2.2 Principio de Transducción
Los términos “sensor” y “transductor” se suelen aceptar como sinónimos, aunque si hubiera que hacer alguna distinción, el termino transductor es quizás más amplio, incluyendo una parte sensible o captador propiamente dicho y algún tipo de acondicionamiento de la señal detectada. Si nos centramos en los estudios de los transductores cuya salida es una señal eléctrica, podemos dar la siguiente definición:
“un transductor es un dispositivo capaz de convertir el valor de una magnitud física en una señal eléctrica codificada, ya sea en forma analógica o digital”.
No todos los transductores tienen que dar una salida en forma de una señal eléctrica. Como ejemplo puede valer el caso de un termómetro basado en la diferencia de dilatación de una lamina bimetálica, donde la temperatura se convierte directamente en un desplazamiento de una aguja indicadora.
Sin embargo el termino transductor suele asociarse bastante a dispositivos cuya salida es alguna magnitud eléctrica o magnética.
Los transductores basados fenómenos eléctricos o magnéticos, estos suelen tener una estructura general como la que muestra la figura , en la cual podemos distinguir las siguientes partes:
· Elemento sensor o captador. Convierte las variaciones de una magnitud física en variaciones de una magnitud eléctrica o magnética, que denominaremos habitualmente señal.
· Bloque de tratamiento de señal. Si existe, suele filtrar, amplificar, linealizar y, en general, modificar la señal obtenida en el captador, por regla general utilizando circuitos electrónicos.
· Etapa de salida. Esta etapa comprende lo amplificadores, interruptores, conversores de código, transmisores y, en general, todas aquellas partes que adaptan la señal a las necesidades de la carga exterior.
· CLASIFICACIÓN SEGÚN EL TIPO DE SEÑAL DE SALIDA.
1. Analógicos. Aquellos que dan como salida un valor de tensión o corriente variable en forma continua dentro del campo de medida. Es frecuente para este tipo de transductores que incluyan una etapa de salida para suministrar señales normalizadas de 0-10 V o 4-20 mA.
2. Digitales. Son aquellos que dan como salida una señal codificada en binario, BCD u otro sistema cualquiera.
3. Todo-nada. Indican únicamente cuando la variable detectada rebasa un cierto umbral o limite. Pueden considerarse como un caso limite de los sensores digitales en el que se codifican solo dos estados.
Otro criterio de clasificación, relacionado con al señal de salida, es el hecho de que el captador propiamente dicho requiera o no una alimentación externa para su funcionamiento. En el primer caso se denominan sensores pasivos y en el segundo caso activo o directo.
Los sensores pasivos se basan, en la modificación de la impedancia eléctrica o magnética de un material bajo determinadas condiciones físicas o químicas (resistencia, capacitancia, inductancia, reluctancia, etc.)
Los sensores activos son, en realidad generadores eléctricos, generalmente de pequeña señal. Por ello no necesitan alimentación exterior para funcionar.
· CARACTERÍSTICAS GENERALES DE LOS SENSORES
Dichas características pueden agruparse en 2 grandes bloques:
1. Características estáticas. Que describen la actuación del sensor en régimen permanente o con cambios muy lentos de la variable a medir.
2. Características dinámicas. Que describen la actuación del sensor en régimen transitorio, a base de dar su respuesta temporal ante determinados estímulos estándar o a base de identificar el comportamiento del transductor con sistemas estándar.
Ø CARACTERÍSTICAS ESTATICAS
- Campo de medida: El campo de medida, es el rango de valores de la magnitud de entrada comprendido entre el máximo y el mínimo detectables por un sensor, con una tolerancia de error aceptable.
- Resolución: indica la capacidad del sensor para discernir entre valores muy próximos de la variable de entrada.
- Precisión: La presión define la máxima desviación entre la salida real obtenida de un sensor en determinadas condiciones de entorno y el valor teórico de dicha salida que correspondería, en identidades condiciones, según el modelo ideal especificado como patrón.
- Repetibilidad: Características que indican la máxima desviación entre valores de salida obtenidos al medir varias veces un mismo valor de entrada con el mismo sensor y en idénticas condiciones ambientales.
- Linealidad: Se dice que un transductor es lineal, si existe una constante de proporcionalidad única que relaciona los incrementos de señal de salida con los correspondientes incrementos de señal de entrada, en todo el campo de medida.
- Sensibilidad: Características que indican la mayor o menor variación de salida por unidad de la magnitud de entrada.
Ø CARACTERISTICAS DINAMICAS
- Velocidad de respuesta: La velocidad de respuesta mide la capacidad de un transductor para que la señal de salida siga sin retraso las variaciones de la señal de la entrada. Los parámetros más relevantes empleados en la definición de la velocidad de respuesta son los siguientes:
· Tiempo de retardo.
· Tiempo de subida.
· Tiempo de establecimiento al 99%.
· Constante de tiempo.
- Respuesta frecuencial: Relación entre la sensibilidad y la frecuencia cuando la entrada es una excitación senoidal.
- Estabilidad y derivas: Características que indican la desviación de salida del sensor al variar ciertos parámetros exteriores distintos del que se pretende medir, tales como condiciones ambientales, alimentación, u otras perturbaciones.