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Introducción a la ingeniería mecatrónica
Sensores de velocidad, aceleración y fuerza
Tacómetros
• Un tacómetro es un sensor análogo que proporciona una salida de voltaje proporcional a la velocidad angular de una flecha o de un eje.
• Es un dispositivo pasivo, no requiere fuente de energía externa.
Tacómetros (especificaciones)
• Los parámetros que especifican el desempeño de un tacómetro son:
– Ganancia velocidad/voltaje [V/rpm]
– Máxima velocidad, limitada por los rodamientos o por la saturación del campo magnético
– Inercia del rotor
Encóders ópticos
• Los encoders para medir posición angular y lineal también pueden usarse como sensores de velocidad.
• Se puede obtener la velocidad derivando la señal analógica de posición, usando para ello un amplificador operacional o mediante un algoritmo de programación.
Acelerómetros
• Un acelerómetro inercial es básicamente un pequeño sistema masa-resorte-amortiguador con una frecuencia natural alta.
• Algunos materiales producen un cambio en sus propiedades eléctricas cuando se les aplica una fuerza o se someten a deformación (efecto piezoeléctrico). Algunos acelerómetros usan este principio.
Sensores de deformación
• Los sensores más comunes para medir deformaciones son las galgas extensiométricas (strain gauges).
• Su principio de funcionamiento está basado en la relación entre el cambio en la longitud y el correspondiente cambio en la resistencia de un conductor.
Sensores de fuerza
• Existen tres tipos principales de sensores de fuerza y torque:
– Sensores basados en desplazamiento de resorte
– Sensores basados en galgas extensiométricas
– Sensores piezoeléctricos
Sensores de presión
• Sensores de presión basados en desplazamiento. Convierte la presión en un desplazamiento proporcional y después el desplazamiento en un voltaje proporcional.
Sensores de temperatura
• Los cambios que se utilizan para sensar la temperatura son la expansión o contracción de sólidos, líquidos o gases, el cambio en la resistencia eléctrica de los conductores y semiconductores.
– Tiras bimetálicas
– Detectores de temperatura por resistencia (RTD)
– Termistores
– Termodiodos y termotransistores
– Termopares
Tiras bimetálicas
• Son dos tiras de diferente metal unidas.
• Los coeficientes de expansión térmica son diferentes y al cambiar la temperatura la banda conjunta se dobla.
• Esta deformación puede servir como interruptor controlado por temperatura.
Detectores de temperatura por resistencia (RTD)
• La resistencia de la mayoría de los metales aumenta, en un intervalo limitado de temperatura, de manera razonablemente lineal con la temperatura.
Termistores
• Son pequeñas piezas hechas con mezclas de óxidos metálicos.
• La resistencia de los termistores convencionales de óxido metálico disminuye de una manera no lineal con el aumento de la temperatura.
Termopares
• Cuando dos metales diferentes se unen, en la unión se produce un diferencia de potencial.
• Ésta depende de los metales usados y de la temperatura de la unión.
Sensores de luz
• Fotodiodos. Cuando la luz incide en la unión del diodo, la resistencia del diodo disminuye y la corriente del circuito aumenta.
• Fototransistores. Cuando hay luz incidiendo en el transistor, ésta altera su resistencia y por consecuencia, la corriente que circula por sus elementos.
• Fotorresistencias. Tienen una resistencia que depende de la intensidad luminosa que reciben y que disminuye de manera lineal cuando la intensidad aumenta.