Sensores

¿Qué es un sensor?

El término sensor se refiere a un elemento de medición que detecta la magnitud de un parámetro físico y lo cambia por una señal que puede procesar el sistema. Al elemento activo de un sensor se le conoce comúnmente como transductor. El diseño de sensores y transductores siempre involucra alguna ley o principio físico o químico que relaciona la cantidad de interés con algún evento medible.

Los sistemas de monitorización y control requieren sensores para medir cantidades físicas tales como posición lineal, posición angular, desplazamiento, deformación, aceleración, presión, caudal, fuerza, velocidad lineal y velocidad angular, temperatura, intensidad lumínica, distancia y vibración.

Características dinámicas de un sensor

Las características dinámicas se refiere al comportamiento entre el momento en que cambia el valor de entrada y el tiempo en que el valor dado por el transductor logra su valor de estado estable.

Tiempo de respuesta: Es el tiempo que transcurre desde que aplicamos una entrada constante, una entrada escalón, hasta que el transductor produce una respuesta en consecuencia a la salida correspondiente a un porcentaje especificado, como el 96% del valor de la entrada.
Constante de tiempo: Es una medida de la inercia del sensor y se considera el tiempo que tarda en reaccionar a los cambios en la entrada, se debe considerar que entre mayor sea la constante de tiempo más lenta será su reacción ante una señal de entrada variable.
Tiempo de levantamiento: Tiempo que requiere la salida para llegar a un porcentaje especificado de la salida en un estado estable.
Tiempo de asentamiento: Tiempo que tarda la salida en alcanzar un porcentaje de un valor determinado.

Tipos de sensores

Existen diferentes tipos de sensores, en función del tipo de variable que se deba medir. Algunos sensores pueden usarse para otro propósito, por ejemplo los sensores de distancia podrían utilizarse como sensores de movimiento que corresponde a “presencia”.

Sensor de temperatura

Termopar.
Termómetro.
RTD.

PT100.
Termistor.

LM35.

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Sensor de movimiento

PIR.

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Sensor de distancia

Infrarrojo.
Ultrasónico

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Sensor de luz

Fotodiodo.
LDR.
Fototransistor.
Célula fotoeléctrica.

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Sensor de proximidad

Inductivo.
Capacitivo.
Óptico.
Final de carrera.
Fotoeléctrico.

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Sensor de presión

Membranas.
Piezoeléctricos
Manómetro

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Sensor de posición

Posición lineal.
Posición angular.

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Sensor de color

TCS3200.
TCS34725.

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Sensor de humedad

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Sensor Magnético

Reed switch.

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Sensor mecánico o de deformación

Galgas extensiométricas.
Celda de carga.

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Selección de sensores

Es recomendable conocer nuestras variables que queremos medir, así como las especificaciones de nuestros sensores, para aplicaciones especificas deben considerarse varios factores:

Tipo de medición que se requiere.
Tipo de salida que se requiere del sensor.
Se hace una selección de sensores posibles, considerando intervalo, exactitud, linealidad, velocidad de respuesta, confiabilidad, factibilidad de mantenimiento, disponibilidad y costo.

Son algunas consideraciones importantes para la selección del sensor a emplear, se recomienda hacer un listado de las variables disponibles, variables deseadas y posibles variables.

Terminología del funcionamiento

Los parámetros a considerar en toda calibración y algunos términos empleados para definir el funcionamiento y el de los sistemas de medición como un todo.

Intervalo: Define los límites entre los cuales puede variar la entrada de un transductor.
Extensión: Es el valor máximo de la entrada menos el valor mínimo.
Error: Corresponde a la diferencia entre el resultado de la medición y el valor verdadero. Los errores son por diferentes causas, se pueden de alguna manera prever, calcular, eliminar mediante calibraciones y compensaciones.
Exactitud: Se refiere a cuál cerca del valor real se encuentra el valor medido, por lo tanto, la exactitud es igual a la suma de todos los errores posibles más el error en la exactitud de la calibración del transductor.
Precisión: Es la dispersión del conjunto de valores obtenidos de mediciones repetidas correspondientes a una magnitud.
Sensibilidad: Relación que indica cuánta salida se obtiene por unidad de entrada, es decir, salida/entrada. Este término también se utiliza para indicar la sensibilidad a otras entradas además de la que se mide, como a factores del medio ambiente. Un ejemplo muy fácil de identificar es al agregar la variable de temperatura, esto quiere decir que nuestro sensor o transductor tendrá una variación a los cambios en la temperatura ambiente.
Error por histéresis: Corresponde a distintas salidas de la misma cantidad medida, este valor cambia según sea por incremento o decremento. El error de histéresis corresponde a la diferencia máxima obtenida a partir de valores de incremento y decremento.
Error por no linealidad: Este error se define como la desviación máxima respecto a la línea recta.
Repetibilidad o reproducibilidad: Describe la capacidad del transductor para producir la misma salida después de aplicar varias veces el mismo valor de entrada.
Estabilidad: Capacidad para producir la misma salida cuando se usa para medir una entrada constante en un período.
Banda o tiempo muerto: Corresponde a los intervalos de valores de entrada para los cuales no hay salida.
Resolución: Es el cambio mínimo del valor de entrada capaz de producir un cambio observable en la salida.
Impedancia de salida: Al incluir el sensor a un circuito se debe considerar la impedancia de este, ya que el comportamiento del sistema al que se conecta podría modificarse de manera considerable.