Sensores Ultrasonicos

SENSORES ULTRASONICOS

Los sensores de ultrasonidos son detectores de proximidad que detectan objetos a distancias de hasta x metros (dependiendo del tipo de sensor). El sensor emite impulsos ultrasónicos, estos reflejan en un objeto, el sensor recibe el eco producido y lo convierte en señales eléctricas, las cuales son elaboradas en el aparato de valoración. Estos sensores trabajan solamente en el aire, y pueden detectar objetos con diferentes formas, colores, superficies y de diferentes materiales. Los materiales pueden ser sólidos, líquidos o polvorientos, sin embargo han de ser deflectores de sonido. Los sensores trabajan según el tiempo de transcurso del eco, es decir, se valora la distancia temporal entre el impulso de emisión y el impulso del eco.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO: Pasivo, puesto que funciona mediante alguna energía externa para que el sensor pueda funcionar

TIPO DE SEÑAL ELÉCTRICA QUE GENERA: Análoga o digital, depende de lo que necesitemos medir

RANGO DE VALOR QUE PROPORCIONA: De medida, ya que entrega diferentes valores (ya sea de distancia o posición)

NIVEL DE INTEGRACIÓN: Discreto, porque necesita un circuito por aparte para que el sensor pueda funcionar

TIPO DE VARIABLE FÍSICA MEDIDA: Presencia y/o posición de objetos

MEDICION :

Midiendo el tiempo que transcurre entre la emisión del sonido y la percepción del eco se puede establecer la distancia a la que se encuentra el obstáculo que ha producido la reflexión de la onda sonora, mediante la fórmula:

D=1/2(V*T)

donde V es la velocidad del sonido en el aire y T es el tiempo transcurrido entre la emisión y recepción del pulso.

Sensores Mecanicos

SENSORES MECÁNICOS

Son dispositivos que cambian su comportamiento bajo la acción de una magnitud física que pueden directa o indirectamente transmitir una  señal que indica cambio.

Ø  Directamente: la conversión de una forma de energía a otra se llaman transductores.

Ø   Indirecta: Sus propiedades como la resistencia, la capacitancia o inductancia.

Ø  La señal de un sensor puede ser usada para detectar y corregir las desviaciones de los sistemas de control, e instrumentos de medición.

Ø  Son interruptores que se activan por la pieza de seguimiento.

Ø  Estos sensores tienen dos posiciones diferentes, dentro y fuera, abierta o cerrada y que sirven para definir el estado del monitor de escenario.

Los sensores mecánicos son utilizados para medir: Desplazamiento, posición, tensión, movimiento, presión, flujo.

Existen dos tipos de funcionamiento:

Efecto piezoresistivo: convierte una tensión aplicada en un cambio en la resistencia que puede sentirse circuitos electrónicos tales como el puente de Wheatstone.

El efecto piezoresistivo puede usarse en sensores que miden presión.

Efecto piezoeléctrico: convierte una tensión (fuerza) aplicada en una diferencia de potencial eléctrica. El efecto piezoeléctrico es reversible, así que un cambio en el voltaje también genera una fuerza y un cambio correspondiente en el espesor.

En la industria, el principio piezoeléctrico puede utilizarse en sensores utilizados para medir presiones, fuerzas y control de las herramientas de las máquinas y medición de vibraciones.

TIPOS DE SENSORES

Sensor tunneling: El efecto tunneling es un método extremadamente exacto para sentir desplazamientos a escala nanómetros.

Pero su naturaleza altamente no lineal requiere el uso de control de retroalimentación para hacerlo útil.

Sensores capacitivos o sandwich: estos sensores tienen una lámina fija y otra móvil. Cuando una fuerza se aplica a la lámina móvil, el cambio en capacitancia origina un desplazamiento.

Sensores  limitswitch, más conocidos como sensores de final de carrera o sensor de contacto, son dispositivos eléctricos, neumáticos o mecánicos situados al final del recorrido de un elemento móvil.

CLASIFICACIÓN DE LOS SENSORES MECANICOS

Ø  El principio de funcionamiento de los sensores mecánicos es Pasivo.

Ø  Según el tipo de señal eléctrica que genera se clasifican en los Análogos.

Ø  Según el nivel de integración se clasifican en sensores Discretos.

Ø  Según el tipo de variable física medida  se clasifican en sensores de desplazamiento, posición, tensión, movimiento, presión y flujo.

Ø  La frecuencia máximaque puede ser utilizada con los sensores mecánicos es 100Hz, ya que cuando es mayor la lectura puede que no sea buena por la rapidez de la frecuencia.

VENTAJAS

Ø  Detectan la ausencia o presencia de elementos.

Ø  No se equivocan en la medición si se trabaja a una frecuencia correcta y al tener contacto directo con el sensor la medida siempre es exacta.

DESVENTAJAS

Ø  Por tener contacto directo con los objetos a medir tienen desgaste en la pieza.

Ø  Poca resistencia a la oxidación, por estar al aire libre el clima puede afectarlo.

Ø  Son normalmente muy grandes, necesitan un espacio mayor frente a otros elementos sensoricos.

Sensores de Presion

SENSORES DE PRESION

Definiciones:

Sensor: Un sensor es cualquier dispositivo quedetecta una determinada acción externa. Lossensores existen desde siempre, y nunca mejordicho, porque el hombre los tiene incluidos en sucuerpo y de diferentes tipos.[1]

Presión: La Presión es la magnitud que relaciona la fuerza con la superficie sobre la que actúa, es decir, equivale a la fuerza que actúa sobre la unidad de superficie.[2]

Funcionamiento del sensor de presión:

Suelen estar basados en la deformación de un elemento elástico cuyo movimiento es detectado por un transductor que convierte pequeños desplazamientos en señales eléctricas analógicas, más tarde se pueden obtener salidas digitales acondicionando la señal.[3]

Medidas de presión:

Pascales internacionalmente

PSI (libra por pulgada cuadrada) en países de habla inglesa.

Ejemplos de sensores de presión:

Presión de ruedas de vehículos.

Ollas a presión y ollas para esterilizar.

Frenos ABS

Seguridad en bancos con sensores de presión en el suelo en caso de que se acceda a un lugar restringido y cajas fuertes para bloquearlas en el momento que se ejerza presión sobre cualquier parte.

Sensores en la industria para pesar y medir presión de gases y líquidos.

En robótica los sensores en los dedos de los robots permiten calcular la presión ejercida para no dañar el objeto que va a tomar.

Las principales funciones del sensor de presión se encuentran en las industrias de químicos, entre su mayor impacto se encuentran las presiones de líquidos y gases, también es muy común ver en los hogares pesas que tienen el mismo principio de presión.

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[1] Tomado de http://arantxa.ii.uam.es/~gdrivera/robotica/h_datos/Sensores_Acond.pdf

[2]Tomado de http://www.darwin-milenium.com/estudiante/Fisica/Temario/Tema4.htm

[3]http://www.info-ab.uclm.es/labelec/solar/Componentes/SPRESION.htm

Sensores Opticos

SENSORES OPTICOS

QUE SON

Son capaces de detectar diferentes factores a través de un lente óptico.

Las señales que se transmiten y detectan son luminosas.

Se basa en el aprovechamiento de la interacción entre la luz y la materia para determinar las propiedades de esta.

FUNCIONAMIENTO

Existen diferentes técnicas ópticas que pueden aplicarse a la medida de diferentes parámetros. Podemos medir la atenuación-transmisión espectral de la luz al atravesar un determinado medio, lo que nos permitirá encontrar los elementos discretos presentes en ese medio y su concentración.

TIPOS DE SEÑAL

Fotodiodo:Es una unión p-n polarizada inversamente. Cuando la luz no incide sobre el dispositivo sólo una pequeña cantidad de corriente fluye. Cuando la luz incide, se generan portadores y fluye una mayor corriente eléctrica.Son dispositivos de alta impedancia y operan a bajas corrientes; presentan una respuesta lineal que se incrementa con la iluminación, y generalmente presentan una muy rápida respuesta en el tiempo.

Fototransistor:Este dispositivo presenta mayor corriente que un fotodiodo, para niveles comparables de iluminación. No operan tan rápido como un fotodiodo y presentan altas corrientes de obscuridad.Básicamente un transistor con la corriente de base generada por la iluminación de la unión base-colector. La operación normal del transistor amplifica la pequeña corriente de base.

Óptica integrada:Permite el análisis de datos adquiridos ópticamente (usualmente de sensores de fibra óptica). En estos dispositivos, las fibras ópticas son alineadas sobre la superficie del chip a través de canales maquinados en el substrato.

Los componentes pasivos incluyen:

• Dobladores.

• Acopladores.

• Espejos.

• Multiplexores divisores de longitud de onda.

• Polarizadores.

Mientras que los componentes activos incluyen:

• Diodos láser.

• Fotodiodos.

• Interruptores ópticos

APLICACIONES

• Sistema de protección tipo barrera en rejillas de acceso en una prensa hidráulica.
• Detección de piezas que viajan a muy alta velocidad en una línea de producción.
• Detección de piezas en el interior de pinzas.
• Los mouse de computadora.
• También pueden utilizarse para leer y detectar información como:

§  La velocidad de un auto que viene   por       la carretera.

§  Detección de billetes y monedas falsos.

Sensores de Temperatura

RESUMEN DE SENSORES DE TEMPERATURA

Definición: Son aquellos dispositivos que se usan para medir la temperatura en determinadas situaciones, ya sea en el aire o en la superficie de líquidos y sólidos.

Introducción: La temperatura es una de las magnitudes físicas que más necesitan medirse, por lo cual se han desarrollado varios tipos de sensores para diferentes aplicaciones, tanto a nivel domestico como en procesos industriales.

En la actualidad se ha logrado un gran avance tecnológico en los sensores de temperatura, lo cual representa una gran ventaja para lograr confiabilidad y evitar posibles errores de funcionamiento que puedan causar catástrofes como costosas pérdidas materiales o hasta vidas humanas. 

Funcionamiento: Generalmente los sensores de temperatura usan diferentes efectos físicos para convertir la temperatura en una magnitud eléctrica, la cual puede ser medida y posteriormente interpretada dependiendo del tipo de sensor.

TIPOS DE SENSORES DE TEMPERATURA

Termopares: Es un transductor formado por la unión de dos metales distintos, el cual produce un voltaje en función de la diferencia de temperatura entre sus extremos. Están adaptados a temperaturas muy elevadas y son mecánicamente estables.

Semiconductores: Se basan en la variación de la conducción eléctrica de una unión polarizada directamente. La variación de la temperatura se detecta en la medida en que cambia la tensión en la corriente a través del material semiconductor.

Resistivos: También llamadas termo resistencias, trabaja según el principio de que en la medida que varía la temperatura su resistencia varia, y la magnitud de la modificación puede relacionarse con la variación de la temperatura, es decir, el valor de la resistencia aumenta con el aumento de la temperatura.

RTD: Son los que detectan la temperatura de las resistencias, es decir, se basan en la variación de la resistencia de un conductor con la temperatura.

NTC/PTC: Tienen el mismo principio de funcionamiento mediante resistencias, solo que NTC usa un coeficiente de temperatura negativo y PTC usa un coeficiente de temperatura positivo.

APLICACIONES

Transporte: En los diferentes medios de transporte se requiere tener un control confiable de la temperatura, ya sea por comodidad o por el tipo de carga que se lleva, como pueden ser alimentos, productos químicos, etc.

Maquinaria o equipos: Compresores, sistemas hidráulicos, maquinaria industrial, robótica, reactores químicos, nucleares, etc. Es decir, en los diferentes campos de la industria en los que constantemente se aplican procesos que exigen un control preciso de las temperaturas involucradas.

Aire acondicionado y refrigeración: En la vida cotidiana se necesita constantemente un control adecuado de la temperatura del ambiente, por ejemplo mediante el aire acondicionado, la refrigeración o la calefacción en diferentes lugares dependiendo de la necesidad.

Sensores Inductivos

Sensor inductivo

Los sensores inductivos son una clase especial de sensores que sirven para detectar materiales metálicos ferrosos. Son de gran utilización en la industria, tanto para aplicaciones de posicionamiento como para detectar la presencia o ausencia de objetos metálicos en un determinado contexto: detección de paso, de atasco, de codificación y de conteo.

Componentes

El sensor inductivo empleado en automoción está formado por:

1 Un imán permanente.

2 Una bobina envolviendo el imán permanente, y de cuyos extremos se obtiene la tensión.

3 Una pieza de material ferro magnético que se coloca en el elemento en movimiento y sirve para detectar su paso cerca del sensor. Esta pieza puede tener varios dientes formando una corona.

Funcionamiento

El sensor inductivo se basa en la tensión generada en la bobina cuando se la somete a una variación de un campo magnético. Al estar la bobina arrollada en el imán queda bajo un campo magnético fijo y para variarlo se acerca al imán una pieza de material ferro magnético. Las líneas de fuerza del imán son desviadas por el material ferro magnético y el campo magnético varia. Esta variación crea una tensión alterna en la bobina. Mientras la pieza ferro magnético se acerca al sensor, la tensión disminuye y cuando la pieza se aleja, la tensión aumenta.

La pieza ferro magnética debe mantener una separación mínima con el sensor inductivo pero sin que se produzca rozamiento. Esta distancia es conocida como entrehierro y suele ser entre dos y tres decimas. Si esta distancia es mayor, la tensión generada en los extremos de la bobina será menor, mientras que si la medida es más pequeña la tensión será mayor, pero puede aparecer rozamiento a causa de alguna impureza.

Estados de un sensor inductivo

En función de la distancia entre el sensor y el objeto, el primero mantendrá una señal de salida

1.- Objeto a detectar ausente:

• amplitud de oscilación al máximo, sobre el nivel de operación;
• la salida se mantiene inactiva (OFF).

2.- Objeto a detectar acercándose a la zona de detección:

• se producen corrientes de Foucault, por tanto hay una “transferencia de energía”;
• el circuito de detección detecta una disminución de la amplitud, la cual cae por debajo del nivel de operación;
• la salida es activada (ON).

3.- Objeto a detectar se retira de la zona de detección:

• eliminación de corrientes de Foucault;
• el circuito de detección detecta el incremento de la amplitud de oscilación;
• como la salida alcanza el nivel de operación, la misma se desactiva (OFF).

Distancia de sensado

La distancia de sensado (Sn) especificada en la hoja de datos de un sensor inductivo está basada en un objeto de estándar con medidas de 1" x 1" de hierro dulce. Este valor variará sensiblemente si se quiere detectar otros tipos de metales, incluso con materiales ferrosos como el acero inoxidable (SS). Para otros no ferrosos, como el aluminio, pueden ser detectados, pero a menores distancias.

En el siguiente gráfico se puede ver como varía la distancia de detección en función del material a detectar y el tamaño del mismo.