Fundamentos de Sensores, Actuadores y Sistemas de Control en la Industria

Componentes de Medición y Transmisión

Sensor

Es el componente del sistema que está en contacto directo con la magnitud física que se desea medir o evaluar. Su función es recibir dicha magnitud y transmitirla al transductor.

Transductor

Es el componente que recibe la magnitud medida por el sensor y la convierte o adapta a otra magnitud, generalmente una señal eléctrica, que sea más operativa para el sistema. En otras palabras, transforma una magnitud física, que el sistema no puede interpretar directamente, en una señal que sí puede procesar. Frecuentemente, el transductor integra al sensor como un componente interno.

Captador

Se trata de un tipo de transductor cuya señal de salida no es de naturaleza eléctrica. Al igual que otros transductores, también incluye un sensor.

Transmisor

Es el conjunto de elementos y conexiones encargado de transmitir y, en ocasiones, transformar la información captada por los sensores para que esta se convierta en una variable interpretable y útil para el sistema de control.

Servosistemas

Un servosistema es un sistema cuyo funcionamiento está gobernado por las desviaciones entre el valor instantáneo de la variable controlada y su valor predeterminado o de consigna. Se caracteriza por ser un sistema en lazo cerrado y de entrada variable.

Propiedades de los Sistemas de Medida

• Rango de medida: Es la diferencia entre los valores máximo y mínimo que el instrumento puede medir. A menudo se le denomina fondo de escala.
• Resolución: Es la menor variación de la magnitud física que el sensor es capaz de detectar y mostrar.
• Exactitud: Es la proximidad entre el valor medido por el instrumento y el valor real de la magnitud.
• Precisión: Es la capacidad de un instrumento para proporcionar resultados muy similares al medir repetidamente la misma magnitud bajo las mismas condiciones.
• Sensibilidad: Es la relación entre la variación en la señal de salida del instrumento y la variación en la magnitud física de entrada que la provoca.

Comparadores o Detectores de Error

Este elemento compara el valor de la variable controlada con el valor de consigna (el valor deseado). Como resultado, emite una señal de error que representa la diferencia entre ambos valores.

Neumáticos

La diferencia entre dos señales neumáticas se determina comparando sus presiones mediante un fuelle. Mientras las presiones son iguales, el fuelle no se desvía de su posición central.

Mecánicos

Utilizan dos barras que se desplazan axialmente según el empuje que reciben. Una de ellas representa el punto de consigna. Cuando los esfuerzos son idénticos, una barra central se mantiene en una posición de equilibrio (por ejemplo, perpendicular a las otras).

Eléctricos

Se basan en el uso de un puente de potenciómetros. La señal de error se obtiene como una diferencia de potencial entre los cursores de dos potenciómetros, que pueden ser tanto lineales como circulares.

Electrónicos

Se emplean dispositivos electrónicos de detección, siendo los amplificadores operacionales uno de los componentes más comunes para esta función.

Actuadores

Son los dispositivos encargados de ejecutar una acción de control sobre el proceso, como mover una válvula, una compuerta o un circuito. Actúan en respuesta a una señal (eléctrica, neumática, etc.) procedente del controlador. Ejemplos de actuadores incluyen interruptores, bobinas, relés y rectificadores controlados de silicio (SCR).

En sistemas neumáticos o hidráulicos, se pueden emplear servomotores de válvula o de pistón, gobernados por la presión del aire o de otro fluido.

También son muy utilizados los servomotores de corriente continua (CC) y de corriente alterna (CA), presentando generalmente un mejor rendimiento los de CC en aplicaciones de control de precisión.

Tipos de Amplificadores Comunes

• Eléctricos: relés.
• Electrónicos: amplificadores operacionales, transistores.
• Neumáticos o hidráulicos.

Dispositivos Finales de Control Habituales

• Cilindros neumáticos e hidráulicos.
• Motores de corriente continua (CC).
• Motores de corriente alterna (CA).
• Motores paso a paso.