Tema 06: Tipos de sensores

1M. en C. Edgardo Adrián Franco Martínez http://www.eafranco.comedfrancom@ipn.mx@edfrancom edgardoadrianfrancom

Contenido• Introducción

• Clasificación de acuerdo con su aporte de energía

• Clasificación de acuerdo con su modo defuncionamiento

• Clasificación de acuerdo a relación de entrada salida

• Clasificación de acuerdo con su señal de salida

• Clasificación de acuerdo con su magnitud medida

• Clasificación de acuerdo con su parámetro variable• Sensores resistivos

• Sensores capacitivos

• Sensores inductivos y electromagnéticos

• Sensores generadores de tensión y corriente

• Sensores digitales2

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Introducción• El numero de sensores disponibles para distintas

magnitudes físicas es tan elevado que existendiversas clasificaciones según los autores de estos.

• Los sensores los podemos clasificar de acuerdo a:

• Su aporte de energía

• Su modo de funcionamiento

• Su relación de entrada salida

• Su señal de salida

• Su magnitud medida

• Su parámetro variable33

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Clasificación de acuerdo con su aporte de energía

• Según el aporte de energía los sensores se puedendividir en:

• Moduladores o activos: La energía de la señal desalida procede, en su mayor parte de una fuenteauxiliar de energía. La entrada sólo controla la salida.

• Generadores o pasivos: La salida es suministradasolo por la entrada.

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Sensores de fuerza par o torsión

Sensor de rpm

Clasificación de acuerdo con su modo de funcionamiento• Según su modo de funcionamiento se pueden

dividir en sensores de:

• Deflexión: La magnitud medida produce algún efectofísico, que engendra algún efecto similar, peroopuesto en alguna parte del instrumento, y que estarelacionado con alguna variable útil.

• Comparación: Se intenta mantener nula la deflexiónmediante la aplicación de un efecto bien conocido,opuesto al generado por la magnitud a medir. Hay undetector de desequilibrio y un medio pararestablecerlo.

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Dinamómetro

Balanza

Clasificación de acuerdo a relación de entrada salida

• Según el tipo de relación entrada-salida, lossensores pueden ser de orden cero, de primerorden, de segundo orden o de orden superior.

• El orden esta relacionado con el numero deelementos almacenadores de energíaindependientes que incluye el sensor, y repercuteen su exactitud y velocidad de respuesta. Estaclasificación es de gran importancia cuando elsensor forma parte de un sistema de control en lazocerrado.

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Clasificación de acuerdo con su señal de salida• Según la señal de salida los sensores se pueden dividir en:

• Analógicos: La señal varia, a nivel macroscopico, de formacontinua. La información esta en la amplitud, se puede incluir asensores en el dominio temporal. Aquellos que codifican lainformación en la frecuencia, se denomina a veces “casidigitales”, por la facilidad con que se convierta la señal a digital.

• Digitales: La salida varia en forma de saltos o pasos discretos.No requieren conversión A/D y la transmisión de su salida esmuy fácil. Tienen mayor fidelidad, fiabilidad y algunasocasiones mayor exactitud.

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Sensores de presión barométrica I2C

Sensores de Temperatura LM35

Clasificación de acuerdo con su magnitud medida• Para el estudio de un gran numero de

sensores se suele acudir a suclasificación de acuerdo con la magnitudmedida; temperatura, presión, caudal,humedad, posición velocidad,aceleración fuerza, par, etc.

• Sin embargo, esta clasificacióndifícilmente puede ser exhaustiva yaque la cantidad de magnitudes que sepueden medir son prácticamenteinagotables.

• Por ejemplo, la variedad decontaminantes químicos en el aire o en elagua, o en la cantidad de proteínasdiferentes que hay en el cuerpo humanoy que interesa detectar.

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Continuara …

Clasificación de acuerdo con su parámetro variable

• Desde el punto de vista de la electrónica, laclasificación de los sensores de acuerdo con elparámetro variable es la más conveniente para sucategorización y comprensión.

• Sensores resistivos

• Sensores capacitivos

• Sensores inductivos y electromagnéticos

• Sensores generadores de tensión y corriente

• Sensores digitales

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Sensores resistivos• Se le denomina resistencia eléctrica a la igualdad

de oposición que tienen los electrones aldesplazarse a través de un conductor o cualquiermaterial. La unidad de resistencia es el ohmio (Ω).

• Los sensores resistivos son aquellos que varían unaresistencia en función de la variable a medir.

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Posición DistanciaDesplazamiento

AceleraciónVibración

Temperatura Presión CaudalFlujo

Nivel Fuerza Humedad Luz

PotenciómetrosGalgasMagnetorresistsencias

Galgas + masa-resorte

RTDTermistores

Potenciometros + tubo Bourdon

Anemómetros de hilocalienteGalgas + voladizoTermistores

Potenciómetro + flotadorTermistoresLDR

Galgas Humistor LDR(Fotorresistencia)

Sensores resistivos más comunes y magnitudes físicas

Sensores capacitivos• La capacitancia eléctrica es la propiedad que

tienen los cuerpos para mantener una cargaeléctrica. La capacitancia es también es una medidade la cantidad de energía eléctrica almacenada parauna diferencia de potencial eléctrico dada. Eldispositivo más común que almacena energía deesta forma es el condensador.

• Los sensores capacitivos reaccionan ante metales yno metales que al aproximarse a la superficie activasobrepasan una determinada capacitancia. Ladistancia de conexión respecto a un determinadomaterial es tanto mayor cuanto más elevada sea suconstante dieléctrica.

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• La constante dieléctrica relativa de un mediocontinuo es una propiedad macroscópica de unmedio dieléctrico relacionado con la permitividadeléctrica del medio.

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Posición DistanciaDesplazamiento

Presión Nivel Fuerza Humedad

Condensador diferencial Condensador variable + diafragma Condensador variable Galgas capacitivas Dieléctrico variable

Sensores capacitivos más comunes y magnitudes físicas

Sensores inductivos y electromagnéticos• Los sensores inductivos son una clase especial de

sensores que sirve para detectar materiales metálicosferrosos. Son de gran utilización en la industria, tantopara aplicaciones de posicionamiento como paradetectar la presencia o ausencia de objetos metálicosen un determinado contexto: detección de paso, deatasco, de codificación y de conteo.

• Los sensores de magnéticos detectan objetos y/ocampos magnéticos. Los campos magnéticos puedenpasar a través de muchos materiales no magnéticos,generalmente se emplean para controlar procesos deconmutación. Usando los conductores magnéticos (ej.hierro), el campo magnético se puede transmitir sobremayores distancias para, por ejemplo, poder llevarse laseñal de áreas de alta temperatura.

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• Sensores inductivos

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• Sensores magnéticos

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Sensores generadores de tensión y corriente• Son aquellos que general una señal eléctrica a partir de la

magnitud que miden, sin necesidad de una alimentacióneléctrica.

• Ofrecen una alternativa para medir muchas de lasmagnitudes ordinarias, sobre todo temperatura, fuerza ymagnitudes afines. Pero además, dado que se basan enefectos reversibles están relacionados con diversos tipos deaccionamientos o aplicaciones inversa en general. Es decir,se pueden emplear para la generación de acciones noeléctricas a partir de señales eléctricas. Contrario a aquellosque se basan en efectos irreversibles, ya que, no podríangeneran accionamientos de este tipo.

• El efecto Joule, "la cantidad de calor producido por unacorriente eléctrica, depende directamente del cuadrado de laintensidad de corriente, del tiempo que ésta circula por elconductor y de la resistencia que opone el mismo al paso de lacorriente".

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• El efecto termoeléctrico en un material relaciona el flujo de calor quelo recorre con la corriente eléctrica que lo atraviesa. Este efecto es labase de las aplicaciones de refrigeración y de generación deelectricidad: un material termoeléctrico permite transformardirectamente el calor en electricidad, o bien generar frío cuando se leaplica una corriente eléctrica.

• El efecto Peltier produce una f.e.m en la junta de dos metalesdiferentes. Esta f.e.m depende de la temperatura y del par de metalesque forman la junta.

• El efecto Thomson da la relación entre la f.e.m generada en unconductor homogéneo simple y la diferencia de temperatura entre susextremos. Esta f.e.m crece con la diferencia de temperaturas ydepende del metal en cuestión.

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• Se conoce como efecto termoeléctrico o efecto Seebeck a laconversión de una diferencia de temperatura en electricidad. Se creaun voltaje en presencia de una diferencia de temperatura entre dosmetales o semiconductores diferentes. Una diferencia detemperaturas T1 y T2 en las juntas entre los metales A y B inducenuna diferencia de potencial V.

• Un termopar es un transductor formado por la unión de dos metalesdistintos que produce una diferencia de potencial muy pequeña (delorden de los milivoltios) que es función de la diferencia detemperatura entre uno de los extremos.

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• Se conoce como efecto piezoeléctrico al fenómeno que ocurre endeterminados cristales que, al ser sometidos a tensiones mecánicas,en su masa adquieren una polarización eléctrica y aparecen unadiferencia de potencial y cargas eléctricas en su superficie.

• Este fenómeno también ocurre a la inversa: se deforman bajo laacción de fuerzas internas al ser sometidos a un campo eléctrico. Elefecto piezoeléctrico es normalmente reversible: al dejar de someterlos cristales a un voltaje exterior o campo eléctrico, recuperan suforma.

• Los materiales piezoeléctricos son cristales naturales o sintéticos quecarecen de centro de simetría. Una compresión o un cizallamientoprovocan disociación de los centros de gravedad de las cargas eléctricas,tanto positivas como negativas. Como consecuencia, en la masa aparecendipolos elementales y, por influencia, en las superficies enfrentadassurgen cargas de signo opuesto.

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Sensores digitales• Son dispositivos cuya salida es de carácter discreto. Son

ejemplos de este tipo de sensores: codificadores deposición, codificadores incrementales, codificadoresabsolutos, los sensores autoresonantes (resonadores decuarzo, galgas acústicas, cilindros vibrantes, de ondassuperficiales (SAW), caudalímetros de vórtices digitales),entre otros.

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El sensor de imagen CCD y CMOS es el elemento de una cámara fotográfica digital que capta la luz que compone la fotografía. Se trata de un chip formado por millones de componentes sensibles a la luz que al ser expuestos capturan la imagen fotográfica.

Recursos Web• Sensores de Parámetro Variable en Tecnología Electrónica

• https://www.youtube.com/watch?v=hoambjXCgQE• Galgas Extensiométricas: Funcionamiento y Circuitos de Medida

• https://www.youtube.com/watch?v=duD06ex8CpA

• Sensor de Efecto Hall• https://www.youtube.com/watch?v=FrioH59l6tE

• Ready for Take-off: Principio de "Tiempo de Retorno" (TOF)• https://www.youtube.com/watch?v=KmK0VuIQM0g

• Medidores de Caudal• https://www.youtube.com/watch?v=mNCQm9P86FM• https://www.youtube.com/watch?v=YTEGxgDgTW0• https://www.youtube.com/watch?v=1Acv7vbBUQA

• Principio Medidor Coriolis• https://www.youtube.com/watch?v=OXQUVp6cLog

• Medición de temperatura• https://www.youtube.com/watch?v=h2AhibEAno4• https://www.youtube.com/watch?v=AZMvjZGvsHs

• Sensores capacitivos• https://www.youtube.com/watch?v=b3tW4nWUjCo

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