TEMA II INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA - … · R = Ro (1 + α T) Ro = 100 Ω ; α = 3.9 · 10 – 3...

LECCIÓN 4. Sensores y actuadores

Electrónica General

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TEMA IIINSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA

TEMA IITEMA IIINSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICAINSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA



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LECCIÓN 4SENSORES Y ACTUADORES

LECCIÓN 4LECCIÓN 4SENSORES Y ACTUADORESSENSORES Y ACTUADORES

IntroducciónIntroducción

Procesos de medidaProcesos de medida

Tipos de sensoresTipos de sensores

Sensores de temperaturaSensores de temperatura

Sensores de luzSensores de luz

Sensores de fuerzaSensores de fuerza

Sensores de desplazamiento y presenciaSensores de desplazamiento y presencia

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IntroducciónIntroducción



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Procesos de medidaProcesos de medida

!

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D CB

A

D

C

B

A Ideal

No lineal

Pendiente incorrecta

offset (desviación en cero)

Ms

Me

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Características básicas de los sensoresCaracterísticas básicas de los sensores

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Me

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Me

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Ejemplo: Acelerómetros (margen 0÷4m/s2)Ejemplo: Acelerómetros (margen 0÷4m/s2)

Poca sensibilidad, bajo offset, linealPoca sensibilidad, bajo offset, linealSería muy sensible al ruido, debido a su baja tensión de salida y sensibilidad; daría una medida poco precisa

Sería muy sensible al ruido, debido a su baja tensión de salida y sensibilidad; daría una medida poco precisa

No lineal, no offsetNo lineal, no offset No se puede asegurar la precisiónNo se puede asegurar la precisión

Alto offset, lineal, sensibleAlto offset, lineal, sensible Hay un offset, que se puede corregir.Es más sensible e inmune al ruidoHay un offset, que se puede corregir.Es más sensible e inmune al ruido

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Tipos de sensoresTipos de sensores

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Sensores de temperaturaSensores de temperatura

''' PRT (Platinum Resistance Thermometer)PRT (PRT (Platinum Resistance Thermometer)Platinum Resistance Thermometer)

'''NTC (Negative Temperature Coefficient)NTC (NTC (Negative Temperature Coefficient)Negative Temperature Coefficient)

PTC (Positive Temperature Coefficient)PTC (PTC (Positive Temperature Coefficient)Positive Temperature Coefficient)

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Termómetros resistivosTermómetros resistivos

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-200ºC ÷ 850ºCMargen de medida

Se basan en la variación de la resistencia con la temperaturaSe basan en la variación de la resistencia con la temperatura

Variación de resistenciarespecto de la temperatura

R = Ro (1 + α T)Ro = 100 Ω ; α = 3.9 · 10 –3

Características

Tienen problemas de sensibilidad (α es muy pequeño)

Son muy precisas (0,1ªC)

Son caras

Tienen buena linealidad (fáciles de calibrar)

Alto margen de medida

Bajas derivas



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TermistoresTermistores

(')"(')"


Tienen coeficientes más altos, aunque con peor linealidadTienen coeficientes más altos, aunque con peor linealidad

Características

Se hacen con óxidos metales

No son lineales

Alta sensibilidad

Alta resolución (0,01ºC)

R100kΩ

1 k Ω

25ºC 100ºCT

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Características

Se hacen con cristales detitanato de bario

Se utilizan principalmentepara protecciones térmicas

R

T

1MΩ

100Ω

70ºC 100ºC

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TermoparesTermopares

T1 T2

A

B

i

T1

T2

A

A B

us

TREF

X

X

Cu

Cu

Cu

Fe

Tus


Se basan en el Efecto Seebeck:“Si dos metales distintos se unen por los puntos a distintas temperaturas,

se produce una circulación de corriente eléctrica”Si se abre el circuito por uno de los metales, se tendrá una tensión proporcional

a la diferencia de temperaturas (potencial termoeléctrico)

Se basan en el Efecto Seebeck:“Si dos metales distintos se unen por los puntos a distintas temperaturas,

se produce una circulación de corriente eléctrica”Si se abre el circuito por uno de los metales, se tendrá una tensión proporcional

a la diferencia de temperaturas (potencial termoeléctrico)

Características

Están hechos de cobre y hierro, o de cobre y constantán

Respuesta rápida

Robustos

Tensión termoeléctrica muy baja amplificadores de precisión

Baja sensibilidad (50µV/ºC)



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SemiconductoresSemiconductores

En un diodo, con una corriente fija, la tensión entre los terminalesvaría 2mV/ºC aproximadamente

En un diodo, con una corriente fija, la tensión entre los terminalesvaría 2mV/ºC aproximadamente

CaracterísticasSon baratos y fáciles de usar

Tiene un margen de medida bajo (-50ºC ÷ 150ºC)

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Sensores de luzSensores de luz

* * *

***FotodiodoFotodiodoFotodiodo

LDR (Light Dependent Resistor)LDR (LDR (Light Dependent Resistor)Light Dependent Resistor)

Los sensores que miden la intensidad de luz se pueden clasificar en dos tipos: los que generan electricidad al recibir iluminación

los que cambian alguna de sus propiedades al ser iluminados

Los sensores que miden la intensidad de luz se pueden clasificar en dos tipos: los que generan electricidad al recibir iluminación

los que cambian alguna de sus propiedades al ser iluminados

Optointerruptor reflexivoOptointerruptor reflexivoOptointerruptor reflexivo

Optointerruptor ranuradoOptointerruptor ranuradoOptointerruptor ranurado



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FotovoltaicosFotovoltaicos

Al incidir luz sobre una unión PN se genera una tensión eléctrica que es

función de la intensidad de la radiación (principio de las células solares)

Al incidir luz sobre una unión PN se genera una tensión eléctrica que es

función de la intensidad de la radiación (principio de las células solares)

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OptointerruptoresOptointerruptores

Dispositivo para medir otras magnitudes (longitudes, ángulos, etc) o paradetectar la presencia o ausencia de un objeto.Dispositivo para medir otras magnitudes (longitudes, ángulos, etc) o paradetectar la presencia o ausencia de un objeto.

Consiste en un sensor de luz (fototransistor) y una fuente de luz (LED, diodo emisor de luz)

++

El sensor y la fuente de luz están montadas sobre lamisma superficie de forma que la presencia de un objetoreflexivo hará que la luz llegue al sensor y circulecorriente a través del fototransistor

El sensor y la fuente de luz están uno frente al otrode forma que la presente de un objeto interrupteel paso de la luz



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FotoconductoresFotoconductores

**

Al incidir luz sobre ellos, cambias sus propiedades de conducción eléctricaAl incidir luz sobre ellos, cambias sus propiedades de conducción eléctrica

Al incidir la luz sobre él, se producirá unacirculación de corriente que es proporcionala la intensidad de la luz

Su sensibilidad es baja. Se utilizan losfototransmisores para incrementarla.

Velocidad de respuesta alta (1µs o menos)

""

Dispositivo resistivo que disminuye el valor desu resistencia al incrementar la intensidad dela luz

Se hacen con sulfuro de cadmio (SCd)

Longitudes de onda entre 380nm y 750nm

Velocidad de respuesta baja (10ms)

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Sensores de fuerzaSensores de fuerza

+ +

Miden deformaciones variando su resistenciaMiden deformaciones variando su resistencia

A

L

R = ρ LA

dirección desensibilidad

puntos de contacto

Se usan para medir fuerzas.Se caracterizan por generar una salida eléctrica al someterlos

a un esfuerzo mecánico

Se usan para medir fuerzas.Se caracterizan por generar una salida eléctrica al someterlos

a un esfuerzo mecánico



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Sensores de desplazamientoSensores de desplazamiento

Producen una señal eléctrica proporcional a la posiciónProducen una señal eléctrica proporcional a la posición

UE

US

f(x) = 1

f(x) = 0

US = UE = f(x) UER · f(x)

R

Son lineales

Tienen mala estabilidad térmica

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Sensores de velocidadSensores de velocidad

,,

La inductancia de una bobina se ve afectada por la presencia dematerial ferromagnético

La inductancia de una bobina se ve afectada por la presencia dematerial ferromagnético

us

mat

eria

lfe

rro

mag

nét

ico

us

Situando en el rotor una chapa de material ferromagnéticos, cada vez que elrotor dé una vuelta, la inductancia de la bobina cambiará.Contando el tiempo que tarda el rotor en dar una vuelta, se podrán calcularlas revoluciones por minuto a las que gira el rotor.



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ActuadoresActuadores

) ) )

Toman una señal eléctria y producen una variación correspondiente en una magnitud físicaToman una señal eléctria y producen una variación correspondiente en una magnitud física

* # -

* # * # --

SolenoidesSolenoidesSolenoides

MotoresMotoresMotores

AltavocesAltavocesAltavoces

Transductores ultrasónicosTransductores ultrasónicosTransductores ultrasónicos

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ActuadoresActuadores

) )

Calentadores resistivos P = R · I2Calentadores resistivos P = R · I2

Diodos emisores de luz: LEDsGoAs; GaP;... depende del color/infrarrojos

Diodos emisores de luz: LEDsGoAs; GaP;... depende del color/infrarrojos

Visualizadores de 7 segmentosVisualizadores de 7 segmentos

LED infrarrojos para comunicación a corta distancia (control remoto)

LED infrarrojos para comunicación a corta distancia (control remoto)



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Actuadores: Fuerza, desplazamiento y movimientoActuadores: Fuerza, desplazamiento y movimiento

Es una bobina con una pieza de materialferromagnéticos que se puede mover.Dependiendo del sentido de la corriente, la pieza es atraida hacia dentro o hacia fuera

Es una bobina con una pieza de materialferromagnéticos que se puede mover.Dependiendo del sentido de la corriente, la pieza es atraida hacia dentro o hacia fuera

MOTORES DE CA: Alta potencia y poca precisiónMOTORES DE CA: Alta potencia y poca precisión

MOTORES DE CC: Media potencia y precisiónMOTORES DE CC: Media potencia y precisión

MOTORES PASO A PASO: PosicionamientoMOTORES PASO A PASO: Posicionamiento

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Actuadores: SonidoActuadores: Sonido

. .

Constan de un imán permanente más una bobina móvil que mueve un diafragmaConstan de un imán permanente más una bobina móvil que mueve un diafragma

Señal eléctricaSeñal eléctrica Se mueve la bobinaSe mueve la bobina Emite onda sonoraEmite onda sonoraVibra el diafragmaVibra el diafragma

' '

A muy alta frecuencia se utilizan actuadores piezaoeléctricos.La señal eléctrica deforma el material y se genera una onda sonora

A muy alta frecuencia se utilizan actuadores piezaoeléctricos.La señal eléctrica deforma el material y se genera una onda sonora

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