UNIDAD 2.- INTRODUCCIÓN A LOS SISTEMAS MECATRONICOS.

2.1 Sensores y Transductores.

Se llama sensor al instrumento que produce una señal, usualmente eléctrica, que refleja el valor de una propiedad, mediante alguna correlación definida (su ganancia). En términos estrictos, un sensor es un instrumento que no altera la propiedad sensada. Por ejemplo, un sensor de temperatura sería un instrumento tal que no agrega ni cede calor a la masa sensada, es decir, en concreto, sería un instrumento de masa cero o que no contacta la masa a la que se debe medir la temperatura.

Existe, además, el concepto estricto de transductor: un instrumento que convierte una forma de energía en otra (o una propiedad en otra). Por ejemplo, un generador eléctrico en una caída de agua es un conocido transductor de energía cinética de un fluido en energía eléctrica; sobre esta base se podría pensar, por ejemplo, en un transductor de flujo a señal eléctrica consistente de un pequeño generador a paletas movilizado por el caudal a medir. Los transductores siempre retiran algo de energía desde la propiedad medida, de modo que al usarlo para obtener la cuantificación de una propiedad en un proceso, se debe verificar que la pérdida no impacte al proceso sensado en alguna magnitud importante.

Para definir el funcionamiento de los transductores utilizamos:

1. rango y margen:
2. error
3. exactitud
4. sensibilidad
5. error por histéresis
6. error por no linealidad
7. repetibilidad
8. estabilidad
9. banda/tiempo muerto
10. resolución
11. impendancia de salidaLas características estáticas son los valores obtenidos cuando se presentan condiciones de estado estable. Las características dinámicas se refieren al comportamiento entre el momento en que cambia el valor de entrada y cuando el valor que produce el transductor logra su valor de estado estable. Como los son:
1. tiempo de respuesta
2. constante de tiempo
3. tiempo de subida
4. tiempo de estabilización

Los sensores de desplazamiento miden la magnitud que se desplaza un objeto; los sensores de posición determinan la posición de un objeto en relación con un punto de referencia. Los sensores de proximidad son una modalidad de sensor de posición y determinan en que momento un objeto se mueve dentro de una distancia crítica del sensor.

Al momento de elegir sensores hay que tomar en cuenta:
1. magnitud de desplazamiento
2. si el desplazamiento es lineal o angular
3. resolución que necesita
4. material
5. costo
6. exactitud

Los sensores de desplazamiento y de posición se pueden clasificar: en sensores de contacto, en los cuales el objeto que se mide está en contacto, en los cuales el objeto que se mide esta en contacto mecánico con el sensor y sensores sin contacto donde no existe tal.
Un potenciómetro es un elemento resistivo que tiene un contacto deslizante que puede desplazarse a lo largo de dicho elemento.
El deformimetro de resistencia eléctrica es un alambre metálico en forma de oblea que se adhiere a la superficie como si fuera una estampilla postal.
El sensor táctil es una forma particular de sensor de presión. Se utiliza en las pantallas sensibles al tacto, al igual que en las manos de los robots.
Las bandas bimetálicas constan de dos bandas unidas de distinto metal. Los detectores de temperatura por resistencia (DTR) son elementos resistivos sencillos que adoptan la forma de bobinas de alambre hechas de platino, níquel. Los termistores son pequeñas piezas de materiales hechos con las mezcla de óxidos metálicos. El diodo semiconductor de unión con frecuencia se utiliza como sensor de temperatura.
Los fotodiodos son diodos de unión hechos con semiconductores los cuales están conectados en un circuito con polarización inversa, por lo que su resistencia es muy elevada. Los fototransistores tienen una unión base-colector p-n sensible a la luz. Las fotorresistencias tienen una resistencia que depende de la intensidad luminosa que reciben, la cual disminuye de manera lineal con la intensidad.

Al seleccionar un sensor hay que considerar:
1. tipo de medición que se requiere
2. tipo de salida que requiere
Los interruptores mecánicos tienen uno o varios pares de contactos que se abren y cierran en forma mecánica. Se especifican en función de sus polos que son el número de circuitos independientes que se operan con una sola acción de conmutación y de los tiros que son el número de contacto individuales de cada polo.
El transformador diferencial de variación lineal (TDVL) esta formado por 3 devanados espaciados de manera simétrica a lo largo de un tubo aislado.
Los transformadores diferenciales variables giratorios (TDVG) sirven para medir la rotación y el principio de su funcionamiento es idéntico al de TDVL.
El interruptor de proximidad inductivo, esta formado por un devanado enrollado a un núcleo. Al aproximar el extremo del devanado a un objeto metálico, cambia la inductancia.
Un codificador es un dispositivo que produce una salida digital como resultado de un desplazamiento lineal o angular. Los codificadores de incremento detectan cambios en la rotación a partir de una posición de datos y codificadores absolutos. El codificador absoluto se usa para medir desplazamientos angulares.
Un microinterruptor es un pequeño interruptor eléctrico que requiere un contacto físico y una pequeña fuerza de acción para cerrar los contactos. Un interruptor de lengüeta, consta de dos contactos de un interruptor magnético que esta en un tubo de vidrio.
Los dispositivos fotosensibles se usan para detectar la presencia de un objeto opaco al interponerse este entre el haz luminoso o radiación infrarroja y de dispositivo mediante la detección de luz.