Transductores

TIPOS DE TRANSDUCTORES:
Los sensores se analizarán para cada una de las variables a sensar, los cuales se detallan a continuación:
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 estádada 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, los transductores 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 seutilizan 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 dematerial con rigidez infinita, mientras que a la otra base se le aplique una fuerza F perpendicular a la misma. El cuerpo se deforma 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 de elasticidad 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 elmaterial y la sección de modo adecuado, tomando en cuenta el máximo valor de f, de modo de no salir del tramo rectilíneo de la característica 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 deHooke, 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 de la deformación, poniendo bajo flexión una barra prismática delgada empotrada en un soporte, como se aprecia en la siguiente figura:


Para simplificar la aplicación de la fuerza puede recurrirse a una estructura de anillo como la siguiente:
Las deformacionesproducidas por una fuerza en estos dispositivos se determinan con sensores como los “strain gage” resistivos y los “strain gage” de semiconductor, los cuales son dispositivos que relacionan su deformación porcentual con una variación de resistencia.

- Transductor de peso o celda de carga:
Este tipo de transductor de fuerza está dotado de extensímetros (“strain-gage”). Esta celda transforma...