SENSORES Un 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. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), humedad) , una Tensión eléctrica (como en un termopar), termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor), fototransistor), etc. Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto c ontacto con la variable de instrumentación con lo que puede decirse decirs e también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Como por ejemplo el termómetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse dil atarse o contraerse por la acción de la temperatura. Un sensor también puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra. Áreas de aplicación de los sensores: Industria automotriz, robótica, industria industria aeroespacial, medicina, industria de manufactura, etc. Los sensores pueden estar conectados a un computador para obtener ventajas como son el acceso a una base de datos, la toma de valores desde el sensor, etc
Características Características de un sensor
Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el sensor.
Precisión: es el error de medida máximo esperado.
Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la variable de
entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto de referencia para definir el offset .
Linealidad o correlación lineal. Sensibilidad de un sensor: suponiendo que es de entrada a salida y la variación de la magnitud de entrada. Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede apreciarse a la salida.
Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto varíe la magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las variaciones de la magnitud de entrada. Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada, que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento (oxidación, desgaste, etc.) del sensor. Repetitividad: error esperado al repetir varias veces la misma medida.
Un sensor es un tipo de transductor que transforma la magnitud que se quiere medir o controlar, en otra, que facilita su medida. Pueden ser de indicación directa (e.g. un termómetro de mercurio) o pueden estar conectados a un indicador (posiblemente a través de un convertidor analógico a digital, un computador y un display) de modo que los valores detectados puedan ser leídos por un humano. Por lo general, la señal de salida de estos sensores no es apta para su lectura directa y a veces tampoco para su procesado, por lo que se usa un circuito de acondicionamiento, como por ejemplo un puente de Wheatstone, amplificadores y filtros electrónicos que adaptan la señal a los niveles apropiados para el resto de los circuitos.
Tipos De Sensores 1.- Sensor Crepuscular DEFINICION
El sensor crepuscular mide la intensidad de luz ambiente y envia una señal cuando esta es inferior a una luminosidad patrón previamente marcada. En un sensor crepuscular acotado por ejemplo a 50 lux, cuando la luminosidad baje de 50 (es decir si "es de noche" ) se cierra el circuito y nos envia una señal al sistema domotico al que lo tengamos conectado. De la misma forma cuando la luminosidad supere los 50 luxes (es decir "si es de dia") el circuito se abre y desactiva la señal.
CARACTERISTICAS
Alimentación: 12v, 24v cc ó 230v ca normalmente Tipo de contacto: Relé NA/NC Regulación: 5-100 lux normalmente (>100 lux son sensores de luminosidad) Led indicador de contacto: cuando el contacto es NA ó NC Tiempo de retardo: 0s-10s-20s,... <=1 normalmente UTILIDADES
Muy util para automatizar de forma natural la subida y bajada de persianas, activación del sistema automático de encendido de luces o como control para encendido de luces como condición previa (ej: la luz del garaje se enciende al abrir la puerta del garaje solo si es de noche), entre otros. CONSEJOS
Hay que tener en cuenta que el resultado que esperemos va en función de la regulación de intensidad luminosa patrón que vayamos a controlar. Es conveniente probar el sistema una vez instalado para comprobar si es correcta para el fin que se persigue. (ej: si buscamos aprovechar el máximo de luz antes de bajar las persianas bajaremos al intensidad al máximo, y por el contrario la subiremos, si buscamos activar el sistema de luces automático antes de que sea "de noche") También es importante protegerlo de la radiación solar directa para incrementar la vida útil del sensor (ej: colocarlo a la sombra) Por último, hay que tener muy presente el tiempo de retardo del sensor, con algunos sistemas domóticas este tiempo se puede incrementar a nuestro gusto, (ej: podemos añadir un retardo a la entrada asociada al sensor crepuscular de varios minutos de manera que la señal actué mas tarde). Esto nos evita, por ejemplo que se suban y bajen continuamente las persianas en un día de tormenta con relámpagos.
2. SENSOR DE PRESENCIA (PIR)
DEFINICION
El sensor de Presencia (PIR) - PASIVO INFRAROJO - reacciona sólo ante determinadas fuentes de energía tales como el cuerpo humano. Estos captan la presencia detectando la diferencia entre el calor emitido por el cuerpo humano y el espacio alrededor. Con objeto de lograr total confiabilidad, algunas marcas integran además, un filtro especial de luz que elimina toda posibilidad de falsas detecciones causadas por la luz visible (rayos solares), así como circuitos especiales que dan mayor inmunidad a ondas de radio frecuencia. Cuando un sensor de Presencia se activa (ej: una persona pasa cerca de su radio de acción), se cierra el circuito y nos envia una señal al sistema domotico al que lo tengamos conectado. CARACTERISTICAS
Alimentación: 12v, 24v cc ó 230v ca normalmente Tipo de contacto: Relé NA/NC Radio de detección: normalmente de 8 a 12 m dependiendo de la altura de colocación. Angulo de detección: 90º, 180º y 360º. Led indicador de contacto: cuando el contacto es NA ó NC. Se ilumina en caso de detección (en algunos modelos es posible desconectarlo) Contador de pulsos: detección con 1 ó 2 pulsos, gracias a la polaridad alternante de la señal. Tiempo de retardo: de 2 a 3 segundos. Salida antisabotaje: contacto NC UTILIDADES
Muy util para tanto para la detección de intrusión (seguridad) como para el automastismo en luces (confort y ahorro energetico). El ahorro energético que nos proporciona este tipo de instalaciones se hace palpable desde el primer momento. CONSEJOS
Hay que tener en cuenta sobretodo la posición, orientación y altura donde vayamos a colocarlo, ya que la zona de detección y los angulos muertos dependen de la colocación correcta del sensor. Podemos combinar varios sensores (90º, 180º, 360º) en la misma zona para conseguir cubrir toda la zona a detectar. Es conveniente probar el sistema una vez instalado para comprobar si hace la detección en la zona que pretendemos.
Estos sensores solo funcionan bien en interiores , en exteriores nos darán respuestas incorrectas (ej: si hace viento) Podemos configurar la programación de distintas formas dependiendo si se trata de controlar la detección de intrusión, haciendo que el sistema active la alarma cuando se produzca mas de 1 detección consecutiva (de esta forma evitamos que salte la alarma por cualquier alteración minima). En cambio si queremos configurar el control de luces la programación será distinta, activando la acción a la primera detección. Por ultimo, en algunos sensores podemos desactivar el LED señalizador. En estancias como dormitorios puede parecer molesta esta luz que se activa constantemente cuando nos movemos.
3. CONTACTO MAGNETICO PERIMETRAL DEFINICION
Los contactos magneticos producen una señal (abren o cierran un circuito) cuando se alejan uno del otro, con lo que el campo magnetico varía y envian la señal al circuito al que estan conectados. Cuando un contacto mágnetico se activa (ej: se abre una ventana), se abre el circuito y nos envia una señal al sistema domotico al que lo tengamos conectado.
CARACTERISTICAS
Alimentación: no requiere alimentación Tipo de contacto: Relé NA/NC UTILIDADES
Muy útil tanto para la detección de intrusión perimetral (seguridad independiente de los sensores PIR o complementaria a los mismos), control de climatización (desactivar una zona si la ventana / puerta está abierta), como prerequisito anterior al conectar la alarma ( que no haya ventanas/puertas abiertas).
El ahorro energético que nos proporciona este tipo de instalaciones sobretodo como apoyo al control de la climatización zonal. CONSEJOS
Hay que preveer con antelación la colocación de este tipo de sensores en puertas y/o ventanas (preinstalación), ya que lo mas complejo es llevar cable para transmitir la señal hasta nuestro equipo domótico, porque la instalación de este tipo de sensores es muy sencilla:.la mayoria se pueden pegar con silicona (no hace falta atornillar).
4. SENSOR DE HUMOS DEFINICION
Un Sensor de Humos es un dispositivo que detecta la presencia de humo en el aire y emite una señal que podemos llevar al módulo de control domotico y mediante la programación adecuada lanzar las salidas correspondientes: activar una señal acústica (sirena) avisando del peligro de incendio, emitir un aviso telefónico a una central de alarmas, poner en marcha el sistema de extinción,... de manera aislada o combinada. Según el método de detección que usan pueden ser de dos tipos: Opticos o Iónicos, aunque algunos usen los dos mecanismos para aumentar su eficacia. Opticos:
Pueden ser de dos tipos, según detecten el humo por oscurecimiento o por dispersión del aire en un espacio: De rayo infrarrojo: compuestos por un dispositivo emisor y otro receptor. Cuando se oscurece el espacio entre ellos debido al humo sólo una fracción de la luz emitida alcanza al receptor provocando que la señal eléctrica producida por éste sea más débil y se active la alarma. De tipo puntual, en los que emisor y receptor se encuentran alojados en la misma cámara pero no se ven al formar sus ejes un ángulo mayor de 90º y estar separados por una
pantalla, de manera que el rayo emitido no alcanza el receptor. Cuando entra humo en la cámara el haz de luz emitido se refracta y puede alcanzar al receptor, activándose la alarma. Iónicos:
Este tipo de detector es más barato que el óptico y puede detectar partículas que son demasiado pequeñas para influir en la luz. Está compuesto por una pequeña cantidad del isótopo radioactivo americio-241 que emite radiación alfa. La radiación pasa a través de una cámara abierta al aire en la que se encuentran dos electrodos, permitiendo una pequeña y constante corriente eléctrica. Si entra humo en ese cámara se reduce la ionización del aire y la corriente disminuye o incluso se interrumpe, con lo que se activa la alarma. Si es un detector que utiliza pilas, éstas se gastan, y el detector deja de funcionar, con lo que se vuelve inservible. Para evitarlo, algunos están diseñados para emitir una señal de baja batería. También es posible que incorporen un botón de prueba, lo que permite verificar su funcionamiento. Los que no lo tienen pueden ser probados usando humo artificial. Se recomienda que se chequeen las pilas cada 6 meses o más frecuentemente. También se recomienda que haya un detector por cada habitación. CARACTERISTICAS
Alimentación: 8-16Vdc Corriente de alarma: 50mA Fuente luminosa: LED IR Salida de relé: NC - NA 24Vdc/1A Temperatura ambiente: de 0°C - 50°C Corriente de reposo: 70µA UTILIDADES
Es fundamental para el circuito de seguridad del hogar: robo, fugas de combustible, inundación e incendios. La utilidad principal es la de aviso de incendio, la señal que emite cuando se activa puede ser tratada posteriormente por un sistema domótica que active una sirena, emita una aviso telefónico al particular y/o a una central de alarmas e incluso puede activar un sistema anti incendio (extintores automáticos o aspersores).
CONSEJOS
Hay que preveer con antelación la colocación de este tipo de sensores en techos y/o paredes (preinstalación), teniendo en cuenta de situarlo cerca de las fuentes de calor (vitroceramica, chimenea, caldera de calefacción, depositos de combustible,...) y de cortocircuito (armario de potencia) que tengamos en nuestras casas. Evitar colocar el sensor de hunos en zonas de corrientes de aire que pueden dirigir el humo en dirección opuesta a la del sensor.
5. SENSOR DE INUNDACION
DEFINICION
Un Sensor de Inundación es un dispositivo que detecta las fugas de agua (por ejemplo un grifo mal cerrado en el baño), empleando para ello una sonda de nivel (al detectar una variacion del mismo) emite una señal que podemos llevar al módulo de control domotico y mediante la programación adecuada lanzar las salidas correspondientes: cortar el suministro de agua cerrando electroválvulas de paso de agua, enviar avisos de inundación...mediante señal acústica (sirena) avisando del peligro de inundacion y/o emitir un aviso telefonico a una central de alarmas,... de manera aislada o combinada. Los Sensores de Inundación están compuestos por dos elementos: la Sonda o elemento sensor y el Detector que analiza la señal procedente de la sonda y determina el estado de alarma (inundación) o reposo. Algunos modelos disponen de indicadores luminosos independientes para los estados de funcionamiento y alarma, sonido interno para aviso en caso de alarma. CARACTERISTICAS
Alimentación: 12 V cc. / 230 V ca. Tipo de contacto: Relé NA/NC UTILIDADES
Es un elemento mas del sistema de seguridad de la casa (junto al de incendios, intrusión y fugas de combustibles). Integrado en un sistema Domotico y usando como complementos: una válvula de corte de agua y una sirena, se pude actuar sobre la señal que envia cuando detecta inundación: cerrando el paso de la electrovalvula (cortando el flujo de agua) y emitiendo avisos sonoros (sirena) para advertir del problema, ademas de enviar avisos telefónicos via móvil o SMS al propietario y/o a una central de alarmas. CONSEJOS
Hay que prever con antelación la colocación de este tipo de sensores (sobretodo de la sonda) a la altura adecuada del suelo de tal forma que no se emitan falsas alarmas (ej: cuando fregamos el baño). Así mismo, hay que prever la colocación de los mismos en la dirección de la fuga de agua.
6. Sensores de Temperatura Introducción
Probablemente sea la temperatura el parámetro físico más común que se mide en una aplicaciónelectrónica, incluso en muchos casos en que el parámetro de interés no es la temperatura, ésta se ha de medir para incluir indirectamente su efecto en la medida deseada.La diversidad de sus aplicaciones ha condicionado igualmente una gran proliferación de dispositivossensores y transductores, desde la sencilla unión bimetálica de los termostatos, hasta los dispositivossemiconductores más complejos. Tipos de Sensores de Temperatura Termopares:
Los termopares utilizan la tensión generada en la unión de dos metales en contacto térmico,debido a sus distintos comportamientos eléctricos.2. Resistivos:
Lo constituyen las RTD (Resistance Temperature Detector) o PT100 basadas en la dependenciade la resistividad de un conductor con la temperatura, están caracterizadas por un coeficiente de resistividad positivo PTC (Positive Termal Coefficient). También lo son las NTC (Negative Termal Coefficient), que sellaman termistores y están caracterizadas por un coeficiente de temperatura negativo.3.
Semiconductores:
Se basan en la variación de la conducción de una unión p-n polarizada directamente. Sensores de Temperatura con Termopares
Los termopares son baratos y robustos, tienen una estabilidad bastante buena a lo largo del tiempo. Debido a su pequeño tamaño, responden rápidamente a los cambios de temperatura. Funcionan sobre rangos detemperatura criogénos, tiene una linealidad y exactitud razonable. Debido a que el número de electrones libres enun metal depende de la temperatura y de la composición del metal, dos metales de desigual isotermo, dan unadiferencia de potencial que es una función repetible de la temperatura, como se muestra en la figura. El voltajeresultante depende de las temperaturas, T1 y T2, de una manera repetible.Puesto que el termopar es básicamente undispositivo de medida diferencial, se necesita unatemperatura de referencia conocida para una de las uniones, así la temperatura de la otra unión será deducida del voltaje de salida. Los termopares están fabricados de materiales especialmente seleccionadosque se han caracterizado exhaustivamente en términosde voltaje con la temperatura de comparación, que normalmente es la del punto de agua/hielo de 0°C. Voltaje del termopar con Referencia a 0º C.
De todas maneras, se usa una técnica de medida alternativa mostrada en la figura siguiente, en las aplicaciones prácticas donde los requisitos de exactitud no necesitan mantener las normas primeras. La temperatura de la unión de referencia se permite cambiar con el entorno del sistema de medida, pero es medida cuidadosamente por algún tipo de termómetro absoluto. Se puede usar una medida del voltaje del termopar combinadacon una temperatura de referencia conocida para calcular latemperatura de la unión medida. Sin embargo, en la practicase usa un método termoeléctrico para medir la temperatura de referencia y poner el voltaje de salida para quecorresponda a un termopar referido a 0°C. Simplemente,este voltaje se añade al voltaje del termopar y entonces la suma corresponde al voltaje normal tabulado para untermopar de referencia de punto de hielo.
7. Sensores ópticos Detectan la presencia de una persona o de un objeto que interrumpen el haz de luz que le llega al sensor.
Los principales sensores ópticos son las fotorresistencias, las LDR. Recordemos que se trataba de resistencias cuyo valor disminuía con la luz, de forma que cuando reciben un haz de luz permiten el paso de la corriente eléctrica por el circuito de control. Cuando una persona o un obstáculo interrumpen el paso de la luz, la LDR aumenta su resistencia e interrumpe el paso de corriente por el circuito de control. Las LDR son 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. El circuito que aparece en la imagen superior derecha nos permitiría controlar la puesta en marcha de una alarma al disminuir la intensidad luminosa que incide sobre un LDR.
8. Sensores Infrarrojos Si recordamos el espectro electromagnético estudiado en un tema anterior, existía una franja de ondas electromagnéticas cuya frecuencia es muy baja para que nuestros ojos la detecten; son los infrarrojos. Existen diodos capaces de emitir luz infrarroja y transistores sensibles a este tipo de ondas y que por lo tanto detectan las emisiones de los diodos. Esta es la base del funcionamiento
de los mandos a distancia; el mando contiene diodos que emiten infrarrojos que son recibidos por los fototransistores del aparato. Los diodos de infrarrojos son a simple vista idénticos a los LED, como se puede apreciar en la imagen, y se representan de la misma manera, mientras que el símbolo de los fototransistores es semejante al de los transistores normales pero añadiendo las flechas que representan la luz que reciben. Recordemos que las flechas salen del elemento cuando éste emite luz o radiación infrarroja y entran en él cuando el elemento recibe dicha radiación.
