CURSO: DIDACTICA IV- FÍSICA SESIÓN: 2.4 MODALIDAD A DISTANCIA FECHA: 03 / 09 / 2011 LECTURA N°2 :
Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, pH, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una Tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc. El sensor es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Como por ejemplo el termómetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la acción de la temperatura. Un sensor también puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra. Áreas de aplicación de los sensores: Industria automotriz, Industria aeroespacial, Medicina , Industria de manufactura, Robótica , etc.
Los sensores pueden estar conectados a un computador para obtener ventajas como son el acceso a una base de datos, la toma de valores desde el sensor, etc
Características de un sensor • • •
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Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que puede aplicarse el sensor. Precisión: es el error de medida máximo esperado. Offset o desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la variable de entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable de entrada, habitualmente se establece otro punto de referencia para definir el offset. Linealidad o correlación lineal. Sensibilidad de un sensor: relación entre la variación de la magnitud de salida y la variación de la magnitud de entrada. Resolución: mínima variación de la magnitud de entrada que puede apreciarse a la salida. Rapidez de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto varíe la magnitud a medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las variaciones de la magnitud de entrada. Derivas: son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada, que influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condiciones ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento (oxidación, desgaste, etc.) del sensor. Repetibilidad: error esperado al repetir varias veces la misma medida.
Un sensor es un tipo de transductor que transforma la magnitud que se quiere medir o controlar, en otra, que facilita su medida. Pueden ser de indicación directa (e.g. un termómetro de mercurio) o pueden estar conectados a un indicador (posiblemente a través de un convertidor analógico a digital, un computador y un display) de modo que los valores detectados puedan ser leídos por un humano. Sensores Analógicos y Digitales Existe una gran variedad de sensores en el mercado de los cuales puedes disponer, claro, que antes habría que clasificarlos y aquí lo haremos brevemente...
Veamos... Los sensores pueden ser de dos tipos, analógicos y digitales. Los sensores digitales son aquellos que frente a un estímulo pueden cambiar de estado ya sea de cero a uno o de uno a cero (hablando en términos de lógica digital) en este caso no existen estados intermedios y los valores de tensión que se obtienen son únicamente dos, 5V y 0V (o valores muy próximos) Ahora bien, como los sensores comúnmente serán utilizados con circuitos lógicos, y más si se trata de robótica en cuyo caso posiblemente incluyas un microcontrolador, habrá que ver como trabajar con los sensores analógicos. Por suerte existen unos Circuitos integrados llamados Conversores Analógico/Digital (Conversores A/D) que transforman la señal analógica en señal digital, y por supuesto también están los Conversores D/A, pero analicemos los primeros...
Convertores de Sensores (Analógico / Digital) Aclaremos algo, esto no es una lección de conversores de este tipo, es sólo para que tengas una idea de ellos a grandes rasgos…. Sigamos... Los conversores Analógico/Digital los puedes seleccionar entre otras cosas, de acuerdo a la cantidad de bits de salida, por ejemplo... Un Conversor A/D de 3 bits dispone de una entrada analógica y 3 terminales de salida Digitales, es decir que combinando las salidas puede tomar 8 posibles valores binarios según el nivel de tensión en su entrada. por aquello de 2n es decir que tendrás valores entre 000 y 111, veamos como se corresponden estos valores con los niveles de tensión.
Entrada Analógica
Salida Digital
0V
000
0.625 V
001
1.25 V
010
1.875 V
011
2.5 V
100
3.125 V
101
3.75 V
110
4.375 V
111
Te preguntarás... que pasó con los 5V?, bueno, es que el conversor necesita un nivel de tensión para utilizarlo como referencia y en este caso se utilizó los 5V, también podría ser 0V, o mejor aún ambos. Aquí puedes ver una imagen representativa de un Conversor A/D, en ella se indican en la salida dos términos muy utilizados MSB y LSB...
MSB es el valor binario más significativo y LSB es el menos significativo (en nuestro ejemplo, 111 y 000 respectivamente) Lo visto hasta el momento te puede servir si en caso deseas decodificar una señal analógica y utilizarla como si fuera digital, por ejemplo en el caso de una fotocelda, esta varía su resistencia según la iluminación que recibe, por lo tanto es un sensor de tipo analógico. un pulsador tiene dos estados, activado o no, por lo tanto es de tipo digital. Bueno,
espero
lo
hayas
comprendido...!!!
Aparte de aquello de los Conversores A/D, tienes la posibilidad de ingeniártelas para que una señal analógica tome dos estados y así solucionar tu problema, por ejemplo el interfase Logger Pro 3.8.3, este tipo tiene la ventaja de cambiar el estado de su salida en un determinado umbral de tensión de entrada, razón por la cual son muy utilizados para esta tarea, pero ya lo irás viendo en la descripción de cada tipo de sensor...
Tipos de sensores En la siguiente tabla se indican algunos tipos y ejemplos de sensores electrónicos que complementan a los que has vivenciado en el taller presencial.
Magnitud
Posición lineal o angular
Desplazamiento y deformación
Transductor
Característica
Potenciómetro
Analógica
Encoder
Digital
Sensor Hall
Digital
Transformador diferencial de variación lineal
Analógica
Galga extensiométrica
Analógica
Velocidad lineal y angular
Magnetoestrictivos
A/D
Magnetorresistivos
Analógica
LVDT
Analógica
Dinamo tacométrica
Analógica
Encoder
Digital
Detector inductivo
Digital
Servo-inclinómetros
A/D
RVDT
Analógica
Giróscopo Aceleración Fuerza y par (deformación)
Presión
Caudal
Temperatura
Sensores de presencia
Sensores táctiles
Acelerómetro
Analógico
Servo-accelerómetros Galga extensiométrica
Analógico
Triaxiales
A/D
Membranas
Analógica
Piezoeléctricos
Analógica
Manómetros Digitales
Digital
Turbina
Analógica
Magnético
Analógica
Termopar
Analógica
RTD
Analógica
Termistor NTC
Analógica
Termistor PTC
Analógica
[Bimetal - Termostato ]]
I/0
Inductivos
I/0
Capacitivos
I/0
Ópticos
I/0 y Analógica
Matriz de contactos
I/0
Piel artificial
Analógica
Visión artificial
Cámaras de video
Procesamiento digital
Cámaras CCD o CMOS
Procesamiento digital
Sensor final de carrera Sensor de proximidad
Sensor capacitivo Sensor inductivo Sensor fotoeléctrico
Sensor acústico (presión sonora) micrófono Sensores de acidez
IsFET fotodiodo
Sensor de luz
Fotorresistencia Fototransistor Célula fotoeléctrica
Sensores captura de movimiento Sensores inerciales Algunas magnitudes pueden calcularse mediante la medición y cálculo de otras, por ejemplo, la velocidad de un móvil puede calcularse a partir de la integración numérica de su aceleración (sensor de movimiento). La masa de un objeto puede conocerse mediante la fuerza gravitatoria que se ejerce sobre él en comparación con la fuerza gravitatoria ejercida sobre un objeto de masa conocida (sensor de fuerza). Sensor http://es.wikipedia.org/wiki/Sensor Sensores: analógicos y digitales http://perso.wanadoo.es/luis_ju/sensor/indexsen.html Otros enlaces http://r-luis.xbot.es/sensores/index.html http://www.vernier-intl.com