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.