Tipos de Sensores Digitales

Tipos de sensores Digitales y Analógicos

Profesor: Ignacio Javier Vázquez Cuevas Asignatura: Automatización Y Robótica Alumno: Isaías Miguel Medina Arreola

Universidad Tecnológica de Nogales Indicé Tipos de sensores digitales. ................................................................................................................. 2 • Efectos resistivos. ......................................................................................................................... 3 • Efecto capacitivo. ......................................................................................................................... 3 • Efectos inductivos. ....................................................................................................................... 3 Efectos térmicos y termoeléctricos. ................................................................................................ 3 Sensores más comunes ....................................................................................................................... 5 Detectores de ultrasonidos ............................................................................................................. 5 Interruptores básicos ...................................................................................................................... 5 Interruptores final de carrera ......................................................................................................... 5 Interruptores manuales .................................................................................................................. 5 Productos encapsulados ................................................................................................................. 5 Productos para fibra óptica ............................................................................................................. 5 Productos infrarrojos ...................................................................................................................... 6 Sensores para automoción .............................................................................................................. 6 Sensores de caudal de aire .............................................................................................................. 6 Sensores de corriente ..................................................................................................................... 6 Sensores de humedad ..................................................................................................................... 6 Sensores de posición de estado sólido ........................................................................................... 6 Sensores de presión y fuerza .......................................................................................................... 6 Sensores de temperatura ................................................................................................................ 7 Sensores de turbidez ....................................................................................................................... 7 Sensores magnéticos ....................................................................................................................... 7 Sensores de presión ........................................................................................................................ 7

Isaías Miguel Medina Arreola 5-L

Universidad Tecnológica de Nogales Tipos de sensores digitales. Muchos transductores utilizados en los procesos industriales para convertir variables físicas en señales eléctricas o de otro tipo, necesitan de tía o más fuentes auxiliares de energía para realizar su acción básica . Los sensores basados en este tipo (los transductores se denominan Mm. activos o moduladores y se empacan principalmente para medir señales débiles). La contraparte de los sensores activos son los sensores pasivos o generadores, los cuales pueden realizar su acción básica DC transducción sin la intervención de la fuente de energía auxiliar. Un ejemplo lo constituyen las termocuplas o termopares, las cuales producen directamente un voltaje de salida proporcionada a la temperatura aplicada. Además de la distinción entre pasivos y activos, los sensores electrónicos pueden ser también clasificados de acuerdo al tipo de señal de sal ida que entregan, el tipo de variable o variables físicas que detectan, el método de detección, el modo de funcionamiento, la relación entre la entrada y la sal ida (función de transferencia) y otros criterios, Dependiendo del tipo señal de salida, por ejemplo, un sensor puede ser analógico o digital. Los sensores analógicos entregan como salida un voltaje o una comente continuamente variable dentro del campo de medida especificado. Los rangos de voltaje de salida son muy variados, siendo los más usuales +10V. +5V, ±10V, ±5V y ±1V. La salida por loop de corriente es particularmente adecuada para ambientes industriales por las siguientes razones: • Permite ubicar sensores en sitios remotos y peligrosos. • Permite reducir a dos centímetros de alambres por sensor. • Permite aislar eléctricamente los sensores de los instrumentos DC medición. • Proporciona mayor confiabilidad puesto que es relativamente inmune a la captación de ruido y la señal no se degrada cuando se transmite sobre largas distancias. Los sensores digitales entregan como salida un voltaje o una corriente variable en forma DC salíos o pasas discretos de manera codificada, es decir con su valor representado en algún formato de pulsos o palabras, digamos PWM o binario. La interfase o protocolo HART (Highiway Addressahte Renwte Transducer), por ejemplo, basada en el estándar de corriente análogo de 4 a 20 mA combinado con técnicas de procesamiento digitales, provee comunicaciones punto a punto y multidrop sobre cables hasta de 3,048 metros y a velocidades hasta de 1 .2 kbps (kilobits por segundo). La comunicación multidrop implica que varios sensores pueden compartir una misma línea de datos. Un caso particular de sensores digitales son los detectores todo o nada los cuales,


Universidad Tecnológica de Nogales corno su nombre lo sugiere, tienen una salida digital codificada de sólo dos estados y únicamente indican cuándo la variable detectada rebasa un cierto valor umbral o límite. Un ejemplo de sensores según el tipo de señal de salid y capacitivos examinados en el. Otra variante de los sensores digitales son los sensores cuasi digitales, los cuales entregan una salida análoga en forma de frecuencia que es relativamente fácil de convertir a una señal digital propiamente dicha. Dependiendo de la naturaleza de la magnitud o variable a detectar, existen sensores de temperatura, presión, caudal, humedad, posición, velocidad, aceleración, vibración, fuerza, torque, flujo, corriente, gases, pH, proximidad, contacto, imagen, etc. Estos sensores se basan en la aplicación práctica de fenómenos físicos o químicos conocidos y en la utilización de materiales especiales donde dichos fenómenos se manifiestan de forma útil. Los siguientes son algunos de estos principios y los sensores a los cuales están asociados. • Efectos resistivos. Variación de la resistividad o de la conductividad en conductores,

semiconductores y aislantes a partir de la magnitud a medir. Ejemplos: sensores resistivos de posición (potenciómetros), esfuerzo mecánico (galgas extensiométricos). temperatura ( RTDs, termistores), humedad ( hurnistores ),etc. •

Efecto capacitivo. Variación de la Constante dieléctrica, la separaciónn entre placas o

el área de las placas a partir de la magnitud a medir. Ejemplos sensores capacitivos de desplazamiento, proximidad, presión, nivel, humedad inclinacion. •

Efectos inductivos. Variación de la reluctancia, las corrientes de Foucault o la

inductancia mutua a partir DC la magnitud a medir. Ejemplos: sensorcs y detectores inductivos de desplazamiento (LV DTs. resol vers. syncros). velocidad, aceleración, presión. caudal. Flujo, nivel. Fuerza. etc.

Efectos térmicos y termoeléctricos. Producción de voltaje o corriente a partir de temperatura, directamente o indirectamente por variación de radiaconess, etc. La producción directa de señales eléctricas a partir de variaciones de temperatura se conoce como efecto Seebeck y constituye el principio de funcionamiento de las termocuplas o termopares y de las termo pilas. Los métodos indirectos más comunes son el efecto termo resistivo (variación de la resistencia), en el cual se basan los termistores y las RTDs, y el efecto piro eléctrico (detección de radiaciones térmicas), en el cual se basan los pirómetros, los radiómetro los analizadores de infrarrojos, y otros dispositivos. También es posible medir temperatura alterando las propiedades de uniones semiconductoras. En este método se basan los sensores de temperatura monolíticos, como el popular LM3S. •Efectos ópticos y electrónicos. Permiten la producción de señales eléctricas a partir de radiaciones luminosas directamente (e. fotovoltaico) o indirectamente por variación de la resistencia y otros parámetros eléctricos (e. fotoeléctricos). Ejemplos: detectores fotovoltaicos de luz, llama, color y humo, detectores fotoeléctricos de proximidad,


Universidad Tecnológica de Nogales fotodiodos, fototransistores, opto acopladores, codificadores ópticos, sensores de imagen CCD, sensores basados en fibras ópticas, Efectos autor resonantes. Permiten la producción de oscilaciones eléctricas a partir de fenómenos físicos resonantes como vibraciones mecánicas, ondas acústicas en cuerdas o cavidades, ondas superficiales en líquidos o sólidos, radiaciones nucleares, etc. Ejemplos: resonadores de cuarzo para la medición de temperatura, peso, fuerza y presión; galgas acústicas; sensores basados en cilindros vibrantes, sensores basados en dispositivos de ondas superficiales (SAW), caudalímetros de vórtices, sensores ultrasónicos para la medición de velocidad, caudal, nivel, proximidad. Efectos químicos y electroquímicos. Producen señales eléctricas en respuesta a cambios de concentración de sustancias o iones. Actualmente se dispone también de sensores multifunciónales, hechos de polímeros semiconductivos especiales, en los cuales se presenta un efecto determinado, digamos una variación de la resistencia, para diferentes tipos (le Variables. Por tanto, un mismo sensor multifuncional puede ser utilizado para medir humedad, presión, temperatura, etc., entregando para cada una el mismo tipo de curva de respuesta de salida, figura 3.16. Son realmente varios sensores en uno, con pilles de acceso para cada variable y la posibilidad de incluir sensores adicionales. Otros tipos de sensores especiales son los transmisores y los sensores inteligentes. Los transistores, en particular, son dispositivos que captan la variable a medir a través de un transductor primario y la transmiten a distancia hacia un dispositivo receptor, digamos el controlador de un proceso, en forma de una señal neumática, electrónica o hidráulica equivalente. Típicamente, los transmisores neumáticos generan una señal estándar de 3 a 15 psi (libras por pulgada cuadrada) para el rango de O al 100% de la variable medida, y los sensores electrónicos análogos una señal de 4 a 20 mA para el mismo rango.Los transductores digitales la envían codificada en algún formato estándar. Los sensores y transductores inteligentes, introducidos por Honcywell en 1983. son sistemas electrónicos completos, basados generalmente en microprocesadores, los cuales, además de su función básica de convertir una variable física en una señal eléctrica equivalente, traen incorporadas funciones adicionales de procesamiento y comunicación como autocalibración, cambio automático del rango de medida. Autodiagnóstico. Compensación ambiental. autocaracterización, interfaces seriales, etc. Son más precisos, estables y confiables que los sensores convencionales, y tienen rangos de medida más amplios. Además, no requieren mantenimiento y simplifican el diseño de sistemas de control.


Universidad Tecnológica de Nogales Sensores más comunes Detectores de ultrasonidos Los detectores de ultrasonidos resuelven los problemas de detección de objetos de prácticamente cualquier material. Trabajan en ambientes secos y pulverulentos. Normalmente se usan para control de presencia/ausencia, distancia o rastreo.

Interruptores básicos Se incluyen interruptores de tamaño estándar, miniatura, subminiatura, herméticamente sellados y de alta temperatura. Los mecanismos de precisión se ofrecen con una amplia variedad de actuadores y características operativas. Los interruptores de Sensores de Control son idóneos para aplicaciones que requieran tamaño reducido, poco peso, repetitividad y larga vida.

Interruptores final de carrera Sensores de Control ofrece la línea de interruptores de precisión de acción rápida más avanzada del mundo para una amplia gama de aplicaciones. Las versiones selladas son estancas a la humedad y otros contaminantes. Los modelos antideflagrantes están diseñados para uso en lugares peligrosos.

Interruptores manuales La amplia selección de productos incluye pulsadores, indicadores, manipulados, balancines, selectores rotativos y conmutadores de enclavamiento. Estos productos ayudan al ingeniero con ilimitadas opciones en técnicas de indicación visual, actuación y disposición de componentes. Muchas versiones satisfacen especificaciones militares.

Productos encapsulados Diseños robustos, de altas prestaciones y resistentes al entorno o herméticamente sellados. Esta selección incluye finales de carrera miniatura, interruptores básicos estándar y miniatura, interruptores de palanca y pulsadores luminosos.

Productos para fibra óptica El grupo de fibra óptica está especializado en el diseño, desarrollo y fabricación de componentes optoelectrónicos activos y submontajes para el mercado de la fibra óptica. Los productos para fibra óptica son compatibles con la mayoría de los conectores y cables de fibra óptica multimodo estándar disponibles actualmente en la industria. También se pueden ofrecer productos bajo especificación del cliente; son productos estándar con pequeñas variaciones para cumplir requisitos especiales. Se desarrollan continuamente nuevos productos.


Universidad Tecnológica de Nogales Productos infrarrojos La optoelectrónica es la integración de los principios ópticos y la electrónica de semiconductores. Los componentes optoelectrónicos son sensores fiables y económicos. Se incluyen diodos emisores de infrarrojos (IREDs), sensores y montajes.

Sensores para automoción Se incluyen sensores de efecto Hall, de presión y de caudal de aire. Estos sensores son de alta tecnología y constituyen soluciones flexibles a un bajo coste. Su flexibilidad y durabilidad hace que sean idóneos para una amplia gama de aplicaciones de automoción.

Sensores de caudal de aire Los sensores de caudal de aire contienen una estructura de película fina aislada térmicamente, que contiene elementos sensibles de temperatura y calor. La estructura de puente suministra una respuesta rápida al caudal de aire u otro gas que pase sobre el chip.

Sensores de corriente Los sensores de corriente monitorizan corriente continua o alterna. Se incluyen sensores de corriente lineales ajustables, de balance nulo, digitales y lineales. Los sensores de corriente digitales pueden hacer sonar una alarma, arrancar un motor, abrir una válvula o desconectar una bomba. La señal lineal duplica la forma de la onda de la corriente captada, y puede ser utilizada como un elemento de respuesta para controlar un motor o regular la cantidad de trabajo que realiza una máquina.

Sensores de humedad Los sensores de humedad relativa/temperatura y humedad relativa están configurados con circuitos integrados que proporcionan una señal acondicionada. Estos sensores contienen un elemento sensible capacitivo en base de polímeros que interacciona con electrodos de platino. Están calibrados por láser y tienen una intercambiabilidad de +5% HR, con un rendimiento estable y baja desviación.

Sensores de posición de estado sólido Los sensores de posición de estado sólido, detectores de proximidad de metales y de corriente, están disponibles en varios tamaños y terminaciones. Estos sensores combinan fiabilidad, velocidad, durabilidad y compatibilidad con diversos circuitos electrónicos para aportar soluciones a las necesidades de aplicación.

Sensores de presión y fuerza Los sensores de presión son pequeños, fiables y de bajo coste. Ofrecen una excelente repetitividad y una alta precisión y fiabilidad bajo condiciones ambientales variables. Además, presentan unas características operativas constantes en todas las unidades y una intercambiabilidad sin recalibración. Sensores de Control le ofrece cuatro tipos de sensores


Universidad Tecnológica de Nogales de medición de presión: absoluta, diferencial, relativa y de vacío y rangos de presión desde ±1,25 kPa a 17 bar.

Sensores de temperatura Los sensores de temperatura se catalogan en dos series diferentes: TD y HEL/HRTS. Estos sensores consisten en una fina película de resistencia variable con la temperatura (RTD) y están calibrados por láser para una mayor precisión e intercambiabilidad. Las salidas lineales son estables y rápidas.

Sensores de turbidez Los sensores de turbidez aportan una información rápida y práctica de la cantidad relativa de sólidos suspendidos en el agua u otros líquidos. La medición de la conductividad da una medición relativa de la concentración iónica de un líquido dado.

Sensores magnéticos Los sensores magnéticos se basan en la tecnología magnetoresisitiva SSEC. Ofrecen una alta sensibilidad. Entre las aplicaciones se incluyen brújulas, control remoto de vehículos, detección de vehículos, realidad virtual, sensores de posición, sistemas de seguridad e instrumentación médica.

Sensores de presión Los sensores de presión están basados en tecnología piezoresistiva, combinada con microcontroladores que proporcionan una alta precisión, independiente de la temperatura, y capacidad de comunicación digital directa con PC. Las aplicaciones afines a estos productos incluyen instrumentos para aviación, laboratorios, controles de quemadores y calderas, comprobación de motores, tratamiento de aguas residuales y sistemas de frenado


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