Sensor
generador.
Son aquellos que a partir de la magnitud que miden
generan una señal eléctrica, sin necesidad de una alimentación eléctrica. Están
basados en efecto reversible y además están relacionados con diversos
accionadores o aplicaciones inversas en
general, es decir, se pueden emplear para acciones no eléctricas a partir de
señales eléctricas.
Esto es una opción para medir muchas magnitudes
ordinarias como por ejemplo: temperatura, fuerza, presión y otras magnitudes
afines.
Termopar.
Es un sensor para medir la temperatura. Se
compone de dos metales diferentes, unidos en un extremo. Cuando la unión de los
dos metales se calienta o enfría, se produce una tensión que es proporcional a
la temperatura. Están basados en el principio de la termoelectricidad y
dependiendo del margen de temperatura y las condiciones ambientales se eligen
los materiales para su construcción.
Tipos
de Termopar.
Consideraciones en las uniones de un termopar:
- Resistencia elevada para no requerir mucha masa, lo que implica alta
capacidad calorífica y respuesta lenta.
- Coeficiente de temperatura débil en la resistividad.
- Resistencia a la oxidación a altas temperaturas.
- Linealidad de la respuesta.
Estas propiedades
se obtienen mediante las aleaciones se muestran a continuación:
Tipo K 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 -200 ºC a +1.372 ºC 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
760 ºC ya que una abrupta transformación magnética causa una descalibración
permanente. Tienen un rango de -40ºC a +750ºC y una sensibilidad de ~52 µV/°C.
Es afectado por la corrosión.
Tipo N (Nicrosil (Ni-Cr-Si / Nisil (Ni-Si)): es adecuado para mediciones de alta temperatura gracias
a su elevada estabilidad y resistencia a la oxidación de altas temperaturas, y
no necesita del platino utilizado en los tipos B, R y S que son más caros.
Por otro lado, los termopares tipo B, R y S son los más
estables, pero debido a su baja sensibilidad (10 µV/°C aprox.) generalmente son
usados para medir altas temperaturas (superiores a 300 ºC).
Tipo B (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): son adecuados para la medición de altas temperaturas
superiores a 1.800 ºC. Los tipo B presentan el mismo resultado a 0 ºC y 42 ºC
debido a su curva de temperatura/voltaje, limitando así su uso a temperaturas
por encima de 50 ºC.
Tipo R (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): adecuados para la medición de temperaturas de hasta
1.300 ºC. Su baja sensibilidad (10 µV/°C) y su elevado precio quitan su
atractivo.
Tipo S (Platino / Rodio): ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los
1.300 ºC, pero su baja sensibilidad (10 µV/°C) y su elevado precio lo
convierten en un instrumento no adecuado para el uso general. Debido a su
elevada estabilidad, el tipo S es utilizado para la calibración universal del
punto de fusión del oro (1064,43 °C).
Los termopares con una baja sensibilidad, como en el caso de
los tipos B, R y S, tienen además una resolución menor. La selección de
termopares es importante para asegurarse que cubren el rango de temperaturas a
determinar.
Características:
-Baja
sensibilidad
-Respuesta
no lineal
-Pequeño
tamaño: respuesta más rápida (ms)
-Aceptable
estabilidad a largo plazo
-Aleaciones
metálicas con designación normalizada: K,J,T.
- Se
debe mantener una unión a una temperatura de referencia.
-No
se debe trabajar a temperaturas superiores a la temperatura de fusión.
-Margen
de medida -270ºC < T< 3000ºC
-La corriente
que circule por el termopar debe ser mínima.
-Errores
< 0,5ºC
-No tienen
problemas de autocalentamiento.
Construcción:
Consta de la unión de 2 segmentos de metales de diferente
aleación, en un sólo punto. Y los extremos restantes son los terminales donde
se conecta el instrumento de medida. A continuación se presentan las diferentes
uniones para construir termopares en función de la aplicación que se sea para
el mismo.
a)
Unión soldada en extremos.
b)
Unión soldada en paralelo.
c)
Hilo trenzado.
d)
Termopar expuesto: respuesta rápida.
e)
Termopar encapsulado: aislamiento eléctrico
f)
Termopar unido a la cubierta: Aislamiento ambiental.
Los
termopares actualmente tienen grandes e importantes aplicaciones industriales
ya que casi todos los procesos en la industria requieren un estricto control de
la temperatura y el uso de termopares ayuda a la automatización del control de
la temperatura ya que se pueden implementar programas que ejecuten acciones específicas
dependiendo de la temperatura que se tenga en un momento dado del proceso
industrial.
-Industria de la construcción: en el proceso de fabricación del cemento y procesamiento de asfalto.
-Industria
metalúrgica: en la salida de los altos hornos
-Industria
del plástico y del caucho, en las líneas de extrusión y temperatura de moldes e
inyección.
-Industria
alimentaria, para controlar la temperatura (mantener la cadena de frío) y en
los procesos de fermentación.
-En criogenia (o criotécnica) donde es necesario controlar temperaturas inferiores a 200º.
-En medicina para medir temperaturas de la sangre en el interior del cuerpo humano usando minielementos térmicos
-
En automoción, para la pruebas de motores, de frenos y de neumáticos.
.
Sensores Piezoeléctricos
El efecto piezoeléctrico consiste en la aparición de una polarización eléctrica
en un material al deformarse bajo la acción de un esfuerzo. Solamente ocurre en
ciertos materiales cristalinos y cerámicos que tienen como propiedad el
presentar el efecto piezoeléctrico cuyo principio de funcionamiento consiste en
la aparición de una polarización eléctrica bajo la acción de un esfuerzo. Es un
efecto reversible ya que al aplicar una diferencia de potencial eléctrico entre
dos caras de un material piezoeléctrico, aparece una deformación. Cabe destacar
que todos los materiales ferroeléctricos son piezoeléctricos. La propiedad
piezoeléctrica está relacionada con la estructura cristalina. Estos efectos
fueron descubiertos por Jacque y Pierre Currie en 1880-81, pero solo hasta 1950
con la invención de las válvulas de vacío tuvo una aplicación práctica como
sensor, ya que los cristales contaban con una alta impedancia de salida.
Materiales
- Naturales más comunes: El cuarzo y la turmalina.
- Sintéticos: cerámicas.
Aplicaciones
Detección de magnitudes mecánicas.
Limitaciones:
- No poseen respuesta en c.c.
- Deben trabajar por debajo de la frecuencia de resonancia del material.
- Los coeficientes piezoeléctricos son sensibles a la temperatura.(Cuarzo hasta
260ºC y la turmalita 700ºC).
- La impedancia de salida de los materiales piezoeléctricos es muy baja
- Algunos materiales piezeléctricos son delicuescentes.
Ventajas:
- Alta sensibilidad y bajo coste.
- Alta rigidez mecánica (deformaciones experimentadas
Aplicaciones.
Los sensores piezoeléctricos
se consideran herramientas versátiles para la medición de distintos procesos,
por ejemplo en garantías de calidad, procesos de control o investigación
y desarrollo en diferentes campos industriales. Aunque el efecto
piezoeléctrico fue descubierto por Pierre Curie en 1880, no
comenzó a ser implementado en las aéreas sensoriales de la industria
hasta 1950. Desde entonces, el uso de este principio de medición se ha
incrementado, debido a su fácil manejo y su alto nivel de fiabilidad. Tiene
aplicaciones en campos como la medicina, la industria aeroespacial y
la instrumentación nuclear, así como en pantallas táctiles de teléfonos
móviles. En la industria automovilística, los elementos piezoeléctricos se
utilizan para monitorear la combustión durante el desarrollo de motores
de combustión interna, bien montados directamente en hoyos adicionales en la
culata o en las bujías, que están equipadas con un sensor piezoeléctrico
en miniatura.
Piroelectricos
Los
sensores piroelectricos están formados por materiales que tienen propiedad que sometidos a cambios de
temperatura experimentan variaciones en la polarización eléctrica, por lo que
dichos cambios de temperatura inducen un campo eléctrico en el interior del
material, causado por movimiento de cargas positivas y negativas en los extremos
opuestos de la superficie. Este tipo de fenómenos ocurre en materiales
dieléctricos que tienen polarizaciones espontáneas producidas por dipolos
orientados.
Funcionamiento del sensor piroeléctricos.
Los
sensores piroeléctricos se construyen mediante un elemento semiconductor, en el
cual se produce un desplazamiento de cargas cuando sobre él incide radiación
infrarroja. Sin embargo en poco tiempo el sensor vuelve a su condición de
equilibrio. Por este motivo es sólo sensible a cambios en la intensidad de la
radiación infrarroja. La utilización práctica se hace interrumpiendo el haz
infrarrojo mediante un dispositivo mecánico o bien utilizando una fuente intermitente.
Aplicaciones
Las
aplicaciones más comunes de estos sensores piroeléctricos son:
- Medición de temperatura a
distancia en hornos, vidrio o metal fundidos).
- Sensores pasivos de infrarrojos
- Medición de radiación.
- Detección de llamas.
- Detección de pérdidas de
calor en oficinas, residencias o edificios.
- Mediciones de potencias
generadas por fuentes de radiación.
- Analizadores de IR (rayos
infrarrojos).
- Detectores de CO2
y de otros gases que absorben radiación.
- Detectores de IR (rayos
infrarrojos) emitidos por el cuerpo humano, para detección de intrusos y
de presencia
- Sistemas de encendido
automático de iluminación o de calefacción de viviendas, apertura de
puertas.
- Detección de pulsos láser de
alta potencia.
- Termómetros de alta
resolución (6 x 10 °C).
- Detectores de personas o de
movimiento.
Sensores Fotovoltaicos.
Es un dispositivo electrónico
que responde al cambio en la intensidad de la luz. Estos sensores requieren de
un componente emisor que genera la luz, y un componente receptor que percibe la
luz generada por el emisor.
Todos los diferentes modos de
sensado se basan en este principio de funcionamiento. Están diseñados
especialmente para la detección, clasificación y posicionado de objetos; la
detección de formas, colores y diferencias de superficie, incluso bajo
condiciones ambientales extremas.
Los sensores de luz se usan
para detectar el nivel de luz y producir una señal de salida representativa
respecto a la cantidad de luz detectada. Un sensor de luz incluye un
transductor fotoeléctrico para convertir la luz a una señal eléctrica y puede
incluir electrónica para condicionamiento de la señal, compensación y formateo
de la señal de salida.
El sensor de luz más común es
el LDR -Light Dependant Resistor o Resistor dependiente de la luz-.Un LDR es
básicamente un resistor que cambia su resistencia cuando cambia la intensidad
de la luz.
Existen tres tipos de
sensores fotoeléctricos, los sensores por barrera de luz, reflexión sobre
espejo o reflexión sobre objetos.
Tipos de sensores
Barrera
de luz
Las barreras tipo
emisor-receptor están compuestas de dos partes, un componente que emite el haz
de luz, y otro componente que lo recibe. Se establece un área de detección
donde el objeto a detectar es reconocido cuando el mismo interrumpe el haz de
luz. Estos sensores operan de una manera precisa cuando el emisor y el receptor
se encuentran alineados.
Reflexión
sobre espejo
Tienen el componente emisor y
el componente receptor en un solo cuerpo, el haz de luz se establece mediante
la utilización de un reflector catadióptrico. El objeto es detectado cuando el
haz formado entre el componente emisor, el reflector y el componente receptor
es interrumpido. Debido a esto, la detección no es afectada por el color del
mismo. La ventaja de las barreras réflex es que el cableado es en un solo lado,
a diferencia de las barreras emisor-receptor que es en ambos lados.
Reflexión
sobre objeto
La luz infrarroja viaja en
línea recta, en el momento en que un objeto se interpone el haz de luz rebota
contra este y cambia de dirección permitiendo que la luz sea enviada al
receptor y el elemento sea censado, un objeto de color negro no es detectado ya
que este color absorbe la luz y el sensor no experimenta cambios. Hay dos tipos
de fotocélulas de reflexión sobre objeto, las de reflexión difusa y las de
reflexión definida.
Reflexión difusa
En las fotocélulas de
reflexión difusa sobre el objeto el emisor lanza un haz de luz; los rayos del
haz se pierden en el espacio si no hay objeto, pero cuando hay presencia de
objeto, la superficie de éste produce una reflexión difusa de la luz, parte de
la cual incide sobre el receptor y se cambia así la señal de salida de la
fotocélula.
Reflexión definida
La reflexión en la superficie
del objeto a detectar por las fotocélulas de reflexión definida normalmente es
de carácter difuso, como en los sensores de reflexión difusa, o sea que los
rayos reflejados salen sin una trayectoria determinada.
Esto es muy importante, para
no caer en la falsa idea de que la diferencia respecto a los sensores de
reflexión difusa está en el tipo de reflexión; lo está en el tipo de óptica
empleada.
En las fotocélulas de
reflexión definida la fuente de luz está a una distancia mayor que la distancia
focal, por lo que el haz converge a un punto del eje óptico.
Aplicaciones
Las aplicación pueden ir desde
encender un bombillo hasta suministrar energia a un conjunto residencial o
ciudad.
Sensores Electroquimicos
Los sensores electroquímicos adecuados para determinar el
contenido de oxígeno y los constituyentes nocivos del gas tales como CO, SO2 o
NOx, funcionan basándose en el principio de la valoración potenciométrica
sensible a los iones.
Los sensores están rellenos
con un electrolito acuoso, específico para la tarea, en el que están dispuestos
dos o tres electrodos, igualmente combinados específicamente, entre los que hay
un campo eléctrico. Los sensores están sellados del exterior mediante membranas
permeables al gas.
El diseño específico y el funcionamiento
de los sensores difieren según el componente del gas a medir
Tipos de Sensores
Sensor de oxígeno
(sensor de dos electrodos)
La resistencia incorporada
con coeficiente de temperatura negativo (NTC), se usa para compensar los
efectos de la temperatura, garantizando así que el sensor permanezca estable
frente a los cambios de temperatura.
Sensores para CO, SO2
y NOx (sensor de tres electrodos)
Para componentes del gas
tales como CO, SO2 o NOx, se usan sensores con tres electrodos.
Las moléculas de monóxido de
carbono (CO) pasan, a través de la membrana permeable al gas, al electrodo de
trabajo donde se forman iones H+ como consecuencia de una reacción química.
Estos migran en el campo eléctrico al contraelectrodo, donde se genera un flujo
de corriente en el circuito externo mediante otra reacción química
desencadenada por el oxígeno (O2) del aire puro, también aportado. El tercer
electrodo (electrodo de referencia) sirve para estabilizar la señal del sensor.
léculas de monóxido de carbono (CO) pasan, a través de la membrana permeable al gas, al electrodo de trabajo donde se forman iones H+ como consecuencia de una reacción química. Estos migran en el campo eléctrico al contraelectrodo, donde se genera un flujo de corriente en el circuito externo mediante otra reacción química desencadenada por el oxígeno (O2) del aire puro, también aportado. El tercer electrodo (electrodo de referencia) sirve para estabilizar la señal del senso https://wikitree.es/que-es-el-judaismo/
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