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Conceptos Generales y Terminología              

Tipos de sensores

1. INTRODUCCIÓN

 

Los captadores y actuadores se utilizan principalmente para el control de procesos industriales, en este tipo de procesos siempre existe una característica común que es el sistema de medida. Existen sistemas de medida que podemos llamar avanzados, en el sentido de que imitan los propios sentidos humanos, aplicaciones típicas ampliamente desarrolladas son los sistemas para captar y reproducir sonido e imagen, sin embargo en este tipo de sistemas la interpretación de la información como lo hace el ser humano resulta complicada para la tecnología, no obstante en estos campos ya se han conseguido avances importantes. Un caso especial es el sentido del olfato, campo poco desarrollado tanto comercialmente como a nivel de investigación.

 

El objetivo que se pretende es estudiar las características que debe tener un sistema de medida para imitar el olfato, lo que se ha dado en llamar nariz electrónica o e-nose, se estudian  los sensores o captadores necesarios para desarrollar un sistema de estas características.

 

Antes se tratará a los conceptos fundamentales relativos a los sistemas de medida, se justifica la utilización de sistemas electrónicos y se realiza una clasificación de las señales y tipos de dispositivos necesarios para su captación, como son los sensores y traductores.

 

En puntos posteriores se estudiará la tecnología de  la nariz electrónica y de los sensores que podemos utilizar para captar el  olor.

 

1.1. Concepto generales y terminología.

  Se denomina sistema de medida a la combinación de dos o más elementos, subconjuntos y partes necesarias para realizar una o varias funciones. Esta función es la asignación objetiva y empírica de un número a una propiedad o cualidad de un objeto o evento, de tal forma que la describa. El resultado de la media debe ser:

  1. Independiente del observador (objetiva).
  2. Basada en la experiencia (empírica).
  3. Que exista una relación entre las relaciones numéricas y las relacione entre las propiedades descritas.

 

 

Los objetivos pueden ser:

1.     Vigilancia o seguimiento de procesos.

2.     El control de procesos.

3.     Necesidades de la ingeniería experimental.

La realización de medidas implica:

1.     La adquisición de la información (sensor o transductor).

2.     Procesamiento de la información.

3.     La representación de resultados ( que puedan ser entendidos).

Estas funciones pueden ser locales o remotas ( en estas últimas existe la necesidad de transmisión de la información).

Transductores, sensores y accionadores: Se denomina transductor a todo dispositivo que convierte una señal de una forma física en una señal correspondiente pero de otra forma física distinta, es decir, un dispositivo que convierte un tipo de energía en otro.

Hay seis tipos de señales: mecánicas, térmicas, magnéticas, eléctricas, ópticas y moleculares (químicas). En la práctica, se consideran transductores aquellos que ofrecen una señal de salida eléctrica.

 

 

 

Los sistemas de medida electrónicos ofrecen las siguientes ventajas:

  1. Debido a la estructura electrónica de la materia cualquier variación de un parámetro no eléctrico viene acompañada por la variación de un parámetro eléctrico.
  2. En el proceso de media no conviene extraer energía del sistema donde se mide por lo que es mejor amplificar la señal de salida del transductor.
  3. Existen una gran variedad de recursos en forma de circuitos integrados.
  4. Existen numerosos recursos para representar o registrar información si se hace electrónicamente.
  5. La transmisión de señales eléctricas es más versátil que las señales mecánicas, hidráulicas o neumáticas.

 

Un sensor es un dispositivo que a partir de la energía del medio donde se mide da una señal de salida traducible que es función de la variable medida.

Sensor y transductor se emplean a veces como sinónimos, pero sensor sugiere un significado más extenso: La amplificación de los sentidos para adquirir conocimiento de cantidades físicas que no pueden ser percibidas directamente por los sentidos. Transductor sugiere que la señal de entrada y la salida no deben ser homogéneas. En robótica se usa el termino “sensor” para designar el transductor de entrada, y el termino “actuador o accionamiento” para designar el transductor de salida. Los primeros pretenden la obtención de información y los segundos buscan la conversión de energía.

Acondicionamiento y presentación: Los acondicionadores de señal, adaptadores o amplificadores, son elementos del sistema de medida de un sensor electrónico, apta para ser registrada o permita un procesamiento posterior. Consisten en circuitos electrónicos que ofrecen otras funciones como: amplificación, filtrado, adaptación de impedancias y modulación o demodulación:

La presentación de los resultados puede ser analógica o numérica (óptica).

Interfaces: Se designa así, al conjunto de elementos, que modifican las señales, cambiando incluso el dominio de los datos, pero sin cambiar su dominio eléctrico.

Se denomina dominio de datos el nombre de una magnitud mediante la que se representa o transmite información. Hay varios tipos de dominios, que son:

  1. Dominio analógico; la información está en amplitud de señal, bien sea carga, corriente, tensión o potencia.
  2. Dominio temporal; la información está en las señales temporales: periodo, frecuencia, fase, anchura, etc.
  3. Dominio digital; la información está en el número de pulsos.

 

1.2. Tipos de sensores.

El número de sensores es muy elevado, ya que existen distintos para diferentes magnitudes. Según diversos criterios se clasifican en:

  Según el aporte de energía:

 

1.     Moduladores o activos.- La energía de la señal de salida procede de una fuente de energía auxiliar. La entrada solo controla la salida. Requieren más hilos que los generadores.

2.     Generadores o pasivos, la energía de salida es suministrada por la entrada.

 

Según la señal de salida:

 

1.     Analógicos, la salida varía de forma continua. La información está en la amplitud.

2.     Digitales, la salida varía en forma de saltos o pasos discretos. Tienen mayor fidelidad y fiabilidad e incluso a veces mayor exactitud.

 

Según el modo de funcionamiento:

 

1.     Deflexión, la magnitud medida produce algún efecto físico.

2.     Comparación, las medidas suelen ser más exactas.

 

Según el tipo de entrada-salida, pueden ser de orden cero, de primer orden, de segundo y de orden superior. Dependen del numero de elementos almacenados de energía  que incluye el sensor.

Para el estudio de los sensores se suele acudir a su clasificación de acuerdo con la magnitud medida, pueden ser de temperatura, presión, humedad, posición, velocidad, aceleración, fuerza, etc.

 

Desde el punto de vista de la ingeniería electrónica, es más atractiva la clasificación de acuerdo con el parámetro variable: resistencia, capacidad, inductancia, tensión, carga o corriente:

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