Sensores y trasductores

INTRODUCCION

Un transductor es un dispositivo que convierte una señal de un tipo de energía en otra. La base es sencilla, se puede obtener la misma información de cualquier secuencia similar de oscilaciones, ya sean ondas sonoras (aire vibrando), vibraciones mecánicas de un sólido, corrientes y voltajes alternos en circuitos eléctricos, vibraciones de ondas electromagnéticas radiadas en elespacio en forma de ondas de radio o las marcas permanentes grabadas en un disco o una cinta magnética.

1. TRANSDUCTORES

Un transductor consiste en un dispositivo que absorbe energía de un sistema y que la cede a otro, por lo general en otra forma diferente de energía. La justificación de estos transductores es que se hace necesario transformar una determinada magnitud física en unamagnitud eléctrica (tensión, corriente, resistencia, etc.).

2.1. TRANSDUCTORES DE FUERZA

Éstos se subdividen en tres categorías:

* Transductores basados en la aplicación de las leyes de la estática:

En éstos se recurre al hecho de medir una fuerza incógnita utilizando la ley fundamental de la mecánica clásica, la cual está dada por la relación:F – ma = 0

Lo mismo se puede decir examinando la aceleración angular d/dt de un cuerpo (con un momento de inercia axial J alrededor del eje de rotación relativo) bajo la acción de un sistema de pares M cuya dirección es la de dicho eje. Se obtiene la relación:

M – J(d/dt) = 0

Generalmente, en las mediciones industriales, lostransductores que toman como base las ecuaciones mencionadas, se utilizan en condiciones de carga constante. Las únicas aceleraciones presentes son las que se deben al transitorio de aplicación de la magnitud incógnita. En este caso el análisis se hace para estado estacionario (se considera el transitorio como acabado), por lo que se utilizan las siguientes fórmulas:F = 0
M = 0

* Transductores basados en el fenómeno de la reacción elástica:

Para hacer referencia a este tipo de transductores, supóngase un cuerpo homogéneo e isótropo de forma prismática, con una de sus bases apoyada en un soporte de material con rigidez infinita, mientras que a la otra base se le aplique una fuerza F perpendicular a la misma. El cuerpo sedeforma produciendo una fuerza reactiva Fr (definida por la ley de Hooke), y el comportamiento resulta ser puramente elástico.

Cuando F es igual a Fr, es decir, en el punto de equilibrio, la altura del prisma tiene una variación porcentual de:

1 = L/L = F/EA = KF

Donde:
L: altura del prisma.
F: fuerza aplicada.
E: módulo deelasticidad longitudinal o módulo de Young del material.
A: área de la base apoyada.

Gracias a la ayuda de esta ley, es que cualquier cuerpo se puede considerar un sensor lineal de la fuerza aplicada en función de la deformación longitudinal.

Se debe escoger el material y la sección de modo adecuado, tomando en cuenta el máximo valor de f, de modo de no salir del tramo rectilíneo de lacaracterística de transducción.

Hay que recordar también que a la deformación longitudinal (1), corresponde otra transversal ( t) de signo opuesto y dependiente de la primera a través del coeficiente de Poisson (). Por lo tanto en el campo de validez de la ley de Hooke, existe también una relación lineal entre la fuerza aplicada y la deformación transversal:

t = - 1 =- (/EA) F = -K’K

Se logra obtener una transducción lineal “Fuerza/deformación”. Entonces el problema consiste en determinar la deformación y transformarla en una señal eléctrica proporcional a aquélla.
Para realizar la transducción, se emplean, normalmente, prismas de sección anular que van interpuestos entre el objeto de peso incógnito y el soporte.

Será posible amplificar la cantidad...