medir las radiaciones
provenientes de los objetos.
Sensores activos
Se basan en la combinación de un emisor y un receptor próximos entre ellos, normalmente
forman parte de un mismo circuito integrado. El emisor es un diodo LED infrarrojo (IRED)
y el componente receptor el fototransistor.
Tabla de los componentes de un sensor activo
diodo LED
Esquema sensor infrarrojoFototransistor
Clasificación según el tipo de señal emitida
Sensores reflexivos
Este tipo de sensor presenta una cara frontal en la que encontramos tanto al LED como al
fototransistor. Debido a esta configuración el sistema tiene que medir la radiación
proveniente del reflejo de la luz emitida por el LED.
Se tiene que tener presente que esta configuración es sensible a la luz del ambiente
perjudicando las medidas, pueden dar lugar a errores, es necesario la incorporación de
circuitos de filtrado en términos de longitud de onda, así pues será importante que trabajen
en ambientes de luz controlada. Otro aspecto a tener en cuenta es el coeficiente de
reflectividad del objeto, el funcionamiento del sensor será diferente según el tipo de
superficie.
Sensores de ranura (Sensor Break-Beam)
Este tipo de sensor sigue el mismo principio de funcionamiento pero la configuración de los
componentes es diferente, ambos elementos se encuentran enfrontados a la misma altura, a
banda y banda de una ranura normalmente estrecha, aunque encontramos dispositivos con
ranuras más grandes. Este tipo se utiliza típicamente para control industrial. Otra aplicación
podría ser el control de las vueltas de un volante.
Sensores modulados
Este tipo de sensor infrarrojo sigue el mismo principio que el de reflexión peró utilizando la
emisión de una señal modulada, reduciendo mucho la influencia de la iluminación
ambiental. Son sensores orientados a la detección de presencia, medición de distancias,
detección de obstáculos teniendo una cierta independencia de la iluminación.
Sensores de barrido
La diferencia con los anteriores reside en que el sensor realiza el barrido horizontal de la
superficie reflectante utilizando señales moduladas para mejorar la independencia de la luz,
el color o reflectividad de los objetos. Normalmente estos sistemas forman parte de un
dispositivo de desplazamiento perpendicular al eje de exploración del sensor, para poder
conseguir las medidas de toda la superficie.
Configuración óptica
Esta configuración se basa en un único sensor enfrentado a un cristal, el cual genera la
imagen de una sección de la región a medir. Dicho cristal solidario con un motor de
rotación con el objetivo de lograr el barrido de toda el área. Tiene la ventaja que adquiere
un secuencia continua de la región de barrido. Resulta un sistema lento en términos de
exploración.
Configuración en array de sensores
En este caso la configuración del sistema de medida está formado por un array de sensores
infrarrojos, por tanto no es necesario la utilización de ningún sistema de cristales,
únicamente necesita un conjunto de lentes ópticas de enfoque(concentración de la
radiación) a cada uno de los sensores. Esta configuración es más compleja pero permite
mayor velocidad de translación i mejor protección contra errores de captación.
Utilización.
En la industria como contadores, detectores de presencia y como control remoto de
ciertos aparatos.
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. Estos dispositivos se usan también en el
control climático de la casa para detectar oscilaciones de la temperatura en un local. Este
planteamiento permite que el sistema de climatización reaccione antes que la temperatura
del local varíe. Los sensores infrarrojos también se pueden utilizar como sensores de gas.
Ciencias médicas y biológicas
Una tendencia en el diagnóstico médico es desarrollar nuevos métodos de diagnóstico no
invasores. 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.
Periféricos de TI y Productos de Consumo
Una de las aplicaciones futuras es la integración de un termostato para las mediciones de la
temperatura de los cuerpos y objetos integrados en los teléfonos móviles.
J.M.C.K………….