Transductores de ionización

TRANSDUCTORES, SENSORES Y CAPTADORES

En automatización hay que disponer de elementos que nos adapten las magnitudes de referencia en otro tipo de magnitudes proporcionales a las anteriores, de manera que estos últimos sean interpretables por el sistema y así se pueda realizar un buen control del proceso.

Sensor:

se encuentra en contacto directo con la magnitud que se va a evaluar. El sensor recibe la magnitud física y se la proporciona al transductor.

Transductor:

dispositivo que tiene la misión de adaptar un tipo de energía en otro más adecuado para el sistema. Transforma la señal que entrega el sensor en otra normalmente de tipo eléctrico. El transductor suele incluir al sensor.

Captador:

dispositivo encargado de captar un tipo de información en el sistema para realimentarla. Suele incluir al sensor.

Transmisor:

el circuito que transforma la señal que sale del sensor, transductor o captador y la convierte en una señal normalizada.Ej.: en un circuito eléctrico, un interruptor puede actuar como transductor de entrada a un sistema de regulación, proporcionando o interrumpiendo una señal eléctrica a través de un cambio de posición. Sin embargo, no puede funcionar como captador ya que su accionamiento se verifica de forma manual, impidiéndose de esta manera la realimentación automática.

Servosistema:

sistema en lazo cerrado y entrada variable.

Servomecanismo:

servosistema en el que la salida es una posición, velocidad o aceleración.

Servomotor:

motor con control de posición en lazo cerrado (controla el giro del motor). 

PROPIEDADES DE LOS SENSORES, TRANDUCTORES Y CAPTADORES

Rango de medida:

es la diferencia entre los máximos y los mínimos valores entre los que se necesita medir. Se recomienda no utilizar un transductor para medidas por debajo de 1/10 del máximo valor que se puede medir.

Sensibilidad:

es la pendiente de la curva que relaciona la salida eléctrica con la magnitud física a medir.

Resolución:

es la variación detectable más débil.

No-linealidad:

es la distancia mayor entre la curva de funcionamiento del sensor (en dirección ascendente) y la recta del punto inicial al final de funcionamiento.

Histéresis:

en ocasiones los caminos que sigue la gráfica (magnitud-señal eléctrica) no tienen el mismo en el aumento y en la disminución.

Repetitividad:

cuando la medida se realiza varias veces, la gráfica magnitud-señal eléctrica no siempre pasa por el mismo lugar. La máxima diferencia será el valor absoluto de la repetitividad.

TRANSDUCTORES DE POSICIÓN, PRESECIA O PROXIMIDAD

Finales de carrera mecánicos

Son interruptores que sirven para determinar la posición de un objeto o una pieza móvil: Cuando estos alcanzan el extremo de su carrera, actúan sobre una palanca, embolo o varilla, produciendo el cambio de unos pequeños contactos. Tienen dos partes diferenciadas: la cabeza, que es el dispositivo captador y el cuerpo, que es el bloque que contiene los contactos eléctricos o una válvula neumática/hidráulica.

Detectores de proximidad

Se denomina así a cualquier dispositivo eléctrico, electromecánico o electrónico que reacciona cuando un objeto se aproxima a él.

1.-

Detectores de proximidad inductivos:

(solo para materiales conductores de electricidad) utilizan un campo magnético como fenómeno físico para reaccionar frente al objeto que se quiere detectar. Se puede emplear para el posicionamiento de piezas metálicas en una cadena de montajes. Se clasifican en:

1.1.-Detectores inductivos sensibles a materiales ferromagnéticos: solo reaccionan ante la presencia de materiales ferromagnéticos. Utilizan un campo magnético estático que se modifica por la presencia de este material. No necesitan alimentación eléctrica. Se utilizan cuando las condiciones ambientales como polvo o humedad pueden dificultar el funcionamiento de contactos mecánicos. No se pueden utilizar en lugares donde puedan aparecer campos magnéticos o ferromagnéticos. Se pueden clasificar:

De contacto laminar

De bobina:

utiliza la variación de un campo magnético estático para inducir en una bobina un impulso de tensión. No se pueden utilizar donde existan virutas ferromagnéticas. No necesitan tensión auxiliar.

1.2- Detectores inductivos sensibles a materiales metálicos: utilizan un campo magnético variable cuya dispersión en el espacio define el campo de sensibilidad del dispositivo. Cualquier material que puede absorber energía de dicho campo provocará un cambio de los parámetros eléctricos del sensor.

2.-

Detectores de proximidad capacitivos:

utiliza un campo eléctrico generalmente variable como fenómeno físico para reaccionar frente al objeto que se quiere detectar. Están formados por un oscilador RC (éste se encarga de generar una frecuencia entre la resistencia y el capacitador, la cual dependerá del valor de estos) al acercar un objeto, este hace que el valor c aumente, por lo tanto, la frecuencia de la oscilación cambie y así se emita una señal. Se emplean para detectar líquidos conductores y no conductores, objetos metálicos, sustancias en polvo o en grano, detectores de envases vacíos de tetrabrik. No deben ser utilizados con productos adhesivos y el producto debe tener una densidad suficiente como para perturbar el oscilador del detector.

3.-

Detectores de proximidad ópticos:

también se los puedo llamar fotocélulas (para distancias grades). Utilizan medios ópticos y electrónicos para detectar objetos. Para ello utilizan una luz roja o infrarroja. Como fuentes de luz se utilizan diodos o transistores emisores de luz. Estos detectores constan de un emisor y un receptor. La detección se realiza por reflexión al devolver al objeto  la luz recibida o por barrera. Pueden detectar productos sólidos o líquidos. Los tipos de montajes son: barrera, réflex y reflexión directa.

Se pueden clasificar en:

Directos:

el receptor y el emisor están en el mismo cuerpo (réflex y reflexión directa).

Con fibras ópticas acopladas:

receptor y emisor no están en el mismo cuerpo (barrera).

Las fotocélulas pueden ser:

Barrera:

la célula está compuesta por emisor y receptor colocados uno frente al otro para detectar el paso de un objeto o una persona.

Reflexión:

la célula lleva el receptor y el emisor montados en el mismo bloque y detecta cualquier objeto situado entre ella y el receptor.

Proximidad:

la célula lleva el transmisor y receptor en el mismo módulo y persigue el paso de cualquier objeto próximo a ella.

TRANSDUCTORES DE PRESIÓN

1.-

Transductores de presión mecánicos:

miden presión de manera:

Directa:

comparándola con la que ejerce un líquido de densidad y altura conocidas (Tubo en U).

Indirecta:

a través de la deformación que experimentan los elementos elásticos constituyentes del transductor (Tubo Bourdon, en espiral y en hélice, diafragma, fuelle).

Manómetro de tubo en U:

es para medir presiones cercanas a la atmosférica. Consta de un tubo en forma de U con una de las ramas abiertas, mientras que en la otra se aplica la presión a medir.

Tubo Bourdon:

tubo de sección elíptica, y curvado de manera que forma un anillo casi perfecto. Al aplicar presión al fluido contenido en su interior, el tubo tiende a enderezarse, transmitíéndose el movimiento de su extremo a la aguja que se desplaza por una escala graduada (un manómetro posee un tubo Bourdon).

Elementos en espiral y en hélice:

se forman enrollando un tubo Bourdon, lo que da lugar a un desplazamiento considerable del extremo libre y a un movimiento más amplio de la aguja indicadora.

Diafragma:

consiste en una o varias cápsulas o diafragmas circulares soldados entre sí por sus bordes, de manera que al aplicar presión, cada cápsula se deforma y la suma de todas estas pequeñas deformaciones es amplificada a continuación por un juego de palancas, y transmitida a una aguja indicadora.

Fuelle:

es similar al de diafragma, constando de una sola pieza (fuelle) en la dirección de su eje, la cual puede dilatarse o comprimirse a causa de la presión.

Manómetros de presión absoluta:

usan la combinación de dos fuelles, uno como medida de la presión relativa y otro para medir la atmosférica. El movimiento resultante dela uníón de dos fuelles equivale a la presión absoluta.

2.-

Transductores de presión electromecánicos:

utilizan un elemento mecánico elástico combinado con un transductor eléctrico que se encarga de generar la señal eléctrica correspondiente

Galgas extensiométricas:

se basan en la variación de longitud y diámetro (y, por lo tanto, de resistencia) que tiene lugar a un hilo conductor o semiconductor al ser sometido a un esfuerzo mecánico como consecuencia de una presión. Las galgas puede ser cementadas o sin cementar. Las cementadas están formadas por varios bucles de hilo muy fino pegado a una base cerámica, papel o plástico. En las galgas sin cementar los hilos descansan entre un armazón fijo y otro móvil bajo una ligera tensión inicial.

Transductores piezoeléctricos:

el efecto piezoeléctrico consiste en una aparición de cargas eléctricas en determinadas zonas de una lámina cristalina de algunos materiales siguiendo ciertos ejes, en respuesta a la aplicación de una presión. El cristal se coloca entre dos láminas metálicas que recogen las cargas eléctricas, siendo posible de esta forma medir las variaciones de presión.

Transductores resistivos:

la presión desplaza un cursor a lo largo de una resistencia a modo de potenciómetro cuyo valor se modifica proporcionalmente a la presión aplicada.

Transductores capacitivos:

miden la presión por medio de un diafragma metálico que constituye una de las placas del condensador. Cualquier cambio de presión hace variar la separación entre el diafragma y la otra placa, modificándose la capacidad del condensador (acumulan cargas pero no conducen).

3.-

Transductores de vacío:

los más importantes son:

-Manómetro o vacuómetro de McLeod.

-
Transductores térmicos.

-Transductores de ionización.

TRANSDUCTORES DE TEMPERATURA

Los más importantes son:

Termo resistencias:

se basan en la variación de la resistencia de un conductor con la temperatura. Se denominan también sondas de resistencia, sondas termométricas o resistencias RTD. Están constituidas por un hilo muy fino de un conductor metálico, bobinado entre capas del material aislante y protegido con un revestimiento de vidrio o de cerámica.

Termistores:

se basan en la variación de la resistencia de un semiconductor con la temperatura. En función de cómo varía la resistencia con la temperatura se clasifican en:

- Termistores o resistencias NTC: la resistencia disminuye al aumentar la temperatura y viceversa.

- Termistores o resistencia PTC: la resistencia aumenta o disminuye al aumentar o disminuir respectivamente la temperatura.

Se utilizan como medida de temperatura en motores eléctricos, hornos, protección de sobrecargas, etc.

Termopares:

se basan en la fuerza electromotriz creada en la uníón de dos metales distintos por uno de sus extremos. Cuando la uníón se calienta aparece una diferencia de potencial entre los extremos libres. Los termopares más utilizados son: cobre-constantan; hierro-constantan; cromo-alumel.

Pirómetros de radiación:

se basan en la ley de Stefan-Boltzam, que dice que la intensidad de la energía radiante emitida por la superficie de un cuerpo es función de la cuarta potencia de la temperatura absoluta del cuerpo. Estos miden a distancia la temperatura de un cuerpo en función de la radiación que emite. Pueden ser de variación total o ópticos.