Sensores y Transductores: Tipos, Funcionamiento y Aplicaciones Industriales

Sensores de Posición

Los sensores de posición son elementos encargados de detectar cuando un objeto se encuentra en una posición acotada. Son muy útiles tanto en aplicaciones industriales como cotidianas.

• Finales de Carrera: Son interruptores que sirven para detectar la posición de una pieza. Cuando esta alcanza el extremo de su carrera, actúan mecánicamente sobre una palanca o émbolo, produciendo cambios internos. Se clasifican según el tipo de elemento actuador. Un ejemplo común es la luz de marcha atrás de un coche, que se activa con la palanca de cambios en la posición R.
• Sensores Inductivos: Se basan en un campo magnético que se modifica por la presencia de un material ferromagnético. Se utilizan cuando no hay espacio para sensores mecánicos o en condiciones ambientales adversas. Su principal inconveniente es que no se pueden utilizar en entornos con campos magnéticos intensos.
• Detectores Inductivos: Reaccionan ante materiales que producen pérdidas por el efecto Foucault. Utilizan un campo magnético variable y permiten detectar objetos a una distancia máxima de 40 mm. Existen versiones para corriente alterna y continua.
• Sensores de Proximidad Capacitivos: Utilizan un campo eléctrico para reaccionar frente al objeto a detectar. El electrodo sensor tiene forma de disco. Permiten detectar objetos a una distancia de hasta 40 mm, incluyendo líquidos, objetos metálicos, sustancias en polvo o en grano. No deben ser utilizados con objetos adhesivos y requieren que los objetos tengan cierta densidad para perturbar el oscilador.
• Sensores Ópticos: Existen para diferentes distancias y permiten detectar todo tipo de objetos. Pueden ser directos o con fibras ópticas. En ambos casos, la luz es modulada por infrarrojos. La detección puede ser por reflexión o por barrera. Los ambientes con mucho polvo pueden afectar su funcionamiento. Pueden reemplazar a los sensores inductivos y capacitivos cuando se necesitan mayores distancias.
• Células Fotoeléctricas: Se utilizan para grandes distancias, empleando infrarrojos para detectar objetos y personas. Son comunes en aplicaciones como el control de paso de vehículos o personas, detección de paquetes en cintas transportadoras y medición de nivel de líquidos y sólidos. Existen tres sistemas principales de detección:
  • Barrera: Emisor y receptor separados, con un alcance de hasta 200 m.
  • Reflexión: El emisor y el reflector están en el mismo módulo, con un alcance de hasta 10 m.
  • Proximidad: El emisor y el receptor están en el mismo módulo, detectando objetos próximos, con un alcance de hasta 15 m.

Sensores de Desplazamiento

• Medidas de Grandes Distancias: Se utiliza el radar, compuesto por un transmisor de radiaciones electromagnéticas emitidas por una antena y un receptor que amplifica los ecos recibidos del objeto. Puede medir distancias de hasta 10 km. Para distancias de hasta 100 m, se utilizan ultrasonidos, y para distancias medias, rayos láser.
• Distancias Cortas: Para distancias de pocos metros, se utiliza un potenciómetro acoplado a un eje cuyo movimiento determina la posición del objeto. El principal inconveniente es el desgaste del objeto móvil. Para evitarlo, se puede usar un sensor óptico de Gray.
• Pequeños Desplazamientos: Depende del tipo de transductor:
  • Resistivo: Sensores de hilo metálico construidos para que su resistencia varíe al deformarse. Estas resistencias se denominan galgas extensométricas.
  • Inductivo: Se utiliza un sistema formado por dos planos de igual paso, uno fijo y otro móvil. El plano fijo funciona con corriente alterna y se induce sobre el móvil.
  • Capacitivo: Pueden medir varios metros, pero tienen poca exactitud.
• Medida de Ángulos: La medida de desplazamientos angulares sigue los mismos principios que los desplazamientos lineales, utilizando sensores resistivos, inductivos, capacitivos o discos codificados.

Transductores de Temperatura

La medición de temperatura es una de las más utilizadas en la industria.

• Termorresistencias: Se basan en la relación entre resistencia y temperatura, expresada como Rt = R0(1 + αT). La medición de la resistencia se efectúa mediante el puente de Wheatstone.
• Termistores: Son semiconductores a base de óxidos metálicos con un elevado coeficiente de temperatura. Pueden ser:
  • PTC: Sondas de resistencia con coeficientes positivos.
  • NTC: Sondas de resistencia con coeficientes negativos.
• Termopares: Se basan en la unión de dos metales distintos por uno de sus extremos. Cuando la unión se calienta, se genera una diferencia de potencial en los extremos libres que es proporcional a la diferencia de temperatura. Los más utilizados son:
  • Cobre-Constantán (-200 a 260 ºC)
  • Hierro-Constantán (300 a 750 ºC)
  • Cromel-Alumel (500 a 1000 ºC)
• Pirómetros de Radiación: Incluyen pirómetros ópticos y de radiación total.

Transductores de Velocidad

• Tacómetros: Instrumentos que indican la velocidad en revoluciones por minuto (rpm). Suelen ser electrónicos.
• Medidores de Velocidad por Impulsos: Generan una tensión proporcional a la velocidad de generación de impulsos.

Transductores de Presión

• Mecánicos: Elementos de medida directa que miden la presión comparándola con la existente en una columna de un líquido de densidad conocida. Ejemplos: manómetro de presión absoluta y manómetro de columna de líquido.
• Electromecánicos: Utilizan un elemento mecánico elástico junto a un transductor eléctrico que genera una señal eléctrica. Ejemplos: transmisores eléctricos de equilibrio de fuerzas, capacitivos, magnéticos y resistivos.

Transductores de Luz

Utilizan las radiaciones luminosas para su funcionamiento.

• Fotorresistencias: Se basan en la propiedad de algunos materiales de variar su resistencia con la luz.
• Fotodiodos: Al incidir la luz sobre el elemento, se genera una corriente eléctrica. Cuando no hay luz, se comportan como un diodo convencional.