Sensores resistivos, capacitivos e inductivos: características, ventajas y limitaciones

Resumen

El documento describe los principales tipos de sensores electrónicos agrupados según su principio de funcionamiento: resistivos (potenciómetro, galgas extensiométricas, RTD, termistor y LDR), capacitivos e inductivos (incluidos el transformador diferencial, el transformador variable y el potenciómetro inductivo). Para cada uno se indican su funcionamiento básico, sus ventajas y sus limitaciones.

Puntos clave

Los sensores resistivos varían su resistencia según un fenómeno físico: desplazamiento, esfuerzo mecánico, temperatura o luz.
El potenciómetro es robusto, fiable, simple y económico, pero presenta rozamiento, autocalentamiento e inercias.
Las galgas extensiométricas cambian su resistencia por esfuerzo mecánico y no deben superar el límite elástico.
Los RTD y termistores varían su resistencia con la temperatura; los termistores pueden ser NTC o PTC según su dopaje.
Los sensores capacitivos funcionan como condensadores variables sin contacto, cuya capacidad cambia con la proximidad de un material.
Los sensores inductivos se basan en la variación de la reluctancia y son inmunes a la humedad, aunque presentan campo magnético parásito e interferencias.
El transformador diferencial ofrece alta sensibilidad y linealidad, pero es sensible a la temperatura.

Ponte a prueba

Sensores resistivos

Potenciómetro (dispositivo electromecánico que consta de una resistencia sobre la cual se desplaza un contacto deslizante). Robustos, fiables, simples y económicos.

Ventajas: Robustos, fiables, sencillos y económicos.
Inconvenientes: Mecánicos: rozamiento, autocalentamiento, inercias.

Galgas extensiométricas

(Resistencia sometida a esfuerzo mecánico; este esfuerzo hace que varíe la resistencia. No debe superar el límite elástico).

Características: Pequeño tamaño, lineal, baja impedancia.
Limitaciones: Deriva por temperatura, deformación del material, autoescalfamiento, transmisión de esfuerzo.

RTD (Resistance Temperature Detector)

(Resistencia cuya resistencia depende de la temperatura).

Características: Alta sensibilidad, repetibilidad, duradero y exacto.
Limitaciones: Límite de temperatura, autocalentamiento, necesidad de disipar calor, sensibilidad a deformaciones mecánicas.

Termistor

Variación del anterior, pero con semiconductor cuya resistencia depende del dopaje; puede ser NTC o PTC.

LDR (Light Dependent Resistor)

(Variación de la resistencia de un semiconductor mediante la luz; la radiación aporta energía para que los electrones salten a la otra banda).

Ventajas: Económicos, selectivos.
Inconvenientes: No lineales, respuesta temporal desigual, sensibles a la temperatura y al ruido.

Sensores capacitivos

Condensador variable (interruptor capacitivo que trabaja sin contacto; crean un campo eléctrico que varía según la proximidad del material al que son sensibles. Esta variación altera su capacidad).

Características: Múltiples geometrías, fácil adaptación, sin desplazamiento, sin fricción, estabilidad y sin envejecimiento.
Limitaciones: Aislamiento alto requerido, susceptibilidad a interferencias, cables con capacidad parásita, no linealidad y alta impedancia.

Sensores inductivos

Basados en la variación de la reluctancia. Generan un campo magnético mediante una bobina que forma parte de la resonancia; si una pieza metálica entra en el campo, provoca una alteración (transducción). Esta variación depende del número de espiras, la permeabilidad y la geometría de la bobina.

Ventajas: Inmunes a la humedad, requieren poca carga mecánica, alta sensibilidad.
Limitaciones: Campo magnético parásito, variación de R y L (no constantes), interferencias, alta impedancia.

Transformador diferencial

(Variación de la inductancia entre primario y secundario debido al desplazamiento a lo largo del núcleo de una pieza metálica unida a la pieza cuyo desplazamiento se quiere medir; el primario se alimenta con corriente alterna).

Ventajas: Alta sensibilidad, fiabilidad y respuesta; lineal, duración ilimitada y gran resolución.
Limitaciones: Imposible lograr simetría perfecta en el bobinado, sensible a la temperatura.

Transformador variable

(Cuando el devanado se desplaza variará el acoplamiento y la tensión inducida en el secundario; la variación puede ser angular o lineal).

Ventajas: Poca carga mecánica, gran rango de temperatura, no afectado por la humedad, soporta choques, permite transmisión analógica a gran distancia.
Limitaciones: Necesita alimentar el primario.

Potenciómetro inductivo

(Dos devanados: uno fijo —estator— y otro que gira —rotor—; cada uno con núcleo ferromagnético).

Preguntas frecuentes

¿Qué ventajas tiene el potenciómetro como sensor resistivo?

Es un sensor robusto, fiable, sencillo y económico. Sus principales inconvenientes son mecánicos, como el rozamiento, el autocalentamiento y las inercias.

¿Qué limitaciones presentan los sensores capacitivos?

Requieren un aislamiento alto, son susceptibles a interferencias y sus cables pueden tener capacidad parásita. Además presentan no linealidad y alta impedancia.

¿Por qué los sensores inductivos son inmunes a la humedad?

Según el texto, son inmunes a la humedad y requieren poca carga mecánica. Su funcionamiento se basa en la variación de la reluctancia de una bobina.