tipos de sensores
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Sensores
Sistemas Programables | Tipos de sensores
29 DE AGOSTO DE 2015
ÍndiceIntroducción.........................................................................................................................2
Objetivo................................................................................................................................2
Justificación.........................................................................................................................2
Marco teórico...................................................................................................................... 2
Sensor de temperatura......................................................................................................2
Características................................................................................................................3
Tipos.................................................................................................................................3
Termopares..................................................................................................................3
RTD...............................................................................................................................4
Termistor...................................................................................................................... 5
Sensor de presión..............................................................................................................6
Unidades de Medida...................................................................................................6
Columna de Líquido....................................................................................................7
Sensor Diferencial.......................................................................................................8
Sensor óptico......................................................................................................................8
Tipos de sensores ópticos.............................................................................................9
Funcionamiento.............................................................................................................12
Características.............................................................................................................. 13
Sensor de proximidad......................................................................................................13
Conclusión.........................................................................................................................16
Bibliografía.........................................................................................................................17
IntroducciónEn la actualidad, en un mundo tan avanzado y envuelto en la tecnología, el uso de
dispositivos electrónicos es mucho más común, la mayor parte del tiempo, no
reaccionamos, o nos detenemos a pensar, observar, y analizar las herramientas
y/o dispositivos que usamos a diario por pequeños o grandes que estos sean, su
uso y razón de existir son de importancia en los varios dispositivos tecnológicos
actuales.
ObjetivoEn el presente documento, se hace mención y se describe lo que es un sensor,
sus diferentes tipos, características y su funcionamiento.
Así mismo se trata de explicar el uso e importancia de los diferentes sensores y su
funcionalidad y en los dispositivos donde se emplean.
JustificaciónEn esta investigación se puede observar la definición de cada uno de los sensores
que se mencionan, así como los tipos de sensores existentes, cuales son las
características de cada uno de ellos, su funcionamiento y cómo podemos
utilizarlos.
Marco teóricoUn sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas,
llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas.
Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad
lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza,
torsión, humedad, movimiento, pH, etc.
Sensor de temperaturaLos sensores de temperatura son dispositivos que transforman los cambios de
temperatura en cambios en señales eléctricas que son procesados por equipo
eléctrico o electrónico.
Características
El sensor de temperatura, típicamente suele estar formado por el elemento sensor,
de cualquiera de los tipos anteriores, la vaina que lo envuelve y que está rellena
de un material muy conductor de la temperatura, para que los cambios se
transmitan rápidamente al elemento sensor y del cable al que se conectarán el
equipo electrónico.
Tipos
Hay tres tipos de sensores de temperatura, los termistores, los RTD y los
termopares.
Termopares
Es un instrumento de medida cuyo principio de funcionamiento es el efecto termoeléctrico.
Un material termoeléctrico permite transformar directamente el calor en
electricidad, o bien generar frío cuando se le aplica una corriente eléctrica.
Funcionamiento
El termopar genera una tensión que está en función de la temperatura que se está
aplicando al sensor. Midiendo con un voltímetro la tensión generada, conoceremos
la temperatura.
Un termopar se crea cuando dos metales diferentes se juntan y el punto de
contacto produce un pequeño voltaje de circuito abierto como una función de
temperatura. Puede usar este voltaje termoeléctrico, conocido como voltaje
Seebeck para calcular la temperatura. Para pequeños cambios en temperatura, el
voltaje es aproximadamente lineal:
Puede escoger entre diferentes tipos de termopares asignados con letras
mayúsculas que indican su composición de acuerdo al American National
Standards Institute (ANSI).
Tipos de termopares
Los tipos de termopares más comunes incluyen B, E, K, N, R, S y T.
Características
Los termopares tienen un amplio rango de medida, son económicos y están muy
extendidos en la industria.
RTD
Figura 2. Los RTDs están hechos de bobinas de metal y pueden medir temperaturas hasta 850 °C.
Un RTD es un sensor de temperatura basado en la variación de la resistencia de
un conductor con la temperatura.
Los metales empleados normalmente como RTD son platino, cobre, niquel y
molibdeno. De entre los anteriores, los sensores de platino son los más comunes
por tener mejor linealidad, más rapidez y mayor margen de temperatura.
Funcionamiento
Un RTD de platino es un dispositivo hecho de bobinas o películas de metal (platino
generalmente). Al calentarse, la resistencia del metal aumenta; al enfriarse, la
resistencia disminuye. Pasar corriente a través de un RTD genera un voltaje en el
RTD. Al medir este voltaje, usted puede determinar su resistencia y por lo tanto, su
temperatura. La relación entre la resistencia y la temperatura es relativamente
lineal.
Características
Generalmente, los RTDs tienen una resistencia de 100 Ω a 0 °C y pueden medir
temperaturas hasta 850 °C.
Termistor
Los termistores son sensores de temperatura resistivos donde la el elemento
sensor cambia su resistencia de acuerdo con las variaciones de temperatura.
Tipos de termistores
Existen dos tipos de termistor, aquellos cuya resistencia aumenta en función de la
temperatura, también llamados PTC (Positive Temperature Coefficient) y aquellos
cuya resistencia disminuye conforme aumenta la temperatura, llamados NTC
(Negative Temperature Coefficient).
Figura 3. Pasar corriente a través de un termistor genera un voltaje proporcional a la temperatura.
Funcionamiento de un termistor
Un termistor es una pieza de semiconductor hecha de óxidos de metal que están
comprimidos en una pieza, disco, oblea u otra forma y son sometidos a altas
temperaturas. Por último son cubiertos con epoxi o vidrio. Al igual que con los
RTDs, usted puede pasar una corriente a través de un termistor para leer el voltaje
en el termistor y determinar su temperatura. Sin embargo, a diferencia de los
RTDs, los termistores tienen más alta resistencia (2,000 a 10,000 Ω) y una
sensibilidad mucho más alta (~200 Ω/°C), permitiéndoles alcanzar más alta
sensibilidad en un rango de temperatura limitado (hasta 300 °C).
Sensor de presiónLa presión es una fuerza que ejerce sobre un área determinada, y se mide en
unidades de fuerzas por unidades de área. Esta fuerza se puede aplicar a un
punto en una superficie o distribuirse sobre esta. Cada vez que se ejerce se
produce una deflexión, una distorsión o un cambio de volumen o dimensión. Las
mediciones de presión pueden ser desde valores muy bajos que se consideran un
vacío, hasta miles de toneladas de por unidad de área.
Los principios que se aplican a la medición de presión se utilizan también en la
determinación de temperaturas, flujos y niveles de líquidos. Por lo tanto, es muy
importante conocer los principios generales de operación, los tipos de
instrumentos, los principios de instalación, la forma en que se deben mantener los
instrumentos, para obtener el mejor funcionamiento posible, cómo se debe usar
para controlar un sistema o una operación y la manera como se calibran. Para
medir la presión se utilizan sensores que están dotados de un elemento sensible a
la presión y que emiten una señal eléctrica al variar la presión o que provocan
operaciones de conmutación si esta supera un determinado valor límite.
Es importante tener en cuenta la presión que se mide, ya que pueden distinguirse
los siguientes tipos:
Presión absoluta
Presión diferencial
Sobrepresión.
Unidades de Medida
En el sistema internacional de medidas, está estandarizada en Pascales. En los
países de habla inglesa se utiliza PSI La equivalencia entre la unidad de medida
inglesa y la del sistema internacional de medidas resulta:
1PSI = 6.895kPascal
Tabla de conversiones
Columna de Líquido
Es el instrumento de medición de presión más antiguo, y de los más exactos en
los rango de alcance 500[Pa] a 200[kPa]. La selección de la configuración de la
columna y del fluido manométrico permite la medición de todos los tipos de
presión. La ventajas de éste instrumento es su versatilidad.
La ecuación que rige la medición de presión con este tipo de columnas es:
p1 = ρgh + p2
Si la columna de fluido en el nivel superior está abierta a la atmósfera (p2 =
presión barométrica) tendremos que p1 es una presión relativa. Si la columna es
sometida a vacío (p2 es cero absoluto), entonces p1 es la presión absoluta
(teniéndose un barómetro).
El manómetro en forma de "U" conforma, según se especificó, un sistema de
medición más bien absoluto y no depende, por lo tanto, de calibración. Esta
ventaja lo hace un artefacto muy común. Su desventaja principal es la longitud de
tubos necesarios para una medición de presiones altas y, desde el punto de vista
de la instrumentación de procesos, no es trivial transformarlo en un sistema de
transmisión remota de información sobre presión.
Sensor Diferencial
Los sistemas discutidos antes, para medición de Presión (Bourdon, Tubos en "U"
de líquidos de alta densidad, miden, en general, la presión relativa a la presión
atmosférica (si bien tanto P1 como P2 en el manómetro en "U" podrían ser parte
de un proceso). A menudo es necesario conocer la presión relativa entre dos
puntos; tales sistemas se conocen como sensores (o manómetros) de presión
diferencial.
Sensor ópticoCuando hablamos de sensores ópticos nos referimos a todos aquellos que son
capaces de detectar diferentes factores a través de un lente óptico. Para que
podamos darnos una idea de lo que nos referimos, debemos decir que un buen
ejemplo de sensor óptico es el de los mouse de computadora, los cuales mueven
el cursor según el movimiento que le indicamos realizar.
Tipos de
sensores ópticos Cilíndricos
o Esta familia de Sensores de la línea Visolux contiene 7 series con un
amplio rango de versiones en distintos tamaños y alcances. Todos
están disponibles en versiones para detección directa o por barrera.
o Serie KT9: Ø 4mm, alcance 0–250 mm (como barrera) y 0–50 mm
(detección directa). Versiones con conector o cable.
o Serie KT 10?: alcance 0–500 mm (barrera) y 0–80 mm (detección
directa). Conexión con cable. Disponible en versiones con supresión
de fondo. Cuerpo roscado M4.
o Serie KT 11?: alcance 0–250 mm (barrera) y 0–50 mm (detección
directa). Versiones con conector y cable. Convertidor de señal
incorporado. Cuerpo roscado M4. Disponible con lente de cristal
resistente a ralladuras y ataques de sustancias químicas.
o Serie GLV 12?: alcance de 0–5 m (barrera), 0–2 m (con espejo) y 0–
200 mm (detección directa). Versiones con conector y cable. Luz roja
visible para una fácil alineación. Cuerpo roscado M12.
o Serie VL 18?: alcance 0–15 m (barrera), 0–4 m (con espejo) y 0–400
mm (detección directa). Conector M12. Luz roja visible para una fácil
alineación. Cuerpo roscado M12. Versiones con salida de luz directa
y con salida de luz lateral. Disponible en versiones con supresión de
fondo.
o Serie 18GM: alcance 0–5 m (barrera), 0–3 m (con espejo) y 0–200
mm (detección directa). Versiones con cable o conector. Disponible
en versiones con supresión de fondo. Cuerpo roscado M18.
o Serie GLV 30: alcance 20–2.500 mm (detección directa). Conector
M12. Disponible en versiones con supresión de fondo. Cuerpo
roscado M30.
Rectangulares
Series 28, 32 y 39. Comprende 16 series, cada una con distinto formato
físico y diversas prestaciones. Algunas series ofrecen modelos aptos para
parametrización programable y sistemas de autoaprendizaje. Existen
versiones para detección directa, para detección por barrera y para
detección mediante espejo. Estos sensores ofrecen protección ambiental IP
65 o IP 67, carcaza de aluminio o de plástico reforzado, circuito de control
incorporado y están disponibles con alcances que van desde 0–2,5 m hasta
0–35 m.
o Serie 28
• Extensa gama de sensores
• Indicadores LED de alta luminosidad de encendido y de preavería
• Fijación de cola de milano y taladros pasantes
• Regulador de la sensibilidad y conmutador claro/oscuro de serie
• Insensible a la luz ambiente incluso en lámparas de ahorro
energético
o Serie 32
• Diseño estrecho, especial para la técnica de almacenaje y
transporte
• Condiciones ópticas muy elevadas
• Cubierta óptica de vidrio resistente al rayado y a disolventes
o Serie 39
• Excelentes condiciones ópticas
• Indicación y salida de preavería
• Funciones de tiempo programable.
• Certificado AS-interfase
• Serie Vari Kont? L2
• Variantes ópticas, filtro polarizado-Réflex y detección directa
• Cabeza censora orientable a 2 niveles
• Panel plástico muy resistente
• Sensores Ópticos Serie MLV 12
Una familia que incluye 5 clases, cada una con el mismo formato físico y diversas
prestaciones. Comprenden versiones de detección por espejo, detección directa,
detección de objetos transparentes, barreras con emisor y receptor separado y
versiones para aplicaciones de seguridad personal. Estos sensores ofrecen
protección ambiental IP 67, carcaza con marco de fundición y cuerpo de plástico
inyectado, y sus múltiples ranuras y agujeros de montaje son compatibles con la
mayoría de los accesorios de montaje existentes en el mercado. Su diseño
innovador permite una alta resistencia ambiental IP 67, al mismo tiempo que
asegura gran resistencia mecánica. Los conectores son rotativos en 90. Las
versiones programables mediante no requieren software ni accesorios adicionales,
todos los ajustes se realizan mediante los botones en la carcasa.
De tipo horquilla
Desarrollados para aplicaciones muy específicas en ciertas industrias
como:
o Detección del correcto pegado de etiquetas.
o Detección de velocidad de avance.
o Detección de partes pequeñas en zonas de alimentación de
piezas.
o Control de calidad de bordes en la fabricación de cintas
continúas.
o Monitoreo del flujo de material.
Detección de marcas de impresión
Sensores especialmente diseñados para detectar cualquier tipo de marca
de impresión. Versión Scanner Láser para marcas muy pequeñas. La
electrónica incorporada permite la selección automática del color de la luz
transmitida (rojo, verde, azul) para garantizar detección aun con contraste
reducido.
FuncionamientoEl funcionamiento de los sensores ópticos consiste en la emisión y recepción de
luz, se basa en el aprovechamiento de la interacción entre la luz y la materia para
determinar las propiedades de ésta. Tanto en el emisor como en el receptor se
encuentran en el mismo encapsulado, y en ambos son colocadas pequeñas lentes
ópticas que permiten concentrar el haz de luz, de modo que cuando un objeto
refleja el haz de luz, el receptor con detecta.
En base a esto, las pantallas táctiles mediante sensores ópticos, disponen de una
red de sensores que permiten obtener la posición de varios puntos de contacto
sobre ella de manera simultánea, por lo que las pantallas que incorporan sensores
ópticos, tienen la función multitáctil.
Los sensores ópticos detectan la presencia de una persona o de un objeto que
interrumpen el haz de luz que llega al sensor. Los principales sensores ópticos son
las fotorresistencias, las LDR.
LDR: (Light Dependent Resistor) o Resistencia dependiente de la luz o también
fotocélula, es una resistencia que varía su resistencia en función de la luz que
incide sobre su superficie. Cuanto mayor sea la intensidad de la luz que incide en
la superficie del LDR menor será su resistencia y cuanto menos luz incida mayor
será su resistencia.
Se emplean en iluminación, apagado y encendido de alumbrado (interruptores
crepusculares), en alarmas, en cámaras fotográficas, en medidores de luz. Las de
la gama infrarroja en control de máquinas y procesos de contaje y detección de
objetos, suelen ser muy útiles en robótica para regular el movimiento de los robots
y detener su movimiento cuando van a tropezar con un obstáculo o bien disparar
alguna alarma. También sirven para regular la iluminación artificial en función de la
luz natural.
Una mejora de los dispositivos sensores, comprende la utilización de la fibra óptica
como elemento de transmisión de la luz.
CaracterísticasLos sensores ópticos, presentan importantes ventaja cuando lo que se desea
es determinar propiedades físicas o químicas:
Es un método no destructivo y no invasivo.
Ofrece posibilidades de integración en sistemas más complejos.
Bajo coste y tecnología bien establecida.
Posibilidades de control a distancia de lugares poco accesibles
físicamente.
Capacidad de conformar redes espaciales de sensores para el
control de parámetros en grandes superficies.
Sensor de proximidadEl sensor de proximidad es un transductor que detecta objetos o señales que se
encuentran cerca del elemento sensor. Existen varios tipos de sensores de
proximidad según el principio físico que utilizan, entre los se encuentran:
Sensor capacitivo.
Sensor inductivo.
Sensor fin de carrera.
Sensor infrarrojo.
Sensor ultrasónico.
Sensor magnético.
Sensor capacitivo
La función del detector capacitivo consiste en señalar un cambio de estado,
basado en la variación del estímulo de un campo eléctrico. Los sensores
capacitivos detectan objetos metálicos, o no metálicos, midiendo el cambio en la
capacitancia, la cual depende de la constante dieléctrica del material a detectar, su
masa, tamaño, y distancia hasta la superficie sensible del detector. Los detectores
capacitivos están construidos en base a un oscilador RC. Debido a la influencia
del objeto a detectar, y del cambio de capacitancia, la amplificación se incrementa
haciendo entrar en oscilación el oscilador. El punto exacto de ésta función puede
regularse mediante un potenciómetro, el cual controla la realimentación del
oscilador.
La distancia de actuación en determinados materiales, pueden por ello, regularse
mediante el potenciómetro. La señal de salida del oscilador alimenta otro
amplificador, el cual a su vez, pasa la señal a la etapa de salida. Cuando un objeto
conductor se acerca a la cara activa del detector, el objeto actúa como un
condensador. El cambio de la capacitancia es significativo durante una larga
distancia. Si se aproxima un objeto no conductor, (>1) solamente se produce un
cambio pequeño en la constante dieléctrica, y el incremento en su capacitancia es
muy pequeño comparado con los materiales conductores.
Sensor inductivo
Los sensores inductivos de proximidad han sido diseñados para trabajar
generando un campo magnético y detectando las pérdidas de corriente de dicho
campo generadas al introducirse en él los objetos de detección férricos y no
férricos. El sensor consiste en una bobina con núcleo de ferrita, un oscilador, un
sensor de nivel de disparo de la señal y un circuito de salida. Al aproximarse un
objeto "metálico" o no metálico, se inducen corrientes de histéresis en el objeto.
Debido a ello hay una pérdida de energía y una menor amplitud de oscilación. El
circuito sensor reconoce entonces un cambio específico de amplitud y genera una
señal que conmuta la salida de estado sólido o la posición "ON" y "OFF". El
funcionamiento es similar al capacitivo; la bobina detecta el objeto cuando se
produce un cambio en el campo electromagnético y envía la señal al oscilador,
luego se activa el disparador y finalmente al circuito de salida hace la transición
entre abierto o cerrado.
Sensor fin de carrera
El final de carrera o sensor de contacto (también conocido como "interruptor de
límite") o limit swicht, son dispositivos eléctricos, neumáticos o mecánicos situados
al final del recorrido de un elemento móvil, como por ejemplo una cinta
transportadora, con el objetivo de enviar señales que puedan modificar el estado
de un circuito. Internamente pueden contener interruptores normalmente abiertos
(NA), cerrados (NC) o conmutadores dependiendo de la operación que cumplan al
ser accionados. Generalmente estos sensores están compuestos por dos partes:
un cuerpo donde se encuentran los contactos y una cabeza que detecta el
movimiento. Su uso es muy diverso, empleándose, en general, en todas las
máquinas que tengan un movimiento rectilíneo de ida y vuelta o sigan una
trayectoria fija, es decir, aquellas que realicen una carrera o recorrido fijo, como
por ejemplo ascensores, montacargas, robots, etc.
Sensor infrarrojo
El receptor de rayos infrarrojos suele ser un fototransistor o un fotodiodo. El
circuito de salida utiliza la señal del receptor para amplificarla y adaptarla a una
salida que el sistema pueda entender. La señal enviada por el emisor puede ser
codificada para distinguirla de otra y así identificar varios sensores a la vez esto es
muy utilizado en la robótica en casos en que se necesita tener más de un emisor
infrarrojo y solo se quiera tener un receptor.
Los sensores infrarrojos pueden ser:
Sensor infrarrojo de barrera: Las barreras tipo emisor-receptor están compuestas
de dos partes, un componente que emite el haz de luz, y otro componente que lo
recibe. Se establece un área de detección donde el objeto a detectar es
reconocido cuando el mismo interrumpe el haz de luz. Debido a que el modo de
operación de esta clase de sensores se basa en la interrupción del haz de luz, la
detección no se ve afectada por el color, la textura o el brillo del objeto a detectar.
Estos sensores operan de una manera precisa cuando el emisor y el receptor se
encuentran alineados. Esto se debe a que la luz emitida siempre tiende a alejarse
del centro de la trayectoria.
Sensor auto réflex: La luz infrarroja viaja en línea recta, en el momento en que un
objeto se interpone el haz de luz rebota contra este y cambia de dirección
permitiendo que la luz sea enviada al receptor y el elemento sea censado, un
objeto de color negro no es detectado ya que este color absorbe la luz y el sensor
no experimenta cambios.
Sensor réflex: Tienen el componente emisor y el componente receptor en un solo
cuerpo, el haz de luz se establece mediante la utilización de un reflector
catadióptrico. El objeto es detectado cuando el haz formado entre el componente
emisor, el reflector y el componente receptor es interrumpido. Debido a esto, la
detección no es afectada por el color del mismo. La ventaja de las barreras réflex
es que el cableado es en un solo lado, a diferencia de las barreras emisor-receptor
que es en ambos lados.
Sensor ultrasónico
Los sensores ultrasónicos tienen como función principal la detección de objetos a
través de la emisión y reflexión de ondas acústicas. Funcionan emitiendo un pulso
ultrasónico contra el objeto a censar, y al detectar el pulso reflejado, se para un
contador de tiempo que inicio su conteo al emitir el pulso. Este tiempo es referido
a distancia y de acuerdo con los parámetros elegidos de respuesta con ello manda
una señal eléctrica digital o analógica.
Sensor magnético
Los sensores de proximidad magnéticos son caracterizados por la posibilidad de
distancias grandes de la conmutación, disponible de los sensores con
dimensiones pequeñas. Detectan los objetos magnéticos (imanes generalmente
campos magnéticos pueden pasar a través de muchos materiales no magnéticos,
el proceso de la conmutación se puede también accionar sin la necesidad de la
exposición directa al objeto. Usando los conductores magnéticos (ej. hierro), el
campo magnético se puede transmitir sobre mayores distancias para, por ejemplo,
poder llevarse la señal de áreas de alta temperatura.
ConclusiónEl uso de sensores en la actualidad es mucho más común, práctico, sencillo y
recurrente cada vez más, ya sea en el ámbito científico, tecnológico, industrial o
demás. Sus usos y aplicaciones cada vez son más variados, extensos y
necesarios para desarrollar tecnología o herramientas del uso diario y común, por
lo mismo, se debe resaltar la importancia en cada una de sus aplicaciones y
manejos.
Bibliografía http://www.eosiberica.es/seccion/Sensores-opticos
http://recursostic.educacion.es/secundaria/edad/4esotecnologia/
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http://electronica-electronics.com/info/LDR-fotoresistencia.html
http://www.itpn.mx/recursosisc/7semestre/sistemasprogramables/Unidad
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http://sistemasitspp.blogspot.mx/p/sensores.html
http://www.reinmedical.com/es/conocimientos-tecnologia/clases-de-
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http://medirtemperatura.com/sensor-temperatura.php
http://artemisa.unicauca.edu.co/~gavasquez/res/Sensores.pdf