Tipos de Sensores y Transductores: Funcionamiento y Aplicaciones

Sensores: Conceptos Básicos

Nombre Genérico: Transductores o Detectores

Los sensores son elementos fundamentales en los sistemas de control, ya que se encargan de medir el valor de una magnitud física. La elección del sensor adecuado depende de la variable que se desea medir y del rango de valores que se espera obtener.

Transmisores: Conversión de Señales

Los transmisores son dispositivos que transforman una señal de entrada en una señal de salida diferente. Las señales de salida más comunes en la industria son las neumáticas y las eléctricas:

• Señales Neumáticas: La variable medida se convierte en un valor de presión de aire proporcional a su magnitud. La señal neumática estándar varía entre 3 y 15 psi.
• Señales Eléctricas: La variable medida se convierte en una señal eléctrica, como voltaje o corriente, proporcional a su magnitud.

Transductores de Presión

Los transductores de presión son dispositivos que convierten una presión en una señal medible, generalmente eléctrica. A continuación, se describen algunos de los tipos más comunes:

Sistema Tobera-Obturador

Este sistema consiste en un tubo neumático presurizado a una presión constante P. En la salida del tubo, se encuentra una tobera que puede ser obstruida por una lámina llamada obturador. La posición del obturador, que depende del elemento de medida, regula el flujo de aire y, por lo tanto, la presión de salida.

Tubo de Bourdon

El tubo de Bourdon es uno de los métodos más utilizados para medir presiones. Consiste en un tubo aplanado de bronce o acero curvado en forma de arco. Cuando se aplica presión al interior del tubo, este tiende a enderezarse. Este movimiento se transmite a un cuadrante a través de un mecanismo amplificador. Los tubos de Bourdon para altas presiones se fabrican en acero. La precisión de este instrumento depende en gran medida de la calidad del tubo, por lo que es fundamental que se fabriquen siguiendo normas rigurosas y que sean envejecidos cuidadosamente por el fabricante.

Transductores Resistivos

Estos transductores son de los más sencillos en el ámbito eléctrico. Se componen de un elemento elástico, como un tubo de Bourdon o una cápsula, que modifica la resistencia óhmica de un potenciómetro en función de la presión aplicada. El potenciómetro puede ser de un solo hilo continuo o estar arrollado en una bobina, siguiendo un patrón lineal o no lineal de resistencia.

Transductores Magnéticos

En estos transductores, el desplazamiento de un núcleo móvil dentro de una bobina modifica la inductancia de esta de manera casi proporcional a la porción metálica del núcleo que se encuentra dentro de la bobina.

Transductores Capacitivos

Estos transductores se basan en la variación de la capacitancia que ocurre en un condensador cuando una de sus placas se desplaza debido a la presión aplicada. La placa móvil suele tener forma de diafragma y se ubica entre dos placas fijas. Esto crea dos condensadores: uno con capacitancia fija (referencia) y otro con capacitancia variable. Estos condensadores se pueden comparar en circuitos oscilantes o en circuitos de puente de Wheatstone alimentados con corriente alterna.

Transductores Piezoeléctricos

Los elementos piezoeléctricos están hechos de materiales cristalinos que, al deformarse físicamente por la acción de una presión, generan una señal eléctrica. Dos materiales comúnmente utilizados en estos transductores son el cuarzo y el titanato de bario. Estos materiales pueden soportar temperaturas de alrededor de 150°C en servicio continuo y hasta 230°C en servicio intermitente.

Los transductores piezoeléctricos son ligeros, pequeños y de construcción robusta. Su respuesta a una variación de presión es lineal. Sin embargo, son sensibles a los cambios de temperatura y su señal de salida es relativamente débil, lo que requiere el uso de amplificadores y acondicionadores de señal que pueden introducir errores en la medición.