Tipos de señales y sensores: clasificación y funcionamiento en electrónica

Resumen

El documento explica los seis tipos de señales (mecánicas, térmicas, magnéticas, eléctricas, ópticas y moleculares) y por qué en la práctica se usan sobre todo las eléctricas. Describe los componentes de la medición (transductores, sensores y acondicionadores) y cómo se clasifican los sensores según su aporte de energía, su señal de salida, su modo de funcionamiento y el parámetro medido, con ejemplos como termistores, termopares, potenciómetros o encoders.

Puntos clave

Existen seis tipos de señales: mecánicas, térmicas, magnéticas, eléctricas, ópticas y moleculares, aunque se usan casi siempre las eléctricas.
Un transductor convierte una forma de energía física en otra; un sensor entrega una señal eléctrica en función de la variable medida; un acondicionador amplifica, filtra o digitaliza la señal.
Los sensores pasivos necesitan una fuente auxiliar y su sensibilidad puede modificarse; los activos toman la energía de la propia entrada y son más sencillos de conectar.
Según la salida, los sensores son analógicos (información en la amplitud) o digitales (salida discreta, mayor fidelidad y exactitud).
Según el modo de funcionamiento, los sensores de deflexión producen un efecto opuesto medible, mientras que los de comparación lo anulan con un efecto conocido y suelen ser más exactos.
Para la temperatura existen switches bimetálicos, termocuplas, PTC, NTC, junturas semiconductoras y circuitos integrados, cada uno con una respuesta distinta.

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Tipos de Señales en Electrónica

Existen seis tipos de señales: mecánicas, térmicas, magnéticas, eléctricas, ópticas y moleculares (químicas). Sin embargo, en la práctica, se consideran casi siempre las señales eléctricas. Esto se debe a que hay muchos circuitos integrados que las acondicionan o modifican, y numerosos recursos para registrar o presentar la información que manejan.

Componentes Clave en la Medición con Señales Eléctricas

Transductores

Dispositivos que convierten una señal de una forma física en una señal correspondiente de otra forma física distinta. Son, por lo tanto, dispositivos que convierten un tipo de energía en otro.

Sensores

Dispositivos que, a partir de la energía del medio donde se mide, dan una señal eléctrica que es función de la variable medida.

Acondicionadores

Dispositivos que adaptan la señal proveniente del sensor para ser presentada, registrada o procesada posteriormente. Generalmente, son circuitos electrónicos que amplifican, filtran, adaptan impedancias, modulan, demodulan y digitalizan señales.

Los términos sensor y transductor se utilizan a veces como sinónimos. Sin embargo, sensor sugiere la adquisición de una cantidad física, mientras que transductor sugiere transformación de señales. En la práctica, se denomina sensor al transductor de entrada (señal física/señal eléctrica) y actuador al transductor de salida (señal eléctrica/presentación).

Clasificación de los Sensores

Según el Aporte de Energía

Pasivos: La energía de la señal de salida procede, en su mayor parte, de una fuente auxiliar (ejemplo: termistor). Debido a esta señal auxiliar, necesitan más conexiones y pueden generar peligros de explosión; pero se puede modificar su sensibilidad cambiando la señal auxiliar.
Activos: La energía de la salida es suministrada por la entrada (ejemplo: termopar). Son sencillos de conectar, pero no se puede modificar su sensibilidad.

Según la Señal de Salida

Analógicos: La salida varía en forma continua (ejemplo: potenciómetros). La información está en la amplitud.
Digitales: La salida varía en forma discreta (ejemplo: encoders). Tienen mayor fidelidad, fiabilidad y exactitud.

Según el Modo de Funcionamiento

De Deflexión: La magnitud medida produce algún efecto físico, que engendra un efecto similar, pero opuesto, en alguna parte del instrumento (ejemplo: dinamómetro).
De Comparación: Se busca mantener nula la deflexión mediante un efecto conocido, opuesto al generado por la magnitud a medir (ejemplo: balanza). Estas medidas suelen ser más exactas debido a que el efecto conocido puede ser calibrado con un patrón.

Según el Parámetro Medido

Temperatura

Switch bimetal: Llave que abre o cierra en función de una temperatura de referencia, del tipo on-off, digital.
Termocupla: Entrega tensión en función de la temperatura (V/°C).
PTC (Positive Temperature Coefficient): Varía la resistencia en función de la temperatura, con coeficiente positivo (mayor temperatura, mayor resistencia). La variación puede ir entre 20Ω y 2KΩ.
NTC (Negative Temperature Coefficient): Varía la resistencia en función de la temperatura, con coeficiente negativo (mayor temperatura, menor resistencia). La variación puede ir entre 50Ω y 1MΩ.
Juntura semiconductora: Se aprovecha la variación de V_BE con la temperatura (-2mV/°C), que se refleja en un aumento de la corriente de colector.
Circuitos integrados: Entregan corriente en función de la temperatura (A/°C).

Desplazamiento

Potenciómetros:
- Con contacto: Varía la resistencia en función del desplazamiento lineal.
- Sin contacto: Varía la resistencia en función del desplazamiento angular.
LVDT (Linear Variable Differential Transformer): Transformador diferencial de variación lineal. Entrega una tensión en función del desplazamiento lineal o una frecuencia en función del desplazamiento angular.
Sincros: Entregan una tensión en función del desplazamiento angular.
Inductosyn: Entrega tensión en función del desplazamiento lineal.
Ópticos:
- Absolutos: Entregan una combinación en un determinado código binario.
- Incrementales: Entregan un tren de pulsos.
En ambos, la señal entregada es función del desplazamiento angular.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es la diferencia entre sensor y transductor?

El término sensor sugiere la adquisición de una cantidad física, mientras que transductor sugiere transformación de señales. En la práctica, se llama sensor al transductor de entrada (señal física a eléctrica) y actuador al transductor de salida.

¿Qué diferencia hay entre un sensor pasivo y uno activo?

Un sensor pasivo toma la energía de su señal de salida, en su mayor parte, de una fuente auxiliar, por lo que su sensibilidad puede modificarse pero necesita más conexiones. Un sensor activo obtiene la energía de la propia entrada, es más sencillo de conectar y no permite modificar su sensibilidad.

¿Por qué en electrónica se prefieren las señales eléctricas?

Porque existen muchos circuitos integrados que las acondicionan o modifican y numerosos recursos para registrar o presentar la información que manejan.