TECNOLÓGICO DE ESTUDIOS SUPERIORES DE

JOCOTITLAN

INGENIERÍA MECATRÓNICA 601

Instrumentación

(Tipos de sensores)

Equipo III

Marco Antonio Matías Sánchez

Joel medina Enriquez

Antonio Enriquez Rodríguez

Alan Sánchez Lorenzo

Alexis Adrián cruz Gutiérrez

M.EN.A. Juan Carlos Portillo Medina

Lunes 21 de abril de 2014

SENSORES

INTRODUCCIÓN

Un sensor convierte una señal física de un tipo en una señal física de otra naturaleza.

Por ejemplo una termopila produce un voltaje que está relacionado con la temperatura,

así mismo en una resistencia metálica se aprovecha el fenómeno de variación de la resistencia

con la temperatura para producir una señal de voltaje que sea proporcional a la temperatura. La

diferencia entre los dos ejemplos está que para el caso de la termocupla se produce un mili

voltaje producto de la unión de dos materiales a una determinada temperatura, en el segundo

ejemplo la pura resistencia por si sola no puede hacer la conversión a voltaje si no que requiere

de un circuito y de una fuente de alimentación. En el primer caso tenemos al elemento sensor

sólo, en el segundo a el elemento sensor más un circuito, en este segundo caso la unión de los

dos constituye el transductor. Tanto en el caso de la termocupla como dela resistencia metálica

se necesitan etapas adicionales de acondicionamiento como amplificación y filtraje de la señal.

Características de los sensores

Cuando se diseñan sistemas de adquisición de datos con computadora, hay aspectos a cerca de

los sensores que es necesario tener en cuenta:

La naturaleza de la señal que el sensor transductor genera: voltaje, rango de amplitud,

respuesta en frecuencia, precisión necesaria, determinan el tipo de acondicionamiento de

señal, convertidor A/D y cualquier otro hardware a utilizar.

La influencia de las señales de ruido así como los efectos de carga del hardware dé

adquisición de datos sobre el sensor. 109

La calibración del sensor con respecto a la variable física. Si la respuesta del sensor a los

cambios de la variable física es lineal o no. Una calibración mal hecha va a producir

mediciones erróneas.

La interdependencia entre los distintos componentes del sistema de adquisición de datos,

por ejemplo un sensor muy bueno, con un pobre convertidor A/D no sirve de casi nada.

La precisión del sensor, esto es la capacidad de medir el mismo valor repetidas veces en

idénticas condiciones.

El tiempo de respuesta del sensor, es decir, el tiempo requerido para responder a un cambio

brusco de la variable que está siendo censada

El coeficiente de temperatura del sensor, el cual viene dado por el cambio que

se produce en la respuesta del sensor debido al cambio en la temperatura a la cual se

encuentra, por ejemplo el aumento en las corrientes de fuga y el voltaje offset de un

amplificador, el aumento de la corriente en la oscuridad de un fotodiodo.

La histéresis de un sensor, la cual se define como la dependencia de la salida del sensor

de la respuesta anterior. Esta es muy común en sistemas magnéticos y mecánicos.

Existen varias formas de clasificar los sensores, por ejemplo se pueden clasificar por el principio

físico de funcionamiento (inductivo, capacitivo, termoeléctrico o resistivo etc.), por la variable

física medida (temperatura, presión, posición etc. por la capacidad de generar energía (activos) o

de necesitar de un circuito de excitación (pasivos). En este trabajo se estudian los sensores de

acuerdo al tipo de variable física medida.

1.- SENSORES POTENCIOMETRICOS

Componente eléctrico cuya resistencia es función del desplazamiento de un elemento móvil.

Consiste en una resistencia fija con un contacto móvil deslizante lineal o giratorio (cursor)

que lo divide eléctricamente.

Los potenciómetros pueden ser lineales (Variación constante por unidad de longitud) o

logarítmicos, anti logarítmicos, senoidales (Poco utilizados actualmente).

Desde el punto de vista dinámico, es un sistema lineal de orden cero, pero puede formar

parte de un sensor lineal de orden superior (sistema masa- resorte).

Los sensores potencio métricos simplemente miden el potencial de equilibrio termodinámico

y en el cual esencialmente no fluye corriente neta. El instrumental necesario para las

medidas potencio métricas comprende un electrodo de referencia, un electrodo indicador y

un dispositivo de medida de potencial; la construcción de los sensores potencio métricos

depende del tipo de solución que de desea medir, y el tipo de electrodo que se utilice, ya sea

el electrodo de referencia o el electrodo indicador.

Dentro los sensores potencio metritos su función es establecida por la ecuación de Nernst,

que se basa en la medida de los potenciales eléctricos en materiales o soluciones para

calcular la concentración de disoluciones iónicas, y consta básicamente de tres elementos:

dispositivo de medida de potencial, electrodo de referencia y el electrodo selectivo a iones a

caracterizar. En realidad es un voltímetro muy sensible que amplifica la débil señal eléctrica

que producen los electrodos y permite lecturas de hasta 0.1 mV con gran exactitud.

Tipos de potenciómetros

La resistencia puede ser una pista recta o circular y el cursor es una pieza móvil que se

desliza sobre ella. Los potenciómetros circulares pueden ser de una vuelta o multi vuelta

De hilo bobinado (Wirewound)

El elemento resistivo es un hilo (aleaciones Ni- Cr, Ni-Cu, metales nobles) arrollado sobre un

soporte aislante (cerámico). Poseen una alta inductancia y una baja resolución (1 / número

de espiras). Tienen un coeficiente de temperatura pequeño. Actualmente solo se usan como

reóstatos.

No bobinado (Nonwirewound)

El elemento resistivo es una pista de Cermet (aleación de cerámica y metal), carbón,

plástico conductivo, metal o una combinación de ellos. Tienen elevada resolución y reducida

inductancia y capacidad parásita.

Clasifican en tres categorías basados en la constitución de sus electrodos:

Se pueden analizar fácilmente la mayoría de las muestras líquidas y gaseosas. Las

muestras sólidas se pueden analizar si es posible prepararlas en forma de solución.

Los sensores potencio métricos se clasifican en tres categorías basados en la constitución

de sus electrodos:

a) De estado sólido

Son aquellos disponibles como electrodos de media celda o electrodos combinados con

electrodo de referencia. Estos electrodos incorporan una superficie solida sensible hecha de

haluros de plata comprimidos, o un material solido cristalino. Estos sensores se utilizan para

la determinación de bromuro, cloruro, ioduro, cobre (2+), cianuro, fluoruro, iones de plata y

plomo. La construcción del cuerpo solido es robusta para una larga vida. Están basados en

un electrodo de estado sólido, el cual desarrolla un voltaje debido a un intercambio iónico

que se genera entre la muestra y la membrana inorgánica. Un mecanismo de equilibrio

ocurre debido a la limitada solubilidad del material de la membrana en la muestra.

b) De estado líquido

Son sensores cuyos Electrodos son de Membrana Liquida donde La superficie sensible de

estos electrodos está hecha de una composición homogénea de polímero que contiene un

intercambiador iónico de naturaleza orgánica para el ion determinado. Estos sensores

incorporan un módulo de membrana fácilmente reemplazable, y están disponibles para

mediciones de nitratos, potasio y calcio. Los primeros electrodos de membrana liquida que

fueron desarrollados fue el de potasio. La membrana es generalmente utilizada en forma de

un disco delgado de PVC impregnada con antibiótico de valinomicina. El intercambiador,

también conocido como iono foro, es una estructura de anillo que atrapa los iones de potasio

por dentro como un candado. Este tipo de membrana no es tan resistente como la de los

sensores de estado sólido por lo que son diseñados con un módulo de membrana fácilmente

reemplazable.

c) Sensores de gas

Están formados por electrodos combinados que detectan gases disueltos en solución. Estos

electrodos no requieren una referencia externa. El elemento sensor está separado de la

muestra en solución por una membrana permeable al gas. Un sensor de gas trabaja gracias

a la presión parcial del gas medido en la solución. El gas disuelto en la muestra se difunde

dentro de la membrana y cambia el pH de una capa limite de electrolito en la superficie

interna del sensor de pH. La difusión continua hasta que la presión parcial de la muestra y

de la capa limite son la misma. El cambio del pH es proporcional al gas disuelto en la

muestra.

Ventajas e Inconvenientes:

Usos y aplicaciones

Análisis de iones de procesos industriales batch o continuos.

Determinación de monitoreo continuo de la calidad de aire y gases contaminantes.

Determinación de electrolitos en fluidos fisiológicos para análisis clínicos.

Desarrollo de biosensores basados en enzimas inmovilizadas y electrodos.

Determinación de iones constituyentes en muestras de agricultura, medio ambiente y

farmacia

Determinación de pH.

Determinación del punto final en titulaciones de ácidos, bases y redo

Determinación cuantitativa selectiva de muchos iones inorgánicos y orgánicos en

solución.

Determinación de iones en un estado de oxidación específico dentro de una muestra.

Determinación de constantes de estabilidad de complejos.

Determinación de velocidades y mecanismos de reacción.

Determinación cuantitativa de gases ácidos y básicos.

Determinación cuantitativa de productos de reacción enzimáticos.

2.- SENSORES DE TEMPERATURA DE RESISTENCIA METÁLICA

Entre los sensores más comunes empleados para medir temperatura con instrumentación

electrónica se tienen: RTDs, termistores, sensores de circuito integrado (IC ) y termocuplas.

Detector de resistencia metálica (RTD)

El detector de resistencia metálica RTD, es uno de los sensores más precisos de

temperatura. Se caracteriza por su excelente estabilidad, usualmente es utilizado para medir

temperaturas de 0 °C a 450 °C.

La resistencia metálica es de alambres finos o de películas de metales. Su resistencia varía

en forma directamente proporcional con la temperatura. Ellas son fabricadas de metales

como cobre, plata, oro, tungsteno y níquel, no obstante el platino es el material más

comúnmente usado. El platino presenta una excelente estabilidad y la más alta resistividad

con respecto a los otros metales.

Entre las desventajas de las RTDs de platino (Pt100) se pueden mencionar: 1- su alto costo,

por lo que hacer instrumentación con ellas es caro; 2- debido a su baja resistencia (100 Ω a

0 °C) y sensibilidad (0.4 Ω/°C), los alambres de conexión es uno de los principales

problemas, la vía para minimizarlo es usar el esquema de medición con 4 alambres; 3- en el

sistema de medición con 4 alambres, dos alambres llevan y traen la corriente proveniente de

una fuente de corriente constante y otros dos alambres se emplean para la conexión del

instrumento de medición de voltaje, convertidor A/D en un sistema de adquisición de datos

por computadora; 4- la corriente de excitación constante produce una disipación de potencia

en la RTD, lo cual le genera calentamiento que incrementa adicionalmente su temperatura

que no es posible de detectar cuando se hace la medición de temperatura, una forma de

reducir este error usar una corriente de excitación lo más pequeña posible.

Galga Extenso métrica

Una galga extenso métrica consiste de un alambre muy fino, o más comúnmente un papel

metálico arreglado en forma de rejilla como se muestra en la figura 7.6. Esta forma de rejilla

permite aprovechar la máxima cantidad de material de la galga sujeto a la tensión a lo largo

de su eje principal.

La rejilla se encuentra pegada a un apoyo delgado, el cual se encuentra unido a la superficie

del objeto sometido a tensión, fuerza o presión. Por lo tanto la tensión experimentada por el

objeto es transmitida directamente a la galga extenso métrica, la cual responde con cambio

lineal en su resistencia eléctrica. El parámetro que define la sensibilidad de una galga se

conoce como factor de galga GF.

Se define la constante o factor de galga K como el cociente entre la variación unitaria de

resistencia y la deformación. Es una constante característica de cada galga que determina

su sensibilidad. Es función de muchos parámetros, pero especialmente de la aleación

empleada en la fabricación.

En las galgas de hilo suele tener un valor próximo a 2. Las galgas de semiconductor posee

un factor de galga más elevado que el de las metálicas (>10). Unos valores típicos son:

Formas físicas de presentación

Usos y aplicaciones

Aplicaciones

Presenta una serie de sensores de platino en la actualidad se utiliza en aparatos de cocina.

La sonda con la brida y la de acero inoxidable de vivienda a largo fue desarrollado para su

uso en hornos. También están disponibles los modelos equipados con aislamiento de alta

tensión, que puede ser incorporada si exigido por la electrónica de control. El sensor más

corto con la forma cónica es una sonda de temperatura alta a medida, que fue construido

por encargo de un cliente. A la derecha de la figura. 3 es un sensor diseñado para medir la

temperatura de la superficie. El sensor, que está integrado en una carcasa de

Plástico, se monta fácilmente a través de la perforación. Además de estas geometrías sonda

especial, un sensor universal en una cápsula de cerámica también está disponible. Situado

en el centro de la imagen es un componente SMD en un plato de cerámica de largo que se

utiliza para mediciones de temperatura hasta 750 ° C.Además de los diseños que se

muestran, Heraeus Sensor-Nite es capaz de desarrollar y fabricar geometrías sensor y

viviendas que están especialmente diseñados para satisfacer requisitos específicos del

cliente.

Las perspectivas de futuro / perspectivas

En principio, los sensores de platino se pueden utilizar para aplicaciones en el rango de

temperatura de -200 ° C a 1000 ° C. En la cocina, las temperaturas que varían entre 200 ° C

y 600 ° C se miden. La capacidad de medir con precisión las temperaturas más bajas, se

abre la posibilidad de utilizar sensores de platino en los frigoríficos, congeladores, lavadoras

y secadoras. Teniendo en cuenta estas perspectivas, es evidente que el final de la carretera

que conduce a la cocina y el hogar inteligente no se ha llegado todavía.

3.- TERMISTOR.

Un termistor es un tipo de resistencia cuya resistencia varía significativamente con la

temperatura, más que en las resistencias estándar. La palabra es un acrónimo d la térmica y

resistencia .Termistores son ampliamente utilizados como irrupción actual limitadores de

temperatura sensores, el rearme de sobre corriente protectores-yo, y la auto-regulación de

los elementos de calefacción .Termistores difieren de los detectores de temperatura de la

resistencia (RTD) en que el material utilizado en un termistor es generalmente un polímero o

cerámica, mientras que RTD utilizan metales puros. La respuesta de la temperatura también

es diferente; RTDs son útiles en los rangos de temperatura más grandes, mientras que

termistores típicamente lograr una mayor precisión en un rango de temperatura limitada [por

lo general -90 ° C a 130 ° C].

Los Termistores son resistores térmicamente sensibles, existen dos tipos de termistores

según la variación de la resistencia/coeficiente de temperatura, pueden ser negativos (NTC)

o positivos (PTC).

a) Termistores NTC

Son resistencias de coeficiente de temperatura negativo, constituidas por un cuerpo

semiconductor cuyo coeficiente de temperatura sea elevado, es decir, su conductividad

crece muy rápidamente con la temperatura. La característica tensión-intensidad (V/I) de un

resistor NTC presenta un carácter peculiar, ya que cuando las corrientes que lo atraviesan

son pequeñas, el consumo de potencia será demasiado pequeño para registrar aumentos

apreciables de temperatura, o lo que es igual, descensos en su resistencia óhmica; en esta

parte de la característica la relación tensión-intensidad será prácticamente lineal y en

consecuencia cumplirá la ley de Ohm. Se emplean en su fabricación óxidos

semiconductores de níquel, zinc, cobalto, etc.

Un termistor es un sensor resistivo de temperatura. Su funcionamiento se basa en la

variación de la resistividad que presenta un semiconductor con la temperatura. El término

termistor proviene de ThermallySensitive Resistor.

Aplicaciones

1. Dependencia de la resistencia con la temperatura: R = R ( T )

Medida de la Temperatura.

Cambio de medio (líquido-aire).

Medida de flujos de gases.

2. Inercia térmica de la NTC: R = R ( T ) con T = T ( t )

Retardo en el accionamiento de relés.

Aumento lento de corriente.

3. Coeficiente de temperatura negativo: a < 0

Compensación de coeficientes de temperatura positivos.

Estabilización de voltajes

Formas Típicas en el Mercado “NTC”

b) Termistor PTC

Las Resistencias PTC (Positive TemperatureCoefficient), también llamadas termistores PTC,

son resistencias cuyo coeficiente de temperatura es positivo,, es decir qué su valor óhmico

depende de la temperatura, pero con la particularidad de que, mientras en las resistencias

NTC disminuye su valor óhmico al aumentar la temperatura, en las resistencias PTC

aumenta su valor óhmico al aumentar la temperatura. Son fabricación de tita nato de bario y

deben elegirse cuando se requiere un cambio drástico en la resistencia a una temperatura

específica o nivel de corriente. Los termistores Ptas. puede operar en los siguientes modos:

Sensores de temperatura, en temperaturas que oscilan entre 60° C a 180° C, por

ejemplo, para protección de los bobinados de motores eléctricos y transformadores.

Fusible de estado sólido de protección contra el exceso de corriente, que van desde

mal a varios A (25° C ambiente) a niveles de tensión continua superior a 600V, por

ejemplo, fuentes de alimentación para una amplia gama de equipos eléctricos.

Sensor de nivel de líquidos.

Aplicaciones:

Formas Típicas En El Mercado “PTC”

Formas típicas en el mercado “etc. – pc”

Son fabricados a partir de los óxidos de metales de transición (manganeso, cobalto, cobre y

níquel) los termistores NTC son semiconductores dependientes de la temperatura. Operan

en un rango de -200º C a + 1000° C. Un termistor NTC debe elegirse cuando es necesario

un cambio continuo de la resistencia en una amplia gama de temperaturas. Ofrecen

estabilidad mecánica, térmica y eléctrica, junto con un alto grado de sensibilidad.

La excelente combinación de precio y el rendimiento ha dado lugar a una amplia utilización

de los termistores NTCs en aplicaciones tales como medición y control de temperatura,

compensación de temperatura y medición del flujo de fluidos.

Usos y aplicaciones

PTC se pueden utilizar como dispositivos limitadores de corriente para la protección

del circuito, en sustitución de fusibles. Corriente a través del dispositivo hace que una

pequeña cantidad de calentamiento resistivo. Si la corriente es lo suficientemente

grande como para generar más calor que el dispositivo puede perder a su entorno, el

aparato se calienta, lo que su resistencia a aumentar, y por lo tanto provoca un

calentamiento más. Esto crea un efecto de auto-refuerzo que impulsa al alza la

resistencia, la reducción de la corriente y tensión de alimentación al dispositivo.

Termistores PTC se utilizan como contadores de tiempo en el bobina de des

magnetización circuito de la mayoría de las pantallas CRT y televisores. Cuando la

unidad se pone en marcha inicialmente, la corriente fluye a través de la bobina

termistor y des magnetización. La bobina y el termistor son intencionalmente tamaño

para que el flujo de corriente calienta el termistor al punto de que la bobina de des

magnetización se apaga en menos de un segundo. Para des magnetización eficaz,

es necesario que la magnitud del campo magnético alterno producido por la bobina

de des magnetización disminuye suave y continuamente, en vez de apagar

bruscamente o disminuir en pasos, el termistor PTC logra esto, naturalmente, ya que

se calienta. Un circuito de des magnetización con un termistor PTC es simple, fiable

(por su simplicidad), y de bajo costo.

Termistores NTC se utilizan como termómetros de resistencia en las mediciones de la

temperatura baja del orden de 10 K.

Termistores NTC se puede utilizar como dispositivos de limitación de corriente de

arranque en los circuitos de la fuente de alimentación. Presentan una mayor

resistencia inicial que impide que grandes corrientes de fluir en el encendido, y luego

el calor y se convierten en la resistencia mucho más baja para permitir mayor flujo de

corriente durante el funcionamiento normal. Estos termistores son generalmente

mucho más grande que la medición termistores tipo, y están diseñados a propósito

para esta aplicación.

termistores NTC se utilizan regularmente en aplicaciones de automoción. Por

ejemplo, controlar cosas como la temperatura del refrigerante y / o temperatura del

aceite dentro del motor y proporcionar datos a la ECU e, indirectamente, en el salpicadero.

Termistores NTC se puede también utilizar para controlar la temperatura de una

incubadora.

Termistores también son comúnmente utilizados en los modernos termostatos

digitales y para controlar la temperatura de las baterías durante la carga.

Un termopar es un dispositivo de estado sólido que se utiliza para convertir la energía

en voltaje. Consta de dos metales diferentes empalmados en una juntura.

Pueden utilizarse como materiales para la fabricación de termopares, tales como:

hierro y constantano, cobre y constantano o antimonio y bismuto.

Los termopares se emplean como sensores de temperatura e instrumentos

semejantes a los termómetros denominados pirómetros. En un pirómetro, el voltaje

producido por un termopar origina que una corriente circule a través de un medidor

eléctrico, el cual se calibra para indicar directamente el valor de la temperatura. Un

termopar puede colocarse en un horno; cuando aumenta la temperatura en el horno,

también aumenta el voltaje que se genera en el termopar. En consecuencia pasa más

corriente por el medidor. En tal caso, el medidor indica el aumento de corriente como

una temperatura mayor. Con los pirómetros se puede medir con mucha precisión,

temperaturas que van desde 2700 hasta 10,800ºF (1,500 a 6,000ºC).

Los termopares comerciales se designan por letras (T, E, J, K, R) que identifican los

materiales que contienen, se especifican generalmente por su sensibilidad o

coeficiente térmico MV/ºC.

4.- SENSORES CAPACITIVOS.

Este tipo de sensor tiene la misión de detectar aquellos materiales cuya constante dieléctrica

sea mayor que la unidad (1). El sensor capacitivo basa su operación en el campo eléctrico

que puede ser almacenado en un capacitor, el cual dependiendo del material dieléctrico la

carga almacenada será muy grande o pequeña, teniendo como base la constante dieléctrica

del aire que es igual que 1, cualquier otro material que puede ser plástico, vidrio, agua,

cartón, etc., tienen una constante dieléctrica mayor que 1.

Pues bien para detectar un material que no sea el aire, el sensor capacitivo tiene que ser

ajustado para que sepa que material debe detectar. Un ejemplo para emplear este tipo de

sensor es en una línea de producción en donde deben llenarse envases transparentes ya

sean de vidrio o plástico, con algún líquido que inclusive puede ser transparente también.

Existen multitud de sensores capacitivos con geometrías diferentes, adaptadas a la medida

de diversas magnitudes físicas.

El empleo de un condensador variable como sensor está sujeto a una serie de limitaciones.

Efecto borde: en un condensador de placas paralelas, cuando la separación entre

placas es mucho menor que las dimensiones laterales, este efecto es despreciable.

En caso contrario, las alteraciones del campo eléctrico en las proximidades de los

bordes del condensador, hacen que la capacidad real del mismo no coincida con la

obtenida al aplicar la expresión teórica.

Un método para reducir el efecto de los bordes sin alterar las relaciones geométricas

es el empleo los denominados anillos de guarda. Consiste en rodear una de las

placas del condensador, a una cierta distancia g, con un anillo puesto al mismo

potencial que dicha placa, según se muestra en la figura.

Aislamiento entre placas: debe ser alto y constante. Por ejemplo, si como

consecuencia de variaciones de humedad, se altera el aislamiento ofrecido por el

dieléctrico y aparecen resistencias parásitas en paralelo con C, se producen

variaciones en la impedancia del condensador no atribuibles a un cambio de

capacidad. Es decir, parte del cambio de impedancia no es consecuencia de la

magnitud que se mide.

Interferencias capacitivas: si cualquier conductor próximo al condensador variable

alcanza un determinado potencial con respecto a la placa de este no conectada a

masa, aparecerá una capacidad parásita (CP) entre la placa y el conductor, que

interfiere en la medida. Puede ser necesario apantallar eléctricamente esta placa y

los cables conectados a ella respecto al entorno ajeno al sensor

.

Cables de conexión: al ser apantallados para evitar las interferencias capacitivas,

aparece una capacidad parásita (CP) en paralelo con la capacidad del sensor (CS).

Esto hace que se pierda sensibilidad, pues la magnitud a medir hará cambiar sólo

CS, que es ahora una parte de la capacidad total.

No linealidad: su linealidad depende del parámetro que varía, de la expresión de la

capacidad y de si se mide la impedancia o la admitancia del condensador. Para el

caso de un condensador de placas paralelas:

Alta impedancia de salida: si se quiere medir la tensión en los terminales del sensor

capacitivo, es preciso utilizar un circuito de medida que tenga una impedancia de

entrada muy alta. De lo contrario se producirá un error por carga considerable. Esto

no siempre es fácil de conseguir.

Una alternativa consiste en medir la corriente a través del sensor, con lo que la

exigencia de una impedancia de entrada alta desaparece

Cuando estudiemos los circuitos de acondicionamiento para estos sensores

trataremos este punto con más detalle.

Frente a las limitaciones anteriores, los sensores capacitivos presentan una serie de

Ventajas que los hacen atractivos en muchas aplicaciones.

Error por carga mecánica mínimo: como sensores de desplazamiento, al no haber

contacto mecánico directo, como sucedía en los potenciómetros, no hay errores por

fricción. Además, el elemento móvil suele tener muy poca masa, con lo que su inercia

es muy pequeña y la energía necesaria para desplazarlo es despreciable.

Estabilidad y reproducibilidad muy elevadas: al no depender la capacidad de las

propiedades de las placas, no afectan en este sentido los cambios de temperatura ni

hay derivas temporales. Si el dieléctrico es el aire, ε varía poco con la temperatura. Para

otros materiales, las variaciones de temperatura pueden tener más influencia. Pero

en todo caso, la resistividad varía más con la temperatura, por lo que los sensores

resistivos deben ser considerados menos inmunes a estos cambios de las

condiciones ambientales.

Muy alta resolución en la medida de desplazamientos: esto es consecuencia de la

alta resolución que se puede conseguir, con los circuitos de acondicionamiento, en la

medida de capacidades. Se logran detectar desplazamientos de hasta 10 pm.

No producen campos eléctricos ni magnéticos grandes: esto es una ventaja

frente a los sensores inductivos, que pueden producir campos magnéticos de

dispersión. intensos que perturban el funcionamiento de otros circuitos del entorno.

Los valores habituales de capacidad están entre 1 y 500 pF y la frecuencia de

alimentación suele ser superior a 10 Khz para reducir la impedancia de salida. Entre

las aplicaciones más inmediatas de los sensores capacitivos están los detectores de

proximidad y las medidas de desplazamientos lineales y angulares, niveles de

líquidos y humedad. Estos sensores pueden medir otras magnitudes si un sensor

primario apropiado las convierte en un desplazamiento. Por ejemplo, presión,

aceleración, fuerza, etc.

Formas físicas de presentación

Usos y aplicaciones

Estos sensores se emplean para la identificación de objetos, para funciones contadoras y

para toda clase de controles de nivel de carga de materiales sólidos o líquidos. También son

utilizados para muchos dispositivos con pantalla táctil, como teléfonos móviles, ya que el

sensor percibe la pequeña diferencia de potencial entre membranas de los dedos

eléctricamente polarizados de una persona.

Detección de nivel

En esta aplicación, cuando un objeto (líquidos, granulados, metales, aislantes, etc.) penetra

en el campo eléctrico que hay entre las placas sensor, varía el dieléctrico, variando

consecuentemente el valor de capacitancia.

Sensor de humedad

El principio de funcionamiento de esta aplicación es similar a la anterior. En esta ocasión el

dieléctrico, por ejemplo el aire, cambia su permisividad con respecto a la humedad del

ambiente.

Detección de posición

Esta aplicación es básicamente un condensador variable, en el cual una de las placas es

móvil, pudiendo de esta manera tener mayor o menor superficie efectiva entre las dos

placas, variando también el valor de la capacitancia, y también puede ser usado en

industrias químicas. Pero como sabemos este tipo de aplicación no suele ser lo correcto.

Para detectar

1.- Objetos de prácticamente cualquier material, incluso materiales no conductivos. 2.-

Líquidos, granulados y polvos de forma directa o a través de la pared de un recipiente

5.- SENSOR INDUCTIVO

Este tipo de sensor por su naturaleza de operación se dedica a detectar la presencia de

metales. El sensor inductivo internamente posee un circuito electrónico que genera un

campo magnético, el cual esta calibrado para medir una cierta cantidad de corriente eléctrica

sin la presencia de metal alguno en el campo magnético, pero cuando se le acerca un metal,

el campo magnético se altera provocando que la corriente que lo genera cambie de valor, lo

que a su vez el sensor responde al sistema de control indicándole la presencia del metal.

Una aplicación de este sensor es por ejemplo en las bandas transportadoras en donde van

viajando una serie de materiales metálicos, como pueden ser latas y en los puntos donde se

deben colocar estas latas, se instalan los sensores, y sin necesidad de un contacto físico el

sensor reporta cuando una lata se encuentra en su cercanía.

La aplicación de una inductancia variable a la transducción está sujeta a algunas

limitaciones.

Los campos magnéticos parásitos: afectan a L, por lo que puede ser necesario

disponer un apantallamiento magnético a su alrededor para que los cambios

observados sean sólo debidos al fenómeno a detectar.

La relación entre L y R no es constante en todo el dispositivo: varía hacia los

extremos del mismo porque el campo deja de ser uniforme. El flujo magnético

disperso es mayor que el flujo eléctrico disperso en los condensadores. Esto limita el

alcance de medida y es una fuente de interferencias para otros dispositivos o

circuitos próximos.

L y R son inversamente proporcionales: si el parámetro variable es la longitud, el

dispositivo tendrá una impedancia inversamente proporcional a la misma. Si lo que

varía es μ, entonces hay proporcionalidad entre la impedancia y la magnitud a medir.

Entre las principales ventajas destacaremos las siguientes.

Les afecta poco la humedad ambiente y otros contaminantes, a diferencia de los

sensores capacitivos.

Imponen poca carga mecánica, aunque superior a la de un condensador variable.

Alta sensibilidad, superior a la de los sensores capacitivos.

Formas físicas de presentación

Usos y aplicaciones

Los sensores inductivos se utilizan para detectar la velocidad de rotación y la posición angular

del cigüeñal. La velocidad de rotación de las ruedas en los sistemas antibloqueo de frenos. Y en

algunos vehículos para detectar la fase de los árboles de levas.

El sensor inductivo se conecta a través de dos cables que son los extremos de la bobina. Si la

tensión que debe medirse es muy pequeña se protegen los cables con una malla metálica para

evitar interferencias de otros sistemas eléctricos.

Para comprobar el funcionamiento de un sensor inductivo se pueden utilizar dos métodos, el

estático midiendo resistencia o el dinámico midiendo tensión. Utilizando un polímetro se puede

medir la resistencia del sensor que deberá estar dentro de los valores ofrecidos por el fabricante.

También se puede medir el valor de tensión con el polímetro, pero el dato obtenido debe ser

interpretado, ya que tienen que ver poco con la realidad.

Los sensores inductivos se utilizan en los automóviles para medir velocidades de rotación o

detectar la posición angular de un determinado elemento. Su principal ventaja es su reducido

coste y simplicidad, mientras que su mayor inconveniente es la falta de precisión cuando las

velocidades de giro son bajas.

La utilidad de los sensores inductivos en las joyerías

Es importante que tengamos en cuenta que la precisión de los sensores inductivos a la hora de

detectar hasta el más mínimo rastro de metal, ha convertido a estos sensores en uno de los más

precisos y útiles del mercado. Justamente por esta razón es que la mayoría de las joyerías de

renombre suelen contar con algunos de ellos para poder detectar cuáles joyas son autenticas y

cuáles no, ya que como dijimos al comienzo de este articulo, los sensores inductivos son los más

indicados para la detección del metal ferroso.

6.- SENSORES ELECTROMAGNETICOS Sensores Electromagnéticos: Taco generadores Este tipo de sensores están basados en la ley de Faraday. Según la cual, si una bobina con N espiras está inmersa en un campo magnético y abarca un flujo φ, se induce en ella una tensión e que viene dada por la siguiente expresión:

Los denominados taco generadores o tacómetros de alterna son similares, en su

funcionamiento, a un generador de energía eléctrica. Si se tiene un circuito de N espiras,

que gira a una velocidad angular w, inmerso en un campo magnético fijo de densidad de

flujo B, la tensión inducida será:

Se induce, por tanto, una tensión alterna de amplitud y frecuencia proporcionales a la

velocidad de giro. El sensor sería mucho más práctico si sólo variara la amplitud con la

velocidad de giro. Para conseguir esto, se emplea una disposición como la que se muestra

en la figura. Hay dos devanados, uno de excitación y otro de detección, dispuestos con un

desfase espacial de 90º. El rotor, cuya velocidad de giro se pretende medir, está formado

por una serie de espiras cortocircuitadas dispuestas alrededor de un tambor. Es lo que se

denomina rotor en jaula de ardilla. Si el devanado de excitación se alimenta con una tensión

alterna de amplitud constante y pulsación w, al girar el rotor a una velocidad wa, en el

devanado de detección, se obtiene una tensión de salida:

Se trata de una tensión de frecuencia igual a la de excitación y amplitud proporcional a la

velocidad de giro. Se ha supuesto que la impedancia de entrada del instrumento de medida es

alta, pues de lo contrario la corriente que circula por el devanado de salida produciría un campo

magnético que se sumaría con el de excitación introduciendo un error. Como la información de

interés está en la amplitud, si la velocidad de giro varía no deberá hacerlo con una frecuencia

comparable a la de excitación, que actúa de portadora. Para poder de modular la envolvente sin

tener que recurrir a filtros complejos, conviene que la frecuencia de la tensión de excitación sea

al menos diez veces mayor que la de la velocidad a medir. En la figura se muestra un ejemplo en

el que la velocidad de giro crece de forma cuadrática.

Los cambios de temperatura pueden introducir errores, pues varía la resistencia de los

devanados y con ella la intensidad de excitación. Hay modelos que incluyen un termistor lineal

izado en serie con el devanado de excitación de tal forma que el coeficiente de temperatura del

conjunto es casi nulo en el margen de temperatura que va a actuar el tacómetro. Otra solución

sería excitar el primario en corriente, pero esto es más costoso.

Existen tacómetros en los que la excitación se consigue con un imán permanente, y la salida se

rectifica mecánica o electrónicamente. Son los denominados tacómetros de continua. La

ventaja que introducen es que no necesitan excitación externa. Además la polaridad de la

tensión de salida depende del sentido de giro.

Sensores Electromagnéticos: Sensores De Efecto Hall

El efecto Hall, descubierto por E. H. Hall en 1870, consiste en la aparición de una diferencia de

potencial transversal en un conductor o semiconductor, por el que circula una corriente, cuando

es sometido a un campo magnético aplicado en dirección perpendicular a esta.

Los portadores mayoritarios se mueven en el seno de un campo magnético con una velocidad V,

por tanto, actúa sobre ellos una fuerza que los desplaza en la dirección perpendicular al campo y

en un sentido o en otro dependiendo de si son electrones o huecos. La acumulación de cargas

de signo contrario en las superficies del cristal origina una diferencia de potencial (VH) entre las

caras opuestas. Esta tensión genera un campo eléctrico cuya fuerza sobre los portadores anula

la correspondiente al campo magnético, alcanzándose un equilibrio.

La tensión Hall obtenida, VH depende del grosor t del material en la dirección del campo

magnético aplicado, de la corriente I, del campo magnético B y de las propiedades eléctricas del

material (densidad de carga y movilidad de los portadores) recogidas en el denominado

coeficiente Hall, . La relación entre estos parámetros es:

El comportamiento descrito es el ideal. En la práctica, es preciso tener en cuenta algunas

limitaciones

La Temperatura tiene un efecto doble: El semiconductor (fuertemente dopado)

presenta una resistencia con coeficiente de temperatura positivo. Si se alimenta a tensión

constante, la corriente de polarización (I) varía con la temperatura y con ella la tensión de

salida (VH ). Por esta razón en ocasiones es preferible alimentar a corriente constante.

Afecta a la movilidad de los portadores mayoritarios y, por tanto, a la sensibilidad por

medio del coeficiente Hall (AH ), que presenta un coeficiente de temperatura positivo.

Dado que estos dos efectos tienen signo opuesto, es posible su compensación con un

circuito de polarización adecuado que anule la derivada con la temperatura del producto

AHI .

Auto calentamiento: aumentando la corriente de polarización del sensor aumenta la

sensibilidad en la medida del campo magnético. No obstante, conviene limitar el valor de

la corriente para evitar el problema del auto calentamiento del sensor por efecto Joule.

Tensión de offset: estos sensores suelen presentar una tensión de salida no nula en

ausencia de campo magnético. Se debe a inexactitudes físicas y no uniformidades en el

material y puede ser de hasta 100 mV, dependiendo de la alimentación. En algunos casos existe

un terminal de ajuste para eliminar la tensión de offset

Los sensores de efecto Hall presentan múltiples ventajas que justifican su frecuente uso

Salida independiente de la frecuencia del campo detectado: la salida es una réplica en

tensión del campo magnético detectado. En los sensores inductivos, cuando la variación

del flujo

Son inmunes a condiciones ambientales adversas: polvo, humedad, vibraciones, etc.

Ausencia de contactos en la detección de movimientos: esto les confiere gran robustez.

En la fabricación de elementos Hall se emplean semiconductores, en vez de metales,

porque al ser menor la conductividad, la tensión Hall es mayor. Además, en los

semiconductores la movilidad de los portadores se puede controlar mediante la adición

de impurezas, obteniéndose así un coeficiente Hall con un alto grado de repetitividad

entre distintas unidades del mismo sensor.

En la mayoría de los sensores de efecto Hall se integran junto con el sensor circuitos de

estabilización de la alimentación y circuitos para el acondicionamiento más inmediato.

Formas físicas de presentación

Usos y aplicaciones

Basados en la ley de Faraday

Se basa en el principio de que una variación en el flujo magnético sobre una bobina, genera

una fuerza electromotriz.

Las condiciones que deben cumplirse para poder usar este tipo de medidor son:

Perfil de velocidades simétrico.

Tubería no metálica ni magnética: teflón o cerámica.

Electrodo de acero o titanio

Tubería llena

Campo magnético continúo o alterno.

Ideal para aguas residuales, líquidos corrosivos o con sólidos en suspensión.

Basados en el efecto Hall. El efecto hall se refiere a la generación de un potencial en

un conductor por el que circula una corriente y hay un campo magnético

perpendicular a esta.

Tiene como limitación:

La temperatura cambia la resistencia del material.

Hay un error de cero debido a inexactitudes físicas.

Tiene como ventajas:

Salida independiente de la velocidad de variación del campo magnético.

Inmune a las condiciones ambientales.

Sin contacto.

7.- TERMOPARES

Termopar (también llamado termopila) es un transductor formado por la unión de dos metales

distintos que produce un voltaje (efecto Seebeck), 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.

En Instrumentación industrial, los termopares son ampliamente usados como sensores de

temperatura. Son económicos, intercambiables, tienen conectores estándar y son capaces de

medir un amplio rango de temperaturas. Su principal limitación es la exactitud ya que los errores

del sistema inferiores a un grado Celsius son difíciles de obtener.

Tipos de termopares

Tipo K (Cromo (Ni-Cr) / Aluminio (aleación de Ni-Al)): 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 +1.200 ºC y una sensibilidad 41μV/°C aprox.

Tipo E (Cromo / Constatan (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 / Constatan): 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 des calibración

permanente. Tienen un rango de −40ºC a +750ºC.

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. El tipo B por lo general presentan el mismo

resultado a 0 ºC y 42 ºC debido a su curva de temperatura/voltaje.

Tipo R (Platino (Pt)-Rodio (Rh)): adecuados para la medición de temperaturas de

hasta 1.600 ºC. Su baja sensibilidad (10 μV/°C) y su elevado quitan su atractivo.

Tipo S (Hierro / Constantán): ideales para mediciones de altas temperaturas hasta los

1.600 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).

Tipo T: es un termopar adecuado para mediciones en el rango de −200 ºC a 0 ºC. El

conductor positivo está hecho de cobre y el negativo, de constatan.

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.

Formas físicas de presentación

Usos y aplicaciones.

La mayor parte de los problemas de medición y errores con los termopares se deben a la falta de

conocimientos del funcionamiento de los termopares. A continuación, un breve listado de los

problemas más comunes que deben tenerse en cuenta.

Problemas de conexión

La mayoría de los errores de medición son causados por uniones no intencionales del termopar.

Se debe tener en cuenta que cualquier contacto entre dos metales distintos creará una unión. Si

lo que se desea es aumentar la longitud de las guías, se debe usar el tipo correcto del cable de

extensión. Así por ejemplo, el tipo K corresponde al termopar K. Al usar otro tipo se introducirá

una unión termopar. Cualquiera que sea el conector empleado debe estar hecho del material

termopar correcto y su polaridad debe ser la adecuada. Lo más correcto es emplear conectores

comerciales del mismo tipo que el termopar para evitar problemas.

Resistencia de la guía

Para minimizar la desviación térmica y mejorar los tiempos de respuesta, los termopares están

integrados con delgados cables. Esto puede causar que los termopares tengan una alta

resistencia, la cual puede hacer que sea sensible al ruido y también puede causar errores

debidos a la resistencia del instrumento de medición. Una unión termopar típica expuesta con

0,25 mm. tendrá una resistencia de cerca de 15 ohmios por metro. Si se necesitan termopares

con delgadas guías o largos cables, conviene mantener las guías cortas y entonces usar el cable

de extensión, el cual es más grueso, (lo que significa una menor resistencia) ubicado entre el

termopar y el instrumento de medición. Se recomienda medir la resistencia del termopar antes

de utilizarlo.

Des calibración

La des calibración es el proceso de alterar accidentalmente la conformación del cable del

termopar. La causa más común es la difusión de partículas atmosféricas en el metal a los

extremos de la temperatura de operación. Otras causas son las impurezas y los químicos del

aislante difundiéndose en el cable del termopar. Si se opera a elevadas temperaturas, se deben

revisar las especificaciones del aislante de la sonda. Tenga en cuenta que uno de los criterios

para calibrar un instrumento de medición, es que el patrón debe ser por lo menos 10 veces más

preciso que el instrumento a calibrar.

Ruido

La salida de un termopar es una pequeña señal, así que es susceptible de error por ruido

eléctrico. La mayoría de los instrumentos de medición rechazan cualquier modo de ruido

(señales que están en el mismo cable o en ambos) así que el ruido puede ser minimizado al

retorcer los cables para asegurarse que ambos recogen la misma señal de ruido. Si se opera en

un ambiente extremadamente ruidoso, (Ej.: cerca de un gran motor), es necesario considerar

usar un cable de extensión protegido. Si se sospecha de la recepción de ruido, primero se deben

a pagar todos los equipos sospechosos y comprobar si las lecturas cambian. Sin embargo, la

solución más lógica es diseñar un filtro pasa bajas (resistencia y condensador en serie) ya que

es probable que la frecuencia del ruido (por ejemplo de un motor) sea mucho mayor a la

frecuencia con que oscila la temperatura.

Voltaje en Modo Común

Aunque las señales del termopar son muy pequeñas, a la salida del instrumento de medición

pueden aparecer voltajes mayores. Estos voltajes pueden ser causados tanto por una

Recepción inductiva (un problema cuando se mide la temperatura de partes del motor y

transformadores) o por las uniones a conexiones terrestres. Un ejemplo típico de uniones a

tierra sería la medición de un tubo de agua caliente con un termopar sin aislamiento. Si

existe alguna conexión terrestre pueden existir algunos voltios entre el tubo y la tierra del

instrumento de medición. Estas señales están una vez más en el modo común (las mismas

en ambos cables del termopar) así que no causarán ningún problema con la mayoría de los

instrumentos siempre y cuando no sean demasiado grandes. Los voltajes del modo común

pueden ser minimizados al usar los mismos recaudos del cableado establecidos para el

ruido, y también al usar termopares aislados.

Desviación térmica

Al calentar la masa de los termopares se extrae energía que afectará a la temperatura que se

trata determinar. Considérese por ejemplo, medir la temperatura de un líquido en un tubo de

ensayo: existen dos problemas potenciales. El primero es que la energía del calor viajará hasta

el cable del termopar y se disipará hacia la atmósfera reduciendo así la temperatura del líquido

alrededor de los cables. Un problema similar puede ocurrir si un termopar no está

suficientemente inmerso en el líquido, debido a un ambiente de temperatura de aire más frío en

los cables, la conducción térmica puede causar que la unión del termopar esté a una

temperatura diferente del líquido mismo. En este ejemplo, un termopar con cables más delgados

puede ser útil, ya que causará un gradiente de temperatura más pronunciado a lo largo del cable

del termopar en la unión entre el líquido y el aire del ambiente. Si se emplean termopares con

cables delgados, se debe prestar atención a la resistencia de la guía. El uso de un termopar con

delgados cables conectado a un termopar de extensión mucho más gruesa a menudo ofrece el

mejor resultado.

Externos

Cuando se sueldan dos conductores de materiales diferentes A y B y el extremo soldado se

somete a una temperatura diferente a los extremos libres, se produce entre estos últimos una

pequeña diferencia de voltaje que es característica del par soldado. Este par soldado se conoce

como termopar y el efecto que produce el voltaje se llama efecto Peltier. Estos conductores

pueden ser metálicos puros o sus aleaciones, también metaloides e incluso cerámicas

especiales. Un termopar es un dispositivo capaz de convertir la energía calorífica en energía

eléctrica su funcionamiento se basa en los descubrimientos hechos por Seebeck en 1821

cuando hizo circular corriente eléctrica en un circuito, formado por dos metales.

Diferentes cuyas uniones se mantienen a diferentes temperaturas, esta circulación de corriente

obedece a dos efectos termoeléctricos combinados, el efecto Peltier que provoca la liberación o

absorción de calor en la unión de dos metales diferentes cuando una corriente circula a través de

la unión y el efecto Thompson que consiste en la liberación o absorción de calor cuando una

corriente circula a través de un metal homogéneo en el que existe un gradiente de temperaturas.

Es decir la fuerza electromotriz es proporcional a la temperatura alcanzada por la unión térmica a

sí mismo si se resta el calentamiento ohmico, que es proporcional al cuadrado de la corriente,

queda un remanente de temperatura que en un sentido de circulación de la corriente es positivo

y negativo en el sentido contrario. El efecto depende de los metales que forman la unión. La

combinación de los dos efectos Peltier y Thompson, es la causa de la circulación de corriente al

cerrar el circuito en el termopar. Esta corriente puede calentar el termopar y afectar la precisión

en la medida de la temperatura, por lo que durante la medición debe hacerse mínimo su valor.

8.- SENSORES PIEZOELECTRICOS

En el efecto Pieza-Eléctrico la energía pasa de eléctrica a mecánica. Fue descubierto en el siglo

XIX (cerca 1880), por los hermanos Curie. Su principio está basado en la fuerza o presión

aplicada a una sustancia compuesta por cristales polarizados (pieza significa presión en griego).

Al ejercer presión sobre el cristal, éste se deforma produciendo una descarga eléctrica. Esto

significa que en los micrófonos pieza-eléctricos, la presión acústica se transforma en voltaje.

El efecto Pieza-Eléctrico es conmutativo y también funciona en forma opuesta contraria a su

dirección original. Esto quiere decir que al aplicar una descarga eléctrica a un cristal polarizado,

el cristal se deforma produciendo un movimiento que genera presión acústica. La estructura de

un cristal polarizado.

Principio Sensibilidad de la

Tensión [V/μ*]

Umbral [μ*] Razón umbral-

periodo

Piezoeléctrico 5.0 0.00001 100,000,000

Piezoresistivo 0.0001 0.0001 2,500,000

Inductividad 0.001 0.0005 2,000,000

Capasitividad 0.005 0.0001 750,000

Clases de cristales:

Dentro de los 32 grupos cristalográficos existen 21 que no tienen un centro de simetría, y de

estos, unos 20 exhiben directamente piezoelectricidad (la número 21 es la clase cúbica 432).

Diez de estos son polares, es decir, presentan polarización instantánea debido a que

contienen un dipolo eléctrico en su celda unidad, y el material exhibe piroelectricidad, de

entre estos algunos son además ferro eléctricos cuando este dipolo puede invertirse la

dirección del dipolo mediante la aplicación de un campo eléctrico. Las clases cristalográficas

son:

Clases cristalográficas piezoeléctricas: 1, 2, m, 222, mm2, 4, -4, 422, 4mm, -42m, 3,

32, 3m, 6, -6, 622, 6mm, -62m, 23, -43m.

Clases cristalográficas piro eléctricas: 1, 2, m, mm2, 4, 4mm, 3, 3m, 6, 6mm.

Formas físicas de presentación

Usos y aplicaciones

Una de las aplicaciones más extendidas de este tipo de cristales son los encendedores

electrónicos. En su interior llevan un cristal piezoeléctrico que es golpeado de forma brusca por

el mecanismo de encendido. Este golpe seco provoca una elevada concentración de carga

eléctrica, capaz de crear un arco voltaico o chispa que encenderá el mechero.

Otra de las importantes aplicaciones de un cristal piezoeléctrico es su utilización como sensor de

vibración. Cada una de las variaciones de presión producidas por la vibración provoca un pulso

de corriente proporcional a la fuerza ejercida. Se ha convertido de una forma fácil una vibración

mecánica en una señal eléctrica lista para amplificar. Basta con conectar un cable eléctrico a

cada una de las caras del cristal y enviar esta señal hacia un amplificador. Por ejemplo, en

pastillas piezoelétricas de guitarra.

Otra aplicación muy importante de la piezoelectricidad, pero en este caso al revés, son los

inyectores de combustible de los motores de combustión interna. Al aplicarse una diferencia

de potencial a un material piezoeléctrico, se consigue abrir el inyector, permitiendo al

combustible a muy alta presión entrar en el cilindro. El uso de inyectores piezoeléctricos

permite controlar con una enorme precisión los tiempos de inyección y la cantidad de

combustible que se introduce en el motor, lo que redunda en mejoras en el consumo,

prestaciones y rendimiento de los motores.

Usos:

Actuadores .

Altavoces de agudos (Tweeters), pequeños altavoces.

Cápsula (Pick-up) de tocadiscos.

Encendido electrónico de calefons y estufas a gas.

Encendedores o mecheros eléctricos.

Filtros SAW.

Hidrófonos (Geofísica).

Líneas de retardo.

Motores piezoeléctricos .

Sensores de vibración en guitarras eléctricas.

Recarga automática de baterías para móviles y portátiles.

Reguladores de presión proporcional neumáticos.

Sensores .

Transductores ultrasónicos (como los cabezales de los ecógrafos).

Transformador Piezoeléctrico.

9.- SENSORES PIROELECTRICOS

La piroelectricidad es la capacidad de cambiar la polarización de algunos materiales sometidos a

cambios de temperatura generando un potencial eléctrico producido por el movimiento de las

cargas y negativas a los extremos opuestos de la superficie a través de la migración. Este tipo

de fenómenos se observa en materiales dieléctricos que contienen polarizaciones espontáneas

producidas por dipolos orientados. La piroelectricidad está estrechamente relacionada con la

piezoelectricidad, de tal modo que todos los materiales piro eléctricos son también

piezoeléctricos.

Como se usan en los robots

Por medio de Cámaras, Sistemas de inspección de productos, Sistemas relacionados con visión automática. Formas físicas de presentación

No está n sujetos a una morfología específica

El sensor incorporado a la cámara por sí solo no puede ejecutar funciones

Usos y aplicaciones

Las aplicaciones más comunes de estos sensores piro eléctricos son:

Pirómetros (medida de temperatura a distancia en hornos, vidrio o metal fundido)

Los sensores pasivos de infrarrojos.

Medida de radiación

Detección de llamas

Detección de pérdidas de calor en oficinas, residencias o edificios.

Medidas de potencia generadas por una fuente de radiación.

Analizadores de IR,

Detectores de CO2 y otros gases que absorben radiación,

Detectores de IR emitidas por el cuerpo humano (para detección de intrusos y de

presencia en sistemas de encendido automático de iluminación o calefacción de

viviendas, apertura de puertas.

Detección de pulsos láser de alta potencia.

En termómetros de alta resolución (6x10 °C).

Detector de personas o de movimiento.

En los primeros, la polarización no se puede cambiar a base de invertir el sentido del campo

eléctrico. Están en este grupo, entre otros, la turmalina, el sulfato de litio, y los sulfuros de

cadmio y selenio. Entre los ferro eléctricos están el tanta lato de litio, el nio bato de estroncio

y bario, el titanato-circonato de plomo y el sulfato de triglicina (TGS). Aparte están los

polímeros como el polivinilideno (PVF2 o PVDF).Las propiedades piro eléctricas

desaparecen también cuando se alcanza la temperatura de Curie. En las cerámicas ferro

eléctricas, la polarización se induce durante la fabricación. El material piro eléctrico ideal

debería tener simultáneamente alto coeficiente piro eléctrico, bajo calor específico

volumétrico y baja permisividad. Parte del interés de los sensores piro eléctricos radica en

que la temperatura que alcanzan puede ser el resultado de la absorción de la energía

emitida por un cuerpo cuya temperatura superficial, u otras características, sean objeto de

estudio. Otros sensores como los termopares, termistores, RTD, fotoconductores, etc., se

pueden aplicar también a este tipo de medidas. Todo cuerpo a temperatura distinta de 0 K

radia energía electromagnética en cantidad dependiente de su temperatura y de sus

propiedades físicas. A partir de 500°C, la radiación emitida es visible. Por debajo, incluida la

temperatura ambiente, predomina la radiación infrarroja, de modo que sólo se percibe

energía calorífica.

10.- SENSORES OPTOELECTRONICOS

Es la unión entre los sistemas ópticos y los sistemas electrónicos.

Los componentes optoelectrónicas son aquellos capaces de convertir energía luminosa en

eléctrica o viceversa.

abarca los sensores optoelectrónicas para la aplicación como exploradores de punto luminoso

(energéticos o con supresión del fondo) o como barrera reflectora de luz. La emisora de luz y el

receptor se encuentran en el mismo armazón. El diodo emisor emite radiaciones a una longitud

de onda de 660 mm tratándose de exploradores de luz rubí o de 880 mm tratándose de

exploradores de luz infrarroja. La luz pulsátil es reflejada de forma difusa por el objeto a

reconocer y llega nuevamente al receptor. Tratándose de exploradores energéticos se evalúa la

energía recibida, por eso la distancia de conmutador alcanzable depende mucho del color /

cualidades de reflexión y tamaño / forma del objeto. En cambio, los exploradores de punto

luminoso que suprimen el fondo evalúan el ángulo de incidencia de la luz reflejada, de esta

forma la distancia de conmutador está casi totalmente libre de las cualidades del objeto. Estos

aparatos son aplicables en casos en que se deben reconocer objetos que se encuentran delante

de superficies claras o muy reflectoras.

Formas físicas de presentación

Aplicaciones:

– Finalidades de regulación

– Finalidades de captación

– Posicionamiento de objeto

– Exploraciones de nivel de llenado

11.-SENSORES DE TIPO HALL

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 magnético como la corriente son conocidos, entonces se puede usar

el sensor Hall como detector de metales.

Principio de funcionamiento del sensor de Efecto HallL

El sensor de efecto Hall se basa en la tensión transversal de un conductor que está sometido a

un campo magnético. Colocando un voltímetro entre dos puntos transversales de un cable se

puede medir esa tensión. Para ello hay que hacer circular por el cable una intensidad fija y

acercar un imán. Los electrones que pasan por el cable se verán desplazados hacia un lado.

Entonces aparece una diferencia de tensión entre los dos puntos transversales del cable. Al

separar el imán del cable, la tensión transversal desaparece. Para poder utilizar la tensión

transversal es necesario amplificarla, porque su valor es muy reducido.

Los sensores de efecto Hall se utilizan en los automóviles para medir velocidades de rotación o

detectar la posición de un determinado elemento. Su principal ventaja es que pueden ofrecer

datos fiables a cualquier velocidad de rotación. Y sus inconvenientes son la mayor complejidad y

precio con respecto a un sensor inductivo. Funcionamiento El sensor de efecto Hall se basa en

la tensión transversal de un conductor que está sometido a un campo magnético. Colocando un

voltímetro entre dos puntos transversales de un cable se puede medir esa tensión. Para ello hay

que hacer circular por el cable una intensidad fija y acercar un imán. Los electrones que pasan

por el cable se verán desplazados hacia un lado. Entonces aparece una diferencia de tensión

entre los dos puntos transversales del cable. Al separar el imán del cable, la tensión transversal

desaparece. Para poder utilizar la tensión transversal es necesario amplificarla, porque su valor

es muy reducido. Un sensor de efecto Hall utilizado en automoción se compone de: · Un

generador magnético que suele ser un imán fijo. · Un pequeño módulo electrónico donde se

encuentran los componentes que miden la tensión transversal. · Una corona metálica con

ventanas para interrumpir el campo magnético. La corona metálica se intercala entre el imán fijo

y el módulo electrónico y está unida a un eje con giro. Según la posición de la corona, el campo

magnético del imán llega hasta el módulo electrónico. La tensión obtenida a la salida del módulo

electrónico, una vez tratada y amplificada corresponde con un valor alto (de 5 a 12 voltios)

cuando la corona tapa el campo magnético, y un nivel bajo (de 0 a 0,5 voltios) cuando la corona

descubre el imán. Los sensores de efecto Hall se suelen utilizar para detectar la posición de los

árboles de levas, la velocidad del vehículo y en algunos distribuidores para determinar el

momento de encendido. También pueden emplearse para determinar la posición del cigüeñal. El

sensor de efecto Hall se conecta mediante tres cables eléctricos. Uno de ellos corresponde con

el valor negativo (masa del vehículo), otro cable corresponde con la alimentación, que suele ser

de 5 ó de 12 voltios. El tercer cable corresponde con la señal de salida que varía según la

posición de la corona metálica. Para comprobar el funcionamiento de un sensor Hall basta

verificar el valor de la tensión de alimentación y la variación de la tensión en la señal de salida

cuando alguna ventana de la corona permite el flujo del campo magnético

Sensores hall de salida lineal

El efecto Hall se basa en la fuerza que actúa sobre las cargas eléctricas en movimiento,

conocidas como fuerza de Lorentz. Cuando una partícula cargada negativamente, conocida

como electrón, se mueve a lo largo de un eje en ángulo recto con respecto al campo magnético,

experimenta una fuerza en ángulo recto en ambas direcciones.

Aplicaciones de los sensores Hall

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 sensores de

posición del cigüeñal (CKP) 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.

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.

Bibliografía general.

http://www.metas.com.mx/guiametas/La-Guia-MetAs-06-07-seleccion-termometros.pdf

http://www.mitecnologico.com/iem/Main/CriteriosParaLaSeleccionDeUnSensor

http://www.mitecnologico.com/Main/CriteriosSeleccionSensor

http://www.google.com/search?um=1&hl=es&biw=1345&bih=529&q=como%20seducir

%20una%20chica&ie=UTF-

8&sa=N&tab=iw#hl=es&pq=como%20seducir%20una%20chica&xhr=t&q=sensores+sf

o&cp=12&pf=p&sclient=psy&biw=1345&bih=529&source=hp&aq=f&aqi=&aql=&oq=sen

sores+sfo&pbx=1&bav=on.2,or.r_gc.r_pw.&fp=80f3789adbb093d1