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La Webtecnica.

Síntesis: Descripción y aplicaciones de gran variedad de sensores.

Realizado por: Nicolás Bendati, Cristian Parisi y Leonardo Sanocki, E.E.T. Nro. 4 de Vicente López.

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Fecha de Publicación/Corrección: Diciembre de 2001.

 

Un sensor es un dispositivo al que se le aplica una energía de entrada y devuelve una energía de salida; esta energía de salida suele ser diferente al tipo de energía de entrada. Debido a la facilidad con la que se transmite y amplifica la energía eléctrica, los mas utilizados son los que convierten otra forma de energía, como calor, luz o sonido, en energía eléctrica.

A continuación se dará una breve descripción de los sensores más comunes:

 

Sensores Inductivos

Los sensores inductivos se utilizan en los automóviles para medir velocidades de rotación o detectar la posición angular de un determinado elemento. Su principal ventaja es su reducido coste y simplicidad, mientras que su mayor inconveniente es la falta de precisión cuando las velocidades de giro son bajas.

Componentes

El sensor inductivo empleado en automoción está formado por:

· Un imán permanente.

· Una bobina envolviendo el imán permanente, y de cuyos extremos se obtiene la tensión.

· Una pieza de material ferromagnético que se coloca en el elemento en movimiento y sirve para detectar su paso cerca del sensor. Esta pieza puede tener varios dientes formando una corona.

Funcionamiento

El sensor inductivo se basa en la tensión generada en la bobina cuando se la somete a una variación de un campo magnético. Al estar la bobina arrollada en el imán queda bajo un campo magnético fijo y para variarlo se acerca al imán una pieza de material ferromagnético. Las líneas de fuerza del imán son desviadas por el material ferromagnético y el campo magnético varía. Esta variación crea una tensión alterna en la bobina. Mientras la pieza ferromagnética se acerca al sensor, la tensión disminuye y cuando la pieza se aleja, la tensión aumenta.

La pieza ferromagnética debe mantener una separación mínima con el sensor inductivo pero sin que se produzca rozamiento. Esta distancia es conocida como entrehierro y suele ser entre dos y tres décimas. Si esta distancia es mayor, la tensión generada en los extremos de la bobina será menor, mientras que si la medida es más pequeña la tensión será mayor, pero puede aparecer rozamiento a causa de alguna impureza.

La tensión generada en los extremos de la bobina también depende de la velocidad de la pieza ferromagnética cuando pasa cerca del sensor. Cuanto mayor sea la velocidad, más rápida será la variación del campo magnético, y más tensión se generará, mientras que si la velocidad es baja, la tensión también será baja.

Los sistemas de encendido han utilizado sensores inductivos para determinar el momento ideal de salto de la chispa en los cilindros y para controlar el tiempo de cebado de la bobina (ángulo Dwell). A mayores velocidades de rotación del cigüeñal, mayor era la tensión generada. Esta característica se utilizaba para determinar de forma analógica la duración del tiempo de alimentación de la bobina. En los encendidos digitales se abandonó esta tecnología para adoptar un control completamente digital a través de memorias programadas.

Los sensores inductivos se utilizan para detectar la velocidad de rotación y la posición angular del cigüeñal. La velocidad de rotación de las ruedas en los sistemas antibloqueo de frenos. Y en algunos vehículos para detectar la fase de los árboles de levas.

El sensor inductivo se conecta a través de dos cables que son los extremos de la bobina. Si la tensión que debe medirse es muy pequeña se protegen los cables con una malla metálica para evitar interferencias de otros sistemas eléctricos.

Para comprobar el funcionamiento de un sensor inductivo se pueden utilizar dos métodos, el estático midiendo resistencia o el dinámico midiendo tensión. Utilizando un polímetro se puede medir la resistencia del sensor que deberá estar dentro de los valores ofrecidos por el fabricante. También se puede medir el valor de tensión con el polímetro, pero el dato obtenido debe ser interpretado, ya que tienen que ver poco con la realidad.

El polímetro indicará un valor de tensión cuando el motor está girando entre 0,5 y 20 voltios, mientras que utilizando un osciloscopio se comprueba que la tensión tiene un valor de pico a pico entre 2 y 100 voltios, dependiendo del tipo de sensor. La medición de la tensión es el dato más fiable, pero también el más complejo, ya que es necesario comparar los datos obtenidos en el polímetro con los ofrecidos por otro vehículo con el mismo sensor. Si se utiliza un osciloscopio es necesario disponer de los suficientes conocimientos técnicos que nos permitan adquirir correctamente las señales del sensor e interpretarlas. Además el fabricante no suele facilitar datos de la tensión generada por el sensor.

 

 

Los sensores de efecto Hall

 

Se utilizan en los automóviles para medir velocidades de rotación o detectar la posición de un determinado elemento. Su principal ventaja es que pueden ofrecer datos fiables a cualquier velocidad de rotación. Y sus inconvenientes son la mayor complejidad y precio con respecto a un sensor inductivo.

 

Funcionamiento

El sensor de efecto Hall se basa en la tensión transversal de un conductor que está sometido a un campo magnético. Colocando un voltímetro entre dos puntos transversales de un cable se puede medir esa tensión. Para ello hay que hacer circular por el cable una intensidad fija y acercar un imán. Los electrones que pasan por el cable se verán desplazados hacia un lado. Entonces aparece una diferencia de tensión entre los dos puntos transversales del cable. Al separar el imán del cable, la tensión transversal desaparece. Para poder utilizar la tensión transversal es necesario amplificarla, porque su valor es muy reducido.

Un sensor de efecto Hall utilizado en automoción se compone de:

· Un generador magnético que suele ser un imán fijo.

· Un pequeño módulo electrónico donde se encuentran los componentes que miden la tensión transversal.

· Una corona metálica con ventanas para interrumpir el campo magnético.

La corona metálica se intercala entre el imán fijo y el módulo electrónico y está unida a un eje con giro. Según la posición de la corona, el campo magnético del imán llega hasta el módulo electrónico. La tensión obtenida a la salida del módulo electrónico, una vez tratada y amplificada corresponde con un valor alto (de 5 a 12 voltios) cuando la corona tapa el campo magnético, y un nivel bajo (de 0 a 0,5 voltios) cuando la corona descubre el imán.

Los sensores de efecto Hall se suelen utilizar para detectar la posición de los árboles de levas, la velocidad del vehículo y en algunos distribuidores para determinar el momento de encendido. También pueden emplearse para determinar la posición del cigüeñal.

El sensor de efecto Hall se conecta mediante tres cables eléctricos. Uno de ellos corresponde con el valor negativo (masa del vehículo), otro cable corresponde con la alimentación, que suele ser de 5 ó de 12 voltios. El tercer cable corresponde con la señal de salida que varía según la posición de la corona metálica.

Para comprobar el funcionamiento de un sensor Hall basta verificar el valor de la tensión de alimentación y la variación de la tensión en la señal de salida cuando alguna ventana de la corona permite el flujo del campo magnético.

 

  

 

Tilt swiches

Los Tilt switches son utilizados para detectar movimientos de inclinación de un dispositivo por debajo o por encima de una línea horizontal. El ángulo en que el sensor deberá moverse para accionarse es llamado: "ángulo diferencial" y es medido desde el punto en que este comienza a activarse y desactivarse; este parámetro es especificado como un máximo. Cuando seleccione un tilt switch, es importante que se asegure que el mecanismo genere un movimiento capaz de superar el ángulo diferencial .
Otras aplicaciones pueden ser: controles de nivel, electrodomésticos, sistemas de seguridad, robots, juguetes y juegos, interfaces interactivas, controles de nivel de agua.

Tip -Over Switches

Los switches Tip-over sensan inclinación en los 360° de un eje vertical. Uno de los usos más comunes son los calentadores portátiles para evitar shocks e incendios. Cuando el calentador se inclina mas del ángulo especificado, el switch apaga el calentador. Este ángulo, llamado ángulo de operación, describe el ángulo vertical al punto en que el sensor se activa, con una tolerancia determinada, Ej. 45° ± 10° (35° a 55°. Pueden ser normalmente abiertos o cerrados.
Otras aplicaciones pueden ser: lámparas portables, dispositivos antirrobo, alarmas en maquinas expendedoras y sistemas de seguridad en maquinaria.

Sensores de vibración y movimiento

Los sensores de movimiento poseen un diseño muy similar al del tilt switch; de hecho, algunos tilt switches son utilizados como sensores de movimiento. Cuando el sensor se encuentra en movimiento cambiara de estado continuamente hasta que este se detenga.   Algunas de las aplicaciones son: dispositivos antirrobo, aplicaciones para apagar un equipo cuando este no esta en uso y equipos portables para  lo mismo.

Sensores de nivel de liquidos

Estos switches son utilizados para monitorear nivel de líquidos, cerrándose o abriéndose cuando se alcanza un nivel determinado. Existen de diferentes tipos con mercurio sin mercurio, también, modelos con imán permanente y reed switches. Las aplicaciones más comunes son control de sistemas de bombeo, bombas en embarcaciones y sistemairrigación.

 

 

 Sensores de proximidad

Los sensores de proximidad utilizan imanes permanentes y reedswitches. Estos se encuentran encapsulados en plástico para proveer una mayor facilidad de montaje y protección ante posibles golpes. Una de las aplicaciones más comunes es el sensado de aberturas en sistemas de seguridad y alarma. También son de gran ayuda en aplicaciones de sistemas de control como finales de carrera.

 

 

Sensores analógicos lineales de inclinación

Este dispositivo combina la versatilidad de un potenciómetro y un tilt switch. Rotando el sensor variara la resistencia en función del ángulo de rotación. Estos sensores pueden ser provistos con 2 o 3 terminales. Sus aplicaciones incluyen equipos médicos, robótica y plataformas aéreas.

 

Sensores de fibra óptica

El funcionamiento electrónico de este sensor es igual a cualquier otro sensor fotoeléctrico, con la diferencia que la luz emitida y recibida es transportada a través de una fibra óptica, que tiene una terminación muy pequeña y de formas variadas y puede ser instalada lejos del circuito electrónico.

 

 

Sensores Fotoeléctricos Serie FT

Estos son transductores electrónicos infrarrojos que producen una señal de salida cuando un objeto de cualquier tipo de material pasa por el área de sensado. Tipos disponibles: opuesto (B), retroreflectivo (R), retroreflectivo polarizado (AR) y reflexión directa (P. Disponible con cable o desconexión rápida. Protección para corto circuito.

 

 

Sensores magnéticos: Serie SM

Hechos con un interruptor reed, que pueden ser accionados con un imán. No hay movimiento mecánico y los contactos están protegidos y cerrados herméticamente en un bulbo de vidrio, minimizando la deterioración mecánica y eléctrica. La versión estándar tiene contactos abierto, cerrado y para conmutación.

 

 

Sensores Inductivos Serie SI

Estos son transductores electrónicos que producen una señal de salida cuando un objeto metálico (acero, aluminio, cobre, bronce, etc.) entran en el área de sensado desde cualquier dirección sin entrar en contacto.

 

 

Sensores Inductivos de "Anillo" Serie SIA

En estos sensores su área de sensado está localizada en el anillo y el sensado ocurre cuando una masa metálica entra en el anillo. Estos son particularmente provistos para sensar, contar y verificar partes pequeñas de metal: tornillos, rondanas, etc., o para aplicaciones similares. Están disponibles con un diámetro interno de 5-12-15-22-25-30-44-63-100 mm.

 

 

Control de nivel de conductividad: Serie CL

Este instrumento es adecuado para el control de nivel de muchos líquidos conductores de electricidad (agua, soluciones químicas y materiales sólidos conductores) y pueden ser usados en la industria química, textil y fabricación de vino, así como en el tratamiento de aguas en plantas de irrigación.

Fuente de poder: 110/220 Vac (Tipo CL1001/U.

Fuente de poder: 24-110-220 Vac (Tipo CL1001/O).

Salida de relé de 1 polo con cambio de 5ª a 220 Vac.

Ajuste de sensibilidad de 2 a 40 Kohm (más grande sobre pedido).

Cubierta de plástico con conector OCTAL o UNDECAL.

Tipo CL1001-R5 con retraso de onda.

Tipo CL1002 con salida relé 2 polos con cambio de 5A a 220 Vac.

LED incorporado.

El detector CL1N es usado para control de nivel en pozos y tanques.

El detector CL-A con cubierta de acero inoxidable y telón para aplicaciones con alta presión y alta temperatura (calderas, autoclaves. Estos pueden ser proveídos con electrodos de longitudes estándar de 100/500/1000 mm.

El detector de dos polos tipo CLK-A tiene cubierta de acero inoxidable con un elemento recubierto de telón y un conector tripolar para conexión eléctrica, siendo dos polos conectados al electrodo y el tercer polo (tierra) siendo conectado al soporte roscado de acero inoxidable.

El detector tripolar CL3-A es con conector para tres electrodos.

 

 

Controles de nivel de paleta y membrana

Estos son usados para niveles máximos y mínimos en silos y tolvas de los molinos que contengan polvo o material en grano, los cuales pueden ser cereales, materiales plásticos, arena, etc. En la serie SE-A la paleta trabaja en baja velocidad y cuando entra en contacto con el material se para causando el cambio de estado de un contacto. En la serie SM85 el funcionamiento sucede cuando el material presiona la membrana de hule la cual manda una señal a un micro interruptor interno para su operación.

 

 

Pluviómetro

Los pluviómetros son sensores que miden la lluvia caída en un determinado punto, los instalados en la red son del tipo balancín que vuelcan cuando cae 0,1 mm de lluvia. Un dispositivo eléctrico detecta la volcada y envía la información del centro de control mediante una estación remota. Con este sistema, en el centro de control, se conoce en tiempo real la intensidad y la cantidad de lluvia que cae en un determinado punto de la ciudad.

 

Limnímetros

Los limnímetros son sensores que miden el nivel de agua en los colectores, los instalados en la red son de dos tipos: Piezoresistivos o Ultrasónicos.

 

Limnímetros de ultrasonidos

 Son sensores que incorporan un pequeño microprocesador que los dota de capacidad de cálculo, se parametrizan para adecuarlos a cada ubicación concreta. Este tipo de sensores envían una señal de sonido en la frecuencia de ultrasonidos que rebota en la superficie del agua, el limnímetro calcula el tiempo que tarda en llegar la señal reflejada y la velocidad del sonido. Como la velocidad del sonido varía con la temperatura, estos equipos incorporan un sensor de temperatura que les permite ajustar continuamente la velocidad del sonido que se utilizará para calcular las distancias. La precisión de estos sensores es de: 1 cm para distancias de 10 m. Al estar instalados en compartimentos que quedan aislados del contacto directo con el agua de alcantarilla, estos ofrecen una fiabilidad muy elevada.

Limnímetros Piezoresistivos

Estos sensores disponen de una membrana que capta y transforma en señal eléctrica la presión que ejerce el agua sobre ésta. La precisión de los limnímetros piezoresistivos instalados en la red de alcantarillado de Barcelona es de 1 cm sobre una columna de agua de 10 m. Se instalan normalmente en colectores pequeños, cámaras de aspiración de bombeos y en general, donde la colocación de un sensor ultrasónico en una determinada ubicación se hace impracticable.

 

 

Piezómetros

Los piezómetros son sensores que miden el nivel de agua del subsuelo, los instalados en la red son del tipo piezoresistivos, están instalados en los pozos de los piezómetros y miden la presión debida a la columna de agua que tiene encima.En las instalaciones de los piezómetros, habitualmente se aprovecha la infraestructura utilizada en la instalación de un limnímetro.

· Estación Remota

· Sistemas de comunicaciones con el centro de control

· canalizaciones, etc...

Sensores de calidad

Para determinar la calidad de las aguas, tanto residuales como pluviales, se dispone de sensores y equipamiento de recogida de muestras automáticos. Éstos pueden ser de tres tipos:

·Sondas.

- Se trata de sensores para la determinación en continuo de diversos parámetros de calidad, como pueden ser el pH, conductividad, temperatura, turbidez u oxígeno.

·Toma muestras.

- La toma de muestras puede realizarse tanto de forma manual como de forma automática. En el segundo caso, se puede activar la toma de muestras automáticamente según unas condiciones preestablecidas. Por ejemplo, cuando alguno de los parámetros medidos en continuo llega a un nivel de alarma preestablecido o cuando se detecta un vertido de aguas pluviales al medio receptor.

·Estación de Calidad.

- Las estaciones de calidad disponen de un sistema automático de medida de diferentes parámetros, mediante sondas, o bien con la adicción de reactivos como en el caso del amonio. También disponen de un sistema de toma de muestras convenientemente refrigerado. Este último dispositivo permite posteriormente realizar análisis detallados en el laboratorio de los parámetros que se desee. Éstas estaciones están conectadas con el centro de Control, de manera que se reciben los datos de los sensores de medida en tiempo real y también se pueden dar órdenes, como por ejemplo la toma de muestras en un momento determinado.

Parámetros medidos en continuo En tiempo real, llegan al centro de control los datos de los siguientes parámetros físico-químicos del agua:

· pH

· Turbidez

· Conductividad

· Amonio

· Temperatura

· Oxígeno

Otros sensores

También se dispone en el sistema de telecontrol de otros sensores que permiten conocer el estado de la red de Alcantarillado.

· Velocímetros: miden la velocidad del agua en un determinado punto de la red.

· Termómetros: miden la temperatura del agua.

· Sensores de red: se activan cuando la estación remota se queda sin tensión de alimentación de red.

· Sensores de batería: se recibe la señal cuando la batería de emergencia de la remota comienza a dar una tensión que está por debajo de la nominal.

· Sensor de Intrusismo: se activan cuando la puerta del armario en el cual se encuentra la remota es abierto.

 

Bibliografía:

Lecturas complementarias n°6 - Tecnologías de Control - E.E.T.N° 4 Vte. López

http://www.sportdevices.com/productos3.html

http://www.caipe.com/sensores.htm

http://www.honeywell.es.com

http://www.varitel.com

http://www.scmstore.com

http://www.autocity.com

 

 

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