Transductores de Presión Electroneumáticos: Principios y Tipos Fundamentales

Introducción a los Elementos Electroneumáticos de Presión

Los elementos electroneumáticos de presión utilizan un elemento mecánico elástico combinado con un transductor eléctrico que genera la señal eléctrica correspondiente. El elemento mecánico consiste en un tubo Bourdon, espiral, hélice, diafragma, fuelle o una combinación de los mismos que, a través de un sistema de palancas, convierte la presión en una fuerza o en un desplazamiento mecánico.

Clasificación de los Transductores Electroneumáticos

Los elementos electroneumáticos se clasifican según el principio de funcionamiento de su transductor en los siguientes tipos:

• Transmisores electrónicos de equilibrio de fuerzas
• Transductores resistivos
• Transductores magnéticos
• Transductores capacitivos
• Galgas extensométricas
• Transductores piezoeléctricos

Tipos de Transductores Electroneumáticos y sus Principios

Transmisores Electrónicos de Equilibrio de Fuerzas

En este instrumento, el elemento mecánico de medición (fuelle, Bourdon, tubo, etc.) ejerce una fuerza sobre una barra rígida del transmisor. Para cada valor de la presión, la barra adopta una posición determinada, excitando un transductor de desplazamiento tal como un detector de inductancia, un transformador diferencial o un detector fotoeléctrico. Este tipo de dispositivo es, en sí mismo, un transductor, ya que transforma la energía (presión) en energía eléctrica.

Transductor Resistivo

Consiste en un elemento elástico que varía la resistencia óhmica de un potenciómetro en función de la presión.

Transductores Magnéticos

Se clasifican en dos grupos principales:

• Transductores de inductancia variable: Aquellos en los que el desplazamiento de un núcleo móvil dentro de una bobina aumenta la inductancia de esta de forma casi proporcional a la porción metálica del núcleo contenida dentro de la bobina.
• Transductores de reluctancia variable: Consisten en un imán permanente o un electroimán que crea un campo magnético dentro del cual se mueve una armadura de material magnético.

Transductores Capacitivos

Se basan en la variación de capacidad que se produce en un condensador al desplazarse una de sus placas por la aplicación de presión. La placa móvil tiene forma de diafragma y se encuentra situada entre dos placas fijas.

Ventajas:

• Pequeño desplazamiento volumétrico.
• Adecuados para medir presiones estáticas y dinámicas.

Desventajas:

• Insensibles al contacto.
• Sensibles a vibraciones.
• Estabilidad pobre en el tiempo.

Galgas Extensométricas (Strain Gage)

Se basan en la variación de longitud y de diámetro, y por lo tanto de resistencia, que tiene lugar cuando un hilo de resistencia se encuentra sometido a una tensión mecánica por la acción de una presión. Existen dos tipos de galgas extensométricas:

• Galgas cementadas: Formadas por varios bucles de hilo muy finos que están pegados a una hoja base de cerámica, papel o plástico.
• Galgas sin cementar: En las que los hilos de resistencia descansan entre un armazón fijo y otro móvil bajo una ligera tensión inicial.

Transductores Piezoeléctricos

Los elementos piezoeléctricos son materiales cristalinos que, al deformarse físicamente por la acción de una presión, generan una señal eléctrica. Dos materiales típicos en los transductores piezoeléctricos son el cuarzo y el titanato de bario. Son elementos ligeros, de pequeño tamaño y de construcción robusta. Su señal de respuesta a una variación de presión es lineal y son adecuados para medidas dinámicas.

Desventajas:

• Sensibles a los cambios de temperatura.
• Experimentan deriva del cero.
• Precisan ajuste de impedancias en caso de fuerte choque.
• Su señal de salida es relativamente débil, precisando de amplificadores.