Sensores

CARRERA
INGENIERÍA ELECTRÓNICA

MATERIA
INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL

UNIDAD I
1.1 Sensores monolíticos.
1.2 Sensores de proximidad.
1.3.1 Inductivos.
1.3.2 Capacitivos.
1.3.3 Óptico.
1.3 Sensores de desplazamiento.
1.4 Sensores de velocidad.
1.5 Sensores de libración.
1.6 Sensores multipunto.

Sensores monolíticos
Lossensores de silicio o monolíticos son dispositivos basados en las propiedades térmicas de las uniones semi – conductoras (PN), particularmente la dependencia de la tensión base – emisor (VBE) de los transistores bipolares con la temperatura cuando la corriente de colector es constante. Generalmente incluyen sus propios circuitos de procesamiento de señales, así como varias funciones de interfaceespeciales con el mundo externo. Estos circuitos integrados que aprovechan la variación predecible del voltaje de la unión base – emisor (VBE) de los transistores bipolares para realizar mediciones confiables y exactas de temperatura. Se caracterizan por su pequeño tamaño y son especialmente apropiados para aplicaciones de medición y control de temperatura en el rango de -55°C a +150°C. Además, norequieren de etapas de linealización, amplificación ni compensación externas debido a que incorporan en la misma pastilla sus propios circuitos de procesamiento de señales.
La mayoría de sensores de silicio proporcionan como salida un voltaje que varía linealmente con la temperatura en grados Kelvin (K), Celsius (°C) o Fahrenheit (°F). Algunos ejemplos representativos son el LM34, el LM35, elLM135 y el LM50, todos ellos de National Semiconductor y con una sensibilidad nominal de 10mV por grado. También se dispone de sensores con salida por corriente. Dos ejemplos representativos son el LM334 y el AD590, cuyas sensibilidades típicas son 1 mA/K y 1μA/K, respectivamente. La integración de circuitos de procesamiento en los sensores de temperatura de silicio elimina también, en muchos casos,la necesidad de comparadores o de convertidores A/D externos para convertir la salida análoga a un nivel lógico o un código digital. Los sensores de salida por comparador, en particular, son muy útiles para detectar condiciones de falla, impulsar calefactores o enfriadores, y otras aplicaciones de control y alarma.

FIGURA 1: Transductor de temperatura de silicio representativo.
Eldispositivo mostrado, es fabricado por National Semiconductor;
detecta temperaturas entre -55 ºC y 150 ºC y ofrece
una salida digital on – off.

Sensores de proximidad
El sensor de proximidad es un transductor que detecta objetos o señales que se encuentran cerca del elemento sensor. Existen varios tipos de sensores de proximidad según el principio físico que utilizan.
Sensores inductivos
Lainductancia de un circuito indica la magnitud del flujo magnético que concatena debido a una corriente eléctrica. Si se trata de una corriente circulando por el propio circuito, se habla de autoinductancia, L. En caso contrario, se habla de inductancia mutua.
La inductancia se puede expresar como:
L=Nddi
Donde N es el número de vueltas del circuito, i la corriente y el flujo magnético. Esteúltimo está relacionado con la fuerza magnetomotriz M y con la reluctancia magnética R, de la forma:
=MR
Dado que M=N i, se tiene finalmente
L=N2R
Para una bobina de sección A y de longitud I mucho mayor que sus dimensiones transversales, R viene dada por
R=1μ0μrlA+1μ0l0A0≈1μ0μrlA
Donde μr es la permeabilidad relativa del núcleo de la bobina, l0 el recorrido de las líneas de campo en el aire(fuera de la bobina) y A0 la sección transversal del camino recorrido. La aproximación indicada se basa en que A0 es muy grande.
Si el circuito magnético incluye tramos en el aire y tramos en un material ferromagnético dispuestos en serie, la expresión general es:

La mayoría de los sensores inductivos son de reluctancia variable y es un desplazamiento el que la modifica, afectando sobre todo a...