Ventajas y desventajas de los sensores

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Transductores:


Un transductor, en general, es un dispositivo que convierte una señal física en otra señal de diferente tipo de energía con cierta relación matemática entre ellas.Hay seis tipos de señales diferentes: mecánicas, térmicas, magnéticas, eléctricas, ópticas y moleculares o químicas.

A) SENSORES

Son dispositivos que funcionan como captadores de información de un proceso por lo que también se denominan captadores o detectores. En general, transforman una magnitud física en una señal eléctrica de baja potencia o en una señal óptica.

B) ACTUADORES

Son dispositivos susceptibles de modificar la evolución del proceso, sistema o planta. Por lo general,convierten una señal eléctrica en una acción física o química. Ejemplos: motores eléctricos, calefactores, ventosas, vibradores, cilindros neumáticos o hidráulicos, , electroimanes, etc.
Los sistemas de medida electrónicos presentan, entreotras, las siguientes ventajas:
1) Debido a la estructura electrónica de la materia, la modificación de algún parámetro viene acompañada por la variación de un parámetro eléctrico. Eligiendo el material más adecuado, esto permite realizar transductores con salida eléctrica para cualquier magnitud física no eléctrica.
2) Dado que en el proceso de medida no es conveniente extraer energía donde se mide, lo mejor es amplificar la señal de salida del transductor. Con amplificadores electrónicos se permiten ganancias de potencia del orden de 1010 en una sola etapa, a baja frecuencia.-
3) Además de la amplificación, existe una gran variedad de recursos, para modificar o acondicionar señales eléctricas. Existen transductores que incorporan en un mismo encapsulado parte de estos recursos.

-4)

Existen numerosos recursos para presentar o registrar información en formato eléctrico, pudiéndose manejar no solo datos numéricos, sino también textos, gráficos y diagramas.
5) La transmisión de señales eléctricas es más versátil que las señales mecánicas, hidráulicas o neumáticas, aunque estas puedan ser más convenientes en ciertos casos puntuales.
Se suele clasificar a los sensores de acuerdo a la magnitud medida; se habla de sensores de temperatura, presión, humedad, caudal, proximidad, aceleración, velocidad, fuerza, etc. Sin embargo, esta clasificación difícilmente puede ser exhaustiva ya que la cantidad de magnitudes físicas que se pueden medir es muy grande.
Existen diversos criterios de clasificación, siendo los más importantes los siguientes: 1)

Por la señal de salida generada por el sensor, se puede hablar de cuatro formatos

A)

Formato Analógico:

cando la señal puede tomar un número infinito de valores bien diferenciados dentro de un margen o lo que es mismo, que la señal varia en forma continua dentro de dicho intervalo. Normalmente presenta problemas relacionados con la presencia de ruido, interferencias y distorsión. b)

Formato Digital

Cuando la señal solo puede tener un número finito de valores bien diferenciados dentro de un margen, es decir, que la función varia de forma discreta. Cada vez es más común que los sensores tengan una salida numérica. c)

Formato Todo o Nada

Los sensores Todo-Nada son aquellos en los que la salida solo presenta dos estados, los cuales están separados por un valor umbral de la variable detectada d)

Formato Temporal

Es un formato que aporta la información en la frecuencia de variación de la señal. El caso típico es el de una señal binaria con dos estados, y la información se
aporta en el tiempo de duración de cada uno de los dos estados. 2)

Por el aporte de Energía. Desde un punto de vista energético, los sensores se pueden clasificar en:

a)

Pasivos o Moduladores:

son los que para su funcionamiento necesitan una fuente de energía externa. La magnitud de entrada solo controla la salida y no aporta o casi no aporta energía al sensor. Los sensores pasivos disponen, en general, de más hilos que los generadores ya que la tensión de alimentación suele suministrarse mediante hilos distintos a los de la señal. Permiten modificar su sensibilidad a través de la señal de alimentación, hecho imposible para los generadores.
b)

Activos o Generadores:

convierten parte de la energía de la variable a medir en energía eléctrica para la salida del sensor.
La resistencia, la capacidad, la inductancia, etc. son magnitudes que permiten clasificar a los
sensores. permite reducir el número de grupos a unos pocos y se presta bien al estudio de los acondicionadores de señal que puedan llevar asociados. Los más comunes desde este punto de vista son: resistivos, capacitivos, inductivos, electromagnéticos, generadores, digitales, uniones p-n, ultrasónicos, fotoeléctricos, etc.

Sensor ideal y sensor real:

Un sensor ideal o un sensor perfecto es aquel que suministra una señal exactamente proporcional a la magnitud medida, con total independencia de la amplitud, forma de variación y condiciones ambientales. La representación grafica de la función de transducción es una recta que pasa por el origen cuya pendiente es la sensibilidad (s) del transductor. Por ejemplo, para un sensor de peso las unidades podrían se mV/Kg. En la práctica, los sensores distan mucho de ser perfectos, lo cual no impide que se obtengan valiosos resultados cuando se utilizan correctamente y en ciertas circunstancias.

Caracteristicas

Rango: valores máximos y mínimos para las variables de entrada y salida de un sensor.Exactitud: la desviación de la lectura de un sistema de medida respecto a una entrada conocida. El mayor error esperado entre las señales medida e ideal.Repetitividad: la capacidad de reproducir una lectura con una precisión dada. Reproducibilidad: tiene el mismo sentido que la repetitividad excepto que se utiliza cuando se toman medidas distintas bajo condiciones diferentes. Resolución: la cantidad de medida más pequeña que se pueda detectar. Error: es la diferencia entre el valor medido y el valor real.No linealidades: la desviación de la medida de su valor real, supuesto que la respuesta del sensor es
lineal. Sensibilidad: es la razón de cambio de la salida frente a cambios en la entrada. Excitación: es la cantidad de corriente o voltaje requerida para el funcionamiento del sensor.Estabilidad: es una medida de la posibilidad de un sensor de mostrar la misma salida en un rango en que la entrada permanece constante.Ruido.

TIPOS DE SENSORES:



Sensores de proximidad:

Clasificación: La detección de la presencia de un objeto depende de varios factores: la distancia, la velocidad, el tipo de material, etc. La variación de estos factores en amplios márgenes, hace que existan diferentes procedimientos de detección que dan lugar a otros tantos tipos de sensores.

Sensores con contacto:

son sensores en los que el objeto toca físicamente al sensor y cierra o abra
uno a más circuitos eléctricos.

Pueden ser de dos tipos:


– Microrruptores – Finales de carrera presentan las siguientes ventajas con respecto a los sensores sin contacto:
Pueden detectar cualquier objeto independientemente del material con el que estén realizado. – No les afectan las interferencias procedentes del medio exterior, como por ejemplo los ruidos eléctricos, fuentes de luz, radiaciones electromagnéticas, etc. – Su salida está constituida por uno o más contactos libres de potencial por lo que se pueden utilizar para proporcionar una variable binaria a un sistema electrónico digital. – Su funcionamiento es exclusivamente mecánico. Presentan el inconveniente de que su salida produce rebotes que es necesario eliminar cuando se conectan a un sistema electrónico.

Sensores sin contacto:

son sensores que detectan la presencia de un objeto sin necesidad de que exista un contacto físico entre el objeto y dicho sensor. Estos sensores presentan las siguientes ventajas con respecto a los anteriores:
Detectan objetos a distancia, sin necesidad de contacto físico. – Suelen poseer únicamente capacidad de detección y no son a la vez elementos de corte de corriente. – Son versátiles en sus características de uso, pudiendo dar información directa o indirectamente de varias magnitudes físicas. – Pueden ofrecer ventajas selectivas de funcionamiento con ciertos materiales sin verse afectados por otros. Todos necesitan alimentación externa para su funcionamiento. Los grandes grupos de sensores sin contacto reciben los nombres siguientes:

Inductivos, capacitivos, opto electrónicos, ultrasónicos y magnéticos


Sensores fotoeléctricos:

En comparación con los demás sensores de proximidad, los sensores fotoeléctricos presentan las
siguientes ventajas:

Distancias de detección mucho más grandes que en el caso de los capacitivos e inductivos. Se pueden obtener hasta 500 metros en tipo separado y 5 metros en deflexión. – Permiten la identificación de colores y objetos de pequeño tamaño (decimas de milímetro). Los sensores fotoeléctricos de pulso modulado responden únicamente a la luz emitida por su propia fuente de luz. Modular la luz de un LED simplemente significa encenderlo y apagarlo en alta frecuencia. El secreto de la eficiencia de un sistema modulado es que el fototransistor del sensor y el amplificador estén sintonizados a la frecuencia de la modulación, dando como resultado, que únicamente la luz modulada es amplificada, y toda la otra luz que alcanza al fototransistor es ignorada.

Produciendo un fotón:

Un fotón se produce cuando un electrón en una órbita más alta que su órbita normal, regresa a su orbita normal. Durante la caída de una alta energía a su energía normal, el electrón emite un fotón.

Fotodiodo (diodo detector de luz):

es un dispositivo que conduce una cantidad de corriente eléctrica
proporcional a la cantidad de luz que lo incide. El fotodiodo se puede utilizar como dispositivo detector de luz, pues convierte la luz en electricidad y esta variación de electricidad es la que se utiliza para informar que hubo un
cambio en el nivel de iluminación sobre el fotodiodo. Al polarizar inversamente el fotodiodo la corriente generada óptimamente puede ser fácilmente detectada, ya que su magnitud es superior a la corriente de fuga inversa del diodo. En este contexto, la corriente de fuga inversa del diodo, que está presente aún en ausencia de luz, se denomina corriente de oscuridad. La mayoría de los fotodiodos vienen equipados con un lente que concentra la cantidad de luz que lo incide, de manera que su reacción a la luz sea más evidente. A diferencia del LDR o fotorresistencia, el fotodiodo responde a los cambios de oscuridad a iluminación y viceversa con mucha más velocidad, y puede utilizarse en circuitos con tiempo de respuesta más pequeño.
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