Principios de Funcionamiento de Sensores Comunes: Termopar, PT100, Ultrasonidos y Más

Funcionamiento de Sensores Industriales

Encoder Absoluto

En el encoder absoluto, a diferencia de otros tipos, todas las posiciones tienen asociado su propio código único. No existe una posición privilegiada o inicial. Si ocurre un fallo de energía, por ejemplo, el encoder está en capacidad de recordar la última posición en la cual quedó antes del fallo.

Tipos de Sensores y su Funcionamiento

1. Termopar

   Su funcionamiento se basa en el efecto Seebeck (descubierto en 1821). Este efecto describe la circulación de una corriente en un circuito formado por dos metales diferentes cuyas uniones (unión de medida o caliente y unión de referencia o fría) se mantienen a distintas temperaturas. Esta circulación obedece a dos fenómenos combinados:

   • Efecto Peltier: Provoca la liberación o absorción de calor en la unión de dos metales distintos cuando una corriente circula a través de ella.
   • Efecto Thomson: Consiste en la liberación o absorción de calor cuando una corriente circula a través de un metal homogéneo en el que existe un gradiente de temperaturas.

2. Sensor PT100

   Un PT100 es un sensor de temperatura. Consiste en un alambre de platino que a 0 °C tiene 100 ohmios de resistencia eléctrica. Al aumentar la temperatura, su resistencia también aumenta. Aunque el incremento de la resistencia no es perfectamente lineal, sí es creciente y característico del platino, de tal forma que mediante tablas de calibración es posible determinar la temperatura exacta correspondiente a un valor de resistencia medido.

3. Sensor de Ultrasonidos

   Estos sensores basan su funcionamiento en la medición de la velocidad de transmisión del sonido en un fluido, la cual varía al cambiar la velocidad del propio fluido. Existen varios métodos para realizar esta medición, entre ellos:

   • Tiempo de tránsito
   • Desplazamiento Doppler

   (Nota: La descripción original solo mencionaba "Tiempo de transito, Desplazamiento", se ha interpretado y ampliado ligeramente para mayor claridad).

4. Galga Extensiométrica

   Una galga extensiométrica o extensómetro es un sensor que mide la deformación, presión, carga, par, posición, etc. Su funcionamiento se basa en el efecto piezorresistivo: la propiedad que tienen ciertos materiales de cambiar el valor nominal de su resistencia eléctrica cuando se les somete a esfuerzos mecánicos y se deforman.

5. Célula de Carga

   Para determinar el nivel de un material dentro de un silo (independientemente del tipo de silo), se instalan elementos de pesaje, conocidos como células de carga, en su estructura de soporte. Estos miden el peso total (silo + material). Restando el peso conocido del silo vacío, se obtiene el peso neto del material contenido. Conociendo el peso del material, la geometría del silo y las características del producto (como su densidad), es posible calcular el nivel.

6. Sensor Inductivo

   Un sensor inductivo detecta la presencia de objetos metálicos. Su principio de funcionamiento implica un campo electromagnético generado por una bobina. Cuando un objeto metálico entra en este campo, induce corrientes de Foucault en el objeto, lo que a su vez afecta la inductancia de la bobina o la carga del oscilador del sensor, provocando la conmutación de su salida.

   (Nota: La descripción original mencionaba una comparación con un sensor resistivo no descrito, se ha ajustado para explicar el principio inductivo directamente).

7. Transformador Diferencial (LVDT)

   El Transformador Diferencial de Variación Lineal (LVDT) es uno de los métodos más populares y efectivos para la medida precisa de posición lineal. Su construcción y principio de funcionamiento son relativamente simples. Están constituidos por tres arrollamientos (bobinas) coaxiales sobre un cilindro aislante y un núcleo ferromagnético móvil cuya posición determina el voltaje diferencial inducido en las bobinas secundarias.

8. Sensor Capacitivo

   Un sensor capacitivo basa su funcionamiento en la variación de la capacidad eléctrica. La capacidad (C) de un condensador depende de sus dimensiones (área de las placas, distancia entre ellas) y del material dieléctrico presente entre las placas. Si alguna de estas características varía en función de la magnitud a medir (por ejemplo, la proximidad de un objeto), la capacidad cambiará (efecto capacitivo).

   Estos sensores reaccionan ante objetos metálicos y no metálicos. Cuando un objeto se aproxima a la superficie activa del sensor, altera el campo electrostático y cambia la capacidad del sistema. Si este cambio sobrepasa un umbral determinado, el sensor conmuta su salida. La distancia de detección para un material específico es mayor cuanto más elevada sea su constante dieléctrica.