Sensores y Actuadores

2.- Sensores y actuadores
2.1 Introducción y definiciones
Los sensores y actuadores son la parte medular de cualquier proceso de control en lazo cerrado, de ahí la importancia de tener en mente las características generales de estos elementos. De hecho se puede afirmar que, un proceso de control es igual a la suma de sensores más computo más actuadores, ver la Figura 2.1. En esta secciónhablaremos de las principales características y principales tipos de sensores y actuadores.

Figura 2.1 Proceso de control de un sistema mecatrónico.

Sensor: El término sensor se refiere a un elemento que produce una señal relacionada con la cantidad que se está midiendo. Por ejemplo, en el caso de un elemento para medir temperatura mediante resistencia eléctrica, la cantidad que se mide es latemperatura y el sensor transforma una entrada de temperatura en un cambio de resistencia. Con frecuencia se utiliza el término transductor en vez de sensor. Los transductores se definen como el elemento que al someterlo a un cambio físico experimenta un cambio relacionado. Es decir, los sensores son transductores.

Actuadores: Los actuadores son los elementos del sistema de control que transformanla salida del proceso en una acción de control para una maquina o dispositivo. Por ejemplo, transforman una salida eléctrica del control en un movimiento lineal que realiza el desplazamiento de una carga.

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Los siguientes términos son utilizados para definir el funcionamiento de los sensores: Rango y margen: El rango de un transductor define los límites entre los cuales puede variar laentrada. El margen es el valor máximo de la estrada menos el valor mínimo. Por ejemplo, una celda de carga utilizada para medir fuerzas, podría tener un rango de 0 a 50 kN y un margen de 50 kN. Error: El error es la diferencia entre el resultado de una medición y el valor verdadero de la cantidad que se mide.
Error = Valor medido − Valor real

Exactitud: La exactitud es el grado hasta el cual unvalor producido por un sistema de medición podría estar equivocado. Es por lo tanto, igual a la suma de todos los errores posibles más el error en la exactitud de la calibración del transductor. Por ejemplo, si la exactitud de un instrumento para medir temperatura se especifica como valor de ±2 °C, la lectura en el instrumento estará entre +2 y -2 °C del valor real. Precisión: Es el grado deconcordancia dentro de un grupo de mediciones o instrumentos. La diferencia entre exactitud y precisión su muestra de manera clara en la Figura 2.2.

Figura 2.2 Exactitud y precisión.

Sensibilidad: Es la relación que indica qué tanta salida se obtiene por unidad de entrada, es decir, salida/entrada. Por ejemplo un termómetro de resistencia puede tener una sensibilidad de 0.5 Ω/°C.

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Errorpor histéresis: Los transductores pueden producir distintas salidas de la misma magnitud que se mide, si dicha magnitud se obtuvo mediante un incremento o una reducción continuos. A este efecto se le conoce como histéresis. La Figura 2.3 muestra una salida de este tipo, donde el error por histéresis es la diferencia máxima en la salida obtenida a partir de valores de incremento y de decremento.Figura 2.3 Histéresis. Error por linealidad: Para muchos transductores se supone que en su rango de funcionamiento la relación entre la entrada y la salida es lineal, es decir, la gráfica de la salida respecto a la entrada produce una línea recta. Sin embargo, son pocos los transductores en los que la relación anterior es realmente una línea recta; por ello, al suponer la existencia de estalinealidad se producen errores. Repetibilidad / Reproducibilidad: Los términos repetibilidad y reproducibilidad se utilizan para describir la capacidad del transductor para reproducir la misma salida después de aplicar varias veces el mismo valor de entrada. Cuando ya no se logra obtener la misma salida después de aplicar el valor de entrada, el error se expresa como un porcentaje de la salida a rango...