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• Ivan Mendoza

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] .- ]  Un transductor consiste en un dispositivo que absorbe energía de un sistema y que la cede a otro, por lo general en otra forma diferente de energía.

La

justificación de estos transductores es que se hace necesario transformar una determinada magnitud física en una magnitud eléctrica (tensión, corriente, resistencia, etc.).

De esta forma es posible distinguir diferentes tipos de

transductores: u

Transductor de Fuerza.

u

Transductor de Presión.

u

Transductor de Aceleración y Velocidad.

u

Transductor de Nivel.

u

Transductor de Caudal.

u

Transductor de Temperatura.

u

Transductor de Luz.

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- ./ Un transductor es un dispositivo que transforma un tipo de variable física (por ejemplo, fuerza, presión, temperatura, velocidad, etc.) en otro. Un sensor es un transductor que se utiliza para medir una variable física de interés. Algunos de los sensores y transductores utilizados con más frecuencia son los calibradores de tensión (utilizados para medir la fuerza y la presión), los termopares (temperaturas), los velocímetros (velocidad). Cualquier sensor o transductor necesita esta calibrado para ser útil como dispositivos de medida.

La calibración es el procedimiento mediante el cual se

establece la relación entre la variable medida y la señal de salida convertida. Los transductores y los sensores pueden clasificarse en dos tipos básicos, dependiendo de la forma de la señal convertida. Los dos tipos son: u


 ‘

 ‘ Los transductores analógicos proporcionan una señal analógica continua, por ejemplo voltaje o corriente eléctrica.

Esta señal puede ser tomada

como el valor de la variable física que se mide. u


 ‘ 
‘

Los transductores digitales producen una señal de salida digital, en la forma de un conjunto de bits de estado en paralelo o formando una serie de pulsaciones que pueden ser contadas.

En una u otra forma, las señales digitales

representan el valor de la variable medida. Los transductores digitales suelen ofrecer la ventaja de ser más compatibles con las computadoras digitales que los sensores analógicos en la automatización y en el control de procesos.

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‘  ‘     Corresponde al margen entre los valores mínimo y máximo de la magnitud física medida por el transductor.

u

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‘
‘corresponde al valor de fondo de escala, y es la diferencia entre lastensiones de salida del transductor, correspondientes a los valores límites del campo de medición.

u

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: es la relación que existe entre el valor de salida y el correspondiente valor de la magnitud de entrada.

u

  ‘  ‘







es

el

desplazamiento

de

la

constante

de

proporcionalidad entre el valor de entrada y el de salida. Éste se expresa en porcentaje del valor máximo de salida. u

ë    se conoce también como error de medición, y corresponde al margen máximo entre el valor medido y el real; se expresa en porcentaje del valor del fondo de escala.

u

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corresponde a la rapidez con la que la magnitud de salida responde a las variaciones de la magnitud de entrada.

u





 es la constancia de la relación entrada-salida para todas las condiciones de funcionamiento.

u

    
 es el margen de tolerancia que abarca los valores de la misma medición. Normalmente se expresa en fracciones de la precisión. 

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 Algunas características que tienen los transductores son:

u


 ‘ La exactitud de la medición debe ser tan alta como fuese posible. Se entiende por exactitud que le valor verdadero de la variable se pueda detectar sin errores sistemáticos positivos o negativos en la medición.

Sobre varias mediciones de la variable, el promedio de error

entre el valor real y el valor detectado tendera a ser cero. u

ë   ‘ La precisión de la medición debe ser tan alta como fuese posible.

La precisión significa que existe o no una pequeña variación

aleatoria en la medición de la variable. La dispersión en los valores de una serie de mediciones será mínima. u

ë
 ‘  ‘  
 ‘ El sensor debe tener un amplio rango de funcionamiento y debe ser exacto y preciso en todo el rango.

u

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‘ ‘  
 El transductor debe ser capaz de responder a los cambios de la variable detectada en un tiempo mínimo. Lo ideal sería una respuesta instantánea.

u

Õ



 ‘ El sensor debe ser fácil de calibrar.

El tiempo y los

procedimientos necesarios para llevar a cabo el proceso de calibración deben ser mínimos.

Además, el sensor no debe necesitar una re

calibración frecuente.

El término desviación se aplica con frecuencia para

indicar la pérdida gradual de exactitud del sensor que se produce con el tiempo y el uso, lo cual hace necesaria su re calibración. u





El sensor debe tener una alta fiabilidad. No debe estar sujeto a fallos frecuentes durante el funcionamiento.



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- .
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 Son conductores cuya resistencia varía con la temperatura. La función de transferencia de las termo resistencias es en general: R = RO{1 + a1 (T - To)+ a2 (T - To )2 + ... + an (T - To )n } donde Ro es la resistencia a una temperatura To (medida en grados Kelvin) de referencia. Un elemento conductor que se emplea es el Platino, para el cual se tienen los siguientes valores numéricos de los coeficientes: a1 = 3.85x10-3 K-1, a2 = -5.83x10-7 K-2 . Si se consigue que a la temperatura de 273 K el valor de la resistencia sea de 100 ohmios y se desprecian los términos superiores al lineal se tiene finalmente la siguiente expresión para una Pt-100 R = 100 + 0.385 t (t en ºC) En esta expresión se supone que el calentamiento de la resistencia es debida exclusivamente al contacto con el medio del que se quiere medir la temperatura. Al igual que en el caso del potenciómetro, interesa que la variación de resistencia se convierta en variación de tensión, para lo cual se le alimenta con una intensidad de corriente. Entonces la resistencia se calentará también por efecto Joule con lo que su temperatura será ligeramente diferente de la del medio exterior. Para que esta diferencia entre la temperatura de la resistencia y la exterior sea mínima y no afecte casi, hay que alimentar con una corriente pequeña. Para el caso del Pt-100 la corriente máxima es de 2.4 miliamperios si la resistencia está en contacto con el aire y de 10 mA si se sumerge en agua. %

La termo resistencia de platino fue empleada por primera vez en 1871 por W. Siemens y ofrece una medida de la temperatura estable y exacta tal que se emplea como patrón de temperaturas desde -180º C hasta 600ºC. Otra aplicación del platino es la medida de velocidades de gases. Un hilo de platino se alimenta con una corriente constante para que se caliente. Entonces el paso de fluido cerca del platino produce su enfriamiento que es función de la velocidad del fluido, cambiando la resistencia y por tanto la diferencia de potencial en la resistencia de platino. Otros

conductores

metálicos

que

también

se

utilizan

para

construir

termoresistencias son el Cobre, el Niquel y el Molibdeno, cuyos respectivos coeficientes lineales (o de primer orden) de temperatura son 0.0043, 0.00681 y 0.003786 K-1. .]
.
 Son semiconductores cuya resistencia es variable con la temperatura. u

Para un semiconductor intrínseco o poco dopado, la resistencia disminuye cuando aumenta la temperatura. Por ello se denomina termistor NTC (Negative Temperature Coeficient).

u

Para un semiconductor muy dopado, la variación de la resistencia con la temperatura es contraria al caso anterior, esto es, aumenta la resistencia si aumenta la temperatura (al igual como los conductores).Por ello se denominan PTC (Positive Temperature Coefficient).

u

Para un rango pequeño de temperaturas (una variación máxima de 50º C), las resistencias NTC tienen una dependencia con la temperatura de la forma R = A exp(B/T)

o también

R = Ro exp[B(1/T - 1/To )] (4.5)

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donde Ro es la resistencia a To (temperatura Kelvin), que se toma por convenio 298 K (25º C). El valor de la constante B se suele determinar midiendo la resistencia de la NTC a dos temperaturas diferentes.

Como el valor de B es también dependiente de la temperatura, a veces se emplea una relación empírica para la resistencia de la NTC de la forma: R = exp [A + B 1/T + C 1/T2 + D 1/T3] (4.7) o de la forma

1/T = a + bLn R + c(Ln R)2 + d(Ln R)3

Para que la función R(T) de las resistencias NTC sea más lineal, se conectan otras resistencias fijas a la NTC en serie y en paralelo, como indica la siguiente figura:

Un termo resistor es el siguiente:



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 Los transductores de iluminación son dispositivos capaces de transformar la radiación luminosa en una magnitud eléctrica (resistencia, corriente), y que también pueden ser utilizadas como transductores indirectos de otras magnitudes físicas como posición, velocidad angular, etc. La radiación luminosa, al interactuar con la materia, produce diversos efectos. Entre los más importantes se encuentra el ³Efecto Fotoeléctrico´ que consiste en la liberación de electrones de una superficie metálica cuando a ésta le llegan radiaciones luminosas y, en el caso de semiconductores, en la generación de pares electrones-huecos. La iluminación requerida para el funcionamiento de los transductores de iluminación es proporcionada por una lámpara de incandescencia con filamento al tungsteno, alimentada con una tensión de 24 [V]. Con relación a los efectos fotoeléctricos sobre los semiconductores, se pueden dividir en dos grupos: u

 ‘  % La conductividad de una barra de semiconductor depende de la intensidad de la radiación luminosa que le llega.

u

 ‘  ‘ ‘
‘ ‘ ‘ 
La corriente a través de una unión P-N polarizada depende de la intensidad de la radiación luminosa. Si la unión no está polarizada, en sus extremos se genera una fuerza electromotriz (Efecto Fotovoltaico).

En la primera categoría se encuentran dispositivos que se denominan fotorresistencias, mientras que en la segunda categoría se encuentran los fotodiodos, las células eléctricas y los fototransistores.

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2..
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 La fotorresistencia es un componente pasivo de semiconductor, desprovisto de unión. En la siguiente figura se muestra la curva característica resistencia-irradiación, Además del símbolo de dicho elemento.

R [OHM]

E [LUX]

La fotorresistencia en la oscuridad es prácticamente un aislante y presenta valores de resistencia del orden del M. Si resulta fuertemente iluminada, presenta valores de resistencia muy bajos, hasta alcanzar algunas decenas de .

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2.
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. El fototransistor es un dispositivo de estructura muy similar a la de un transistor común y corriente, pero tiene la particularidad de que su base es fotosensible. Se alimenta con tensión positiva entre colector y emisor, y la base se puede dejar abierta o conectada al emisor con una resistencia. En condiciones de oscuridad, la corriente de colector es mínima y aumenta con el incremento de la iluminación. En la figura siguiente se muestra el símbolo con el esquema de conexión del fototransistor, como también la curva característica que relaciona la variación de la corriente de colector Ic con la variación de iluminación E. Ic [mA] +Vcc

RB

R

=

RB