Capitulo 3

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Sensores:

Introduccin:Las nuevas tecnologas estn facilitando que cada vez haya ms sensores a nuestro alrededor, capaces de procesar enormes cantidades de datos para ayudar a mejorar el funcionamiento de las fbricas, el control de los procesos productivos, el mantenimiento de las cosechas, o incluso para detectar terremotos. Los sensores son cada vez ms comunes en nuestra vida diaria. Un coche, por ejemplo, utiliza docenas de ellos para permitirnos controlar sus funciones bsicas. Sin embargo, este tipo de sensores estn muy limitados, puesto que, colocados estticamente en un lugar, adolecen de la capacidad de analizar o actuar sobre los datos que detectan, y simplemente, su misin se limita a enviar las mediciones que han registrado a un procesador central. En definitiva, los sensores todava podran dar mucho ms de s. As lo cree toda una industria tecnolgica que est detrs de ellos, y son cada vez ms las empresas y los equipos de investigadores que trabajan en el desarrollo de este tipo de dispositivos. En este sentido, compaas como la cadena de supermercados britnicos Tesco o la compaa petrolfera Shell han instalado sistemas de primera generacin para controlar y chequear el estado de los expendedores de gasolina en sus estaciones de servicio. La multinacional de los microprocesadores Intel tiene abiertas varias lneas de experimentacin, como por ejemplo, la creacin de sistemas en centros de atencin mdica para ayudar a pacientes con problemas de memoria, y avisarles as del momento en el que tienen que alimentarse. En la primavera de 2002, el laboratorio de investigacin de Intel en Berkeley, en colaboracin con el Colegio del Atlntico en Bar Harbor y la Universidad de California comenzaron en la isla de Great Duck, en la costa norteamericana de Maine, un proyecto que utilizaba redes de sensores para controlar los microclimas y los nidos de un tipo de ave conocido como petrel de las tormentas, y conocer, entre otras cuestiones, por qu prefieren esta isla y no otras. De esta manera, los investigadores tratan de controlar el comportamiento de estos animales sin irrumpir de manera agresiva en su hbitat. Los investigadores hablan ya de una nueva generacin de sensores, capaces de organizarse as mismos y conectarse en red de manera inalmbrica, y que podran generar una revolucin similar a la que tuvo la aparicin de Internet en los aos 70 del siglo pasado. Potencialmente, dicen los expertos, estos sensores podran generar redes que vigilaran la mayora del planeta, desde los modelos de compra de la gente hasta los movimientos de personas sospechosas. Si a eso le unimos los avances realizados en Inteligencia Artificial, algunos expertos vaticinan que en los prximos cinco aos podran incluso crearse sensores con inteligencia compleja. "La mayora del trfico de datos ya no se realizar entre seres humanos, sino entre estas cucarachas de silicio", avanza Bob Metcalfe, investigador de la empresa Ember, con sede en Boston, que trabaja en el desarrollo de este tipo de sensores.Como vemos, las posibilidades de estos sensores son enormes. Y como suele pasar con una tecnologa que tiene enormes posibilidades, los estamentos militares no se quedan al Margen de estoEn este caso, se tratara de seguir el concepto de "polvo inteligente", una idea desarrollada hace cinco aos por investigadores, que consiste en diseminar en el campo de batalla miles de diminutos sensores conectados por una red inalmbrica. As, estos sensores controlan los movimientos de las tropas y los vehculos del enemigo sin alertarle de su presencia. Al tratarse de una red auto organizada e inteligente, los sensores filtran toda la informacin en bruto que reciben antes de enviar los descubrimientos importantes a la base central de operaciones. De esta manera, los mandos militares podran evitar posibles bajas en sus tropas al detectar por ejemplo posibles amenazas de armas qumicas o biolgicas. De hecho, el ejrcito de los Estados Unidos ya ha experimentado en la vida real con estos prototipos. Hace tres aos, se lanzaron desde un avin a una carretera de la ciudad californiana de Twentynine Palms varios tubos conteniendo entre 10 y 20 de los denominados sensores "Rene", que consiguieron establecer la velocidad y direccin de los vehculos que circulaban a partir de las vibraciones del suelo. Este tipo de sensores inteligentes, conocidos como "motas", han contado para su creacin con la colaboracin de la Universidad de California en Berkeley y la empresa Intel, dentro del denominado Centro para la Investigacin sobre Tecnologa de la Informacin en Inters de la Sociedad (CITRIS). Los investigadores de este centro persiguen la creacin de dispositivos inalmbricos de bajo coste que puedan llegar a ser tan diminutos como un grano de arena. Por el momento han desarrollado ya sensores inalmbricos, denominados "Spec", que contienen chips miniaturizados a menos de un milmetro cbico. "Se trata de una nueva clase de ordenador", afirma David Culler, profesor de esta universidad y director de un laboratorio de investigacin especfico en Intel para estos dispositivos, que predice que en diez aos esta clase de ordenadores "estarn ya consolidados, con lo que tendremos una nueva clase de desafos". Para facilitar la organizacin autnoma en red, han desarrollando adems un estndar en cdigo abierto, denominado Tiny, para permitir de esta manera que otros equipos de investigadores puedan mejorar sus caractersticas. De hecho, segn Culler "existen ms de cien grupos en todo el mundo que estn utilizando la combinacin del sistema operativo TinyOS y la base de datos TinyDB".En Estados Unidos, el poder de control que estos y otros tipos de dispositivos similares podran otorgar a gobiernos y empresas han llevado ya por ejemplo a grupos de defensa de la privacidad a protestar por los planes de la multinacional Wal-Mart, que finalmente abandon -momentneamente- su idea de instalar una red de sensores inalmbricos para controlar las compras de sus usuarios. El tema no consiste slo en conseguir datos, sino en responder a cuestiones especficas, y todava quedan bastantes cuestiones tecnolgicas que resolver, como la implantacin de estndares Sin embargo, las empresas, conscientes del enorme potencial de estas redes de sensores, no son precisamente partidarias de limitar su utilizacin. Empresas como York International, por ejemplo, que realiza sistemas de ventilacin para ms de 60 mil clientes, ya planea para los prximos cinco aos instalar sensores en red en sus aparatos para monitorizar automticamente las temperaturas y enviar los datos a la central. Sus responsables afirman que gracias a esta medida aliviaran el sobrecargado trabajo de sus ms de dos mil tcnicos, elevando as la productividad hasta un 15 por ciento.De todas formas, el tema no consiste slo en conseguir datos, sino en responder a cuestiones especficas, y todava quedan bastantes cuestiones tecnolgicas que resolver, como la implantacin de estndares de este tipo de sensores inalmbricos. Los investigadores trabajan con distintas frecuencias de radio para que los sensores se identifiquen. Tambin existe el problema de la energa que les hace funcionar, y para ello ya se barajan distintas soluciones de tipo solar o cintico, o incluso se piensa en el desarrollo de diminutas bateras para estos minsculos sensores. Y dado que se trata de elementos que utilizan componentes informticos, la consolidacin de un estndar para el software y el hardware de estos sensores se considera tambin esencial.En definitiva, esto es slo el principio, y como vemos las aplicaciones y sus consecuencias pueden ser muy diversas. Si las expectativas de los expertos no fallan, no van a pasan muchos aos para que esta revolucin de los sensores se produzcaQU ES UN SENSOR:Un sensor o captador, como prefiera llamrsele, no es ms que un dispositivo diseado para recibir informacin de una magnitud del exterior y transformarla en otra magnitud, normalmente elctrica, que seamos capaces de cuantificar y manipular. Normalmente estos dispositivos se encuentran realizados mediante la utilizacin de componentes pasivos (resistencias variables, PTC, NTC, LDR, etc... todos aquellos componentes que varan su magnitud en funcin de alguna variable), y la utilizacin de componentes activos. DESCRIPCIN DE ALGUNOS SENSORES:Se Pretende explicar de forma sencilla algunos tipos de sensores.Sensores de posicin: Su funcin es medir o detectar la posicin de un determinado objeto en el espacio, dentro de este grupo, podemos encontrar los siguientes tipos de captadores; Los captadores fotoelctricos: La construccin de este tipo de sensores, se encuentra basada en el empleo de una fuente de seal luminosa (lmparas, diodos LED, diodos lser etc...) y una clula receptora de dicha seal, como pueden ser fotodiodos, fototransistores o LDR etc. Este tipo de sensores, se encuentra basado en la emisin de luz, y en la deteccin de esta emisin realizada por los fotodetectores. Segn la forma en que se produzca esta emisin y deteccin de luz, podemos dividir este tipo de captadores en: captadores por barrera, o captadores por reflexin. En el siguiente esquema podremos apreciar mejor la diferencia entre estos dos estilos de captadores: Captadores - Captadores por barrera. Estos detectan la existencia de un objeto, porque interfiere la recepcin de la seal luminosa. Captadores por reflexin; La seal luminosa es reflejada por el objeto, y esta luz reflejada es captada por el captador fotoelctrico, lo que indica al sistema la presencia de un objeto. Sensores de contacto: Estos dispositivos, son los ms simples, ya que son interruptores que se activan o desactivan si se encuentran en contacto con un objeto, por lo que de esta manera se reconoce la presencia de un objeto en un determinado lugar. Su simplicidad de construccin aadido a su robustez, los hacen muy empleados en robtica.

Captadores de circuitos oscilantes: Este tipo de captadores, se encuentran basados en la existencia de un circuito en el mismo que genera una determinada oscilacin a una frecuencia prefijada, cuando en el campo de deteccin del sensor no existe ningn objeto, el circuito mantiene su oscilacin de un manera fija, pero cuando un objeto se encuentra dentro de la zona de deteccin del mismo, la oscilacin deja de producirse, por lo que el objeto es detectado. Estos tipos de sensores son muy utilizados como detectores de presencia, ya que al no tener partes mecnicas, su robustez al mismo tiempo que su vida til es elevada. Sensores por ultrasonidos: Este tipo de sensores, se basa en el mismo funcionamiento que los de tipo fotoelctrico, ya que se emite una seal, esta vez de tipo ultrasnica, y esta seal es recibida por un receptor. De la misma manera, dependiendo del camino que realice la seal emitida podremos diferenciarlos entre los que son de barrera o los de reflexin. Captadores de esfuerzos: Este tipo de captadores, se encuentran basados en su mayor parte en el empleo de galgas extensomtrica, que son unos dispositivos que cuando se les aplica una fuerza, ya puede ser una traccin o una compresin, varia su resistencia elctrica, de esta forma podemos medir la fuerza que se est aplicando sobre un determinado objeto. Sensores de Movimientos: Este tipo de sensores es uno de los ms importantes en robtica, ya que nos da informacin sobre las evoluciones de las distintas partes que forman el robot, y de esta manera podemos controlar con un grado de precisin elevada la evolucin del robot en su entorno de trabajo. Dentro de este tipo de sensores podemos encontrar los siguientes: - Sensores de deslizamiento: Este tipo de sensores se utiliza para indicar al robot con que fuerza ha de coger un objeto para que este no se rompa al aplicarle una fuerza excesiva, o por el contrario que no se caiga de las pinzas del robot por no sujetarlo debidamente. Su funcionamiento general es simple, ya que este tipo de sensores se encuentran instalados en el rgano aprehensor (pinzas), cuando el robot decide coger el objeto, las pinzas lo agarran con una determinada fuerza y lo intentan levantar, si se produce un pequeo deslizamiento del objeto entre las pinzas, inmediatamente es incrementada la presin le las pinzas sobre el objeto, y esta operacin se repite hasta que el deslizamiento del objeto se ha eliminado gracias a aplicar la fuerza de agarre suficiente. - Sensores de Velocidad: Estos sensores pueden detectar la velocidad de un objeto tanto sea lineal como angular, pero la aplicacin ms conocida de este tipo de sensores es la medicin de la velocidad angular de los motores que mueven las distintas partes del robot. La forma ms popular de conocer la velocidad del giro de un motor, es utilizar para ello una dinamo tacomtrica acoplada al eje del que queremos saber su velocidad angular, ya que este dispositivo nos genera un nivel determinado de tensin continua en funcin de la velocidad de giro de su eje, pues si conocemos a que valor de tensin corresponde una determinada velocidad, podremos averiguar de forma muy fiable a qu velocidad gira un motor. De todas maneras, este tipo de sensores al ser mecnicos se deterioran, y pueden generar errores en las medidas. Existen tambin otros tipos de sensores para controlar la velocidad, basados en el corte de un haz luminoso a travs de un disco perforado sujetado al eje del motor, dependiendo de la frecuencia con la que el disco corte el haz luminoso indicar la velocidad del motor. - Sensores de Aceleracin: Este tipo de sensores es muy importante, ya que la informacin de la aceleracin sufrida por un objeto o parte de un robot es de vital importancia, ya que si se produce una aceleracin en un objeto, este experimenta una fuerza que tiende ha hacer poner el objeto en movimiento. Supongamos el caso en que un brazo robot industrial sujeta con una determinada presin un objeto en su rgano terminal, si al producirse un giro del mismo sobre su base a una determinada velocidad, se provoca una aceleracin en todo el brazo, y en especial sobre su rgano terminal, si esta aceleracin provoca una fuerza en determinado sentido sobre el objeto que sujeta el robot y esta fuerza no se ve contrarrestada por otra, se corre el riesgo de que el objeto salga despedido del rgano aprehensor con una trayectoria determinada, por lo que el control en cada momento de las aceleraciones a que se encuentran sometidas determinadas partes del robot son muy importantes.

Tipos de SensoresLos sensores son tan diversos como los principios fsicos en los que se basan.En la actualidad para medir cualquier variable fsica tenemos diversos tipos de sensores, Con sus ventajas y desventajas. Los sensores ms comunes y conocidos son los de proximidad fsica. SENSORES DE PROXIMIDADEstos sensores pueden estar basados en algo simple como en la operacin mecnica de un actuador o, tan complejo como en la operacin de un sensor de proximidad fotoelctrico con discriminacin de color.MICROINTERRUPTORESLos microinterruptores son de muy diversas formas pero todos se basan en la operacin por medio de un actuador mecnico. Desde el punto de vista elctrico son extremadamente simples, ya que consisten en uno o varios juegos de contactos con cierta capacidad de conduccin a cierto voltaje. Estos contactos pueden ser de apertura instantnea ("snap") o lenta, y de contactos de operacin traslapada o de abre y cierra.INDUCTIVOSTanto estos sensores como los de efecto capacitivo y ultrasnico presentan las ventajas siguientes:Conmutacin: * Sin desgaste y de gran longevidad.* Libre de rebotes y sin errores de impulsos.* Libres de Mantenimiento.* De Precisin Electrnica.* Soporta ambientes Hostiles.Los sensores inductivos consisten en una bobina cuya frecuencia de oscilacin cambia al ser aproximado un objeto metlico a su superficie axial. Esta frecuencia es empleada en un circuito electrnico para conectar o desconectar un tiristor y con ello, lo que est conectado al mismo, de forma digital (ON-OFF) o, analgicamente. Si el objeto metlico se aparta de la bobina, la oscilacin vuelve a empezar y el mecanismo recupera su estado original.Estos sensores pueden ser de construccin metlica para su mayor proteccin o, de caja de plstico. Y pueden tener formas anular, de tornillo, cuadrada, tamao interruptor de lmite, etc.Elctricamente se especifican por el voltaje al que trabajan (20-40 V C.D., 90-130 V C.A., etc. ) y por el tipo de circuito en el que trabajan ( dos hilos, PNP, NPN, 4 hilos, etc.). Generalmente los tipos en corriente directa son ms rpidos - Funcionan en aplicaciones de alta frecuencia. - que los de corriente alterna.CAPACITIVOSExisten muchas aplicaciones que requieren el sensar a distancia materiales no metlicos y, para ello se emplea este tipo de sensor que usa el efecto capacitivo a tierra de los objetos a sensar. Ejemplos: Presencia de agua en un tubo o el cereal dentro de una caja de cartn.El elemento funcional primario del sensor capacitivo de proximidad es un oscilador de alta frecuencia con un electrodo flotante en el circuito de base de un transistor. En el estado de inactividad hay un campo ruidoso en la regin de base, que representa el rea activa del sensor de proximidad. Cuando un objeto aparece dentro del rea activa, empiezan las oscilaciones. La etapa de conmutacin rectifica las oscilaciones de alta frecuencia y la seal continua resultante se aplica a la etapa de salida. La etapa de conmutacin incluye un sistema de seal de retroalimentacin, el nivel del cual puede ajustarse en algunos modelos, a travs de un potencimetro; esto capacita el sensor de proximidad de variar su sensibilidad de respuesta.Principalmente se emplean para lquidos y slidos no metlicos y, externamente son muy parecidos a los sensores inductivos .Tanto los sensores inductivos como los capacitivos tienen una distancia mxima de accionamiento, que depende en gran medida del rea de la cabeza sensora (bobina o electrodo), por ello a mayor dimetro, mayor distancia mxima.Adems, la distancia de sensado siempre se especifica para agua en estado lquido pero, para otros materiales es diferente. Para el vidrio se tiene que considerar un factor de correccin del 65%, mientras que para el agua congelada del 30%.Adems de los voltajes y circuitos mencionados en los inductivos, existe tambin en los sensores capacitivos un tipo con salida analgica (4-20 mA).SENSORES DE RELUCTANCIA VARIABLE.Existen ciertos casos donde las condiciones fsicas de operacin requieren un sensor a prueba de casi todo. La solucin acostumbrada son los sensores de reluctancia variable.Funcionan de la siguiente manera: El campo de un imn permanente es deformado al paso de un objeto de alta reluctancia, como los dientes de un engrane metlico; este cambio en el campo induce un voltaje en una bobina colocada rodeando al imn. La magnitud de este voltaje depende de la velocidad con la que el diente en nuestro ejemplo pasa frente al campo magntico y, cuando es suficientemente grande (4500 mm/seg), puede ser empleado en contadores o indicadores de velocidad directamente.En nuestro medio usualmente se conocen estos sensores como de "Pick Up" magntico. Y, tienen forma de cilindro metlico, a manera de un tornillo.SENSORES FOTOELECTRICOSEstos sensores son muy usados en algunas industrias para contar piezas, detectar colores, etc., ya que reemplazan una palanca mecnica por un rayo de luz que puede ser usado en distancias de menos de 20 mm hasta de varias centenas de metros, de acuerdo con los lentes pticos empleados.Funcionan con una fuente de luz que va desde el tipo incandescente de los controles de elevadores a la de estado slido modulada (LED) de los detectores de colores. Y operan al detectar un cambio en la luz recibida por el fotodetector.Los fotodetectores son tpicamente fotodiodos o fototransistores, inclinndose los fabricantes por los primeros por su insensibilidad a campos de radiofrecuencia, que podran causar interferencia. Algunos modelos de estos sensores son fabricados con inmunidad a la luz solar incidente o reflejada. Para ello emplean haces de luz modulada que nicamente pueden ser detectados por receptores sintonizados a la frecuencia de modulacin.Los diferentes tipos de sensores se agrupan por el tipo de deteccin:a) Sensores de Transmisin Directa. Cuando existe un receptor y un emisor apuntados uno al otro. Tiene este mtodo el ms alto rango de deteccin (hasta unos 60 m).b) Sensores Reflex. Cuando la luz es reflejada por un reflector especial cuya particularidad es que devuelve la luz en el mismo ngulo que la recibe ( 9 m de alcance). c) Sensores Reflex Polarizados. Son prcticamente iguales a los del tipo anterior, excepto que, el emisor tiene un lente que polariza la luz en un sentido y el receptor otro que la recibe mediante un lente con polarizacin a 90 del primero. Con sto, el control no responde a objetos muy brillosos que pueden reflejar la seal emitida (5m de alcance).d) Sensores de Foco Fijo. Cuando la luz es reflejada difusamente por el objeto y es detectado por el hecho de que el transmisor y el receptor estn estereoscpicamente acoplados, evitando con ello interferencia del fondo (3.5 m de alcance).e) Sensores de deteccin difusa. Iguales a los anteriores pero los lentes son divergentes, y se usan para detectar objetos muy prximos (1.5 m de alcance).f) Sensores de Fibra Optica. En este tipo, el emisor y receptor estn interconstrudos en una caja que puede estar a varios metros del objeto a sensar. Para la deteccin emplean los cables de fibra ptica por donde circulan los haces de luz emitido y recibido. La mayor ventaja de estos sensores es el pequeo volumen o espacio ocupado en el rea de deteccin.PNEUMATICOS DE PROXIMIDADAlgunas veces por su simpleza olvidamos que existen sensores que detectan la presencia o la falta de una presin neumtica, y que se han usado por aos en las industrias papeleras para controlar que el enrrollado del papel sea parejo.Estos sensores son extremadamente confiables y requieren muy poco mantenimiento.SENSORES ULTRASONICOSLos sensores ultrasnicos son empleados en las industrias qumicas como sensores de nivel por su mayor exactitud en presencia de burbujas en los reactores.Funcionan al igual que el sistema de sonar usado por los submarinos. Emiten un pulso ultrasnico contra el objeto a sensar y, al detectar el pulso reflejado, se para un contador de tiempo que inici su conteo al emitir el pulso. Este tiempo es referido a distancia y de acuerdo con los parmetros elegidos de respuesta ("Set Point") con ello manda una seal elctrica digital o analgica.La tcnica actual permite la fabricacin de estos sensores con un rango de deteccin desde 100 mm hasta unos 6000 mm con una exactitud de 0.05%.Estos sensores son empleados con gran xito sobre otros tipos de sensores para detectar objetos a cierta distancia que son transparentes o extremadamente brillosos y no metlicos. SENSORES MAGNETICOS De los sensores magnticos tenemos los siguientes tipos: los mecnicos o tipo "reed", los de tipo electrnico o de efecto Hall y, los transformadores lineales variables (LVDT).Los sensores de tipo "reed" tienen gran difusin al emplearse en muy bajos voltajes, con lo que sirven de indicador de posicin a PLCs y, adems, por emplearse como indicador de posicin de los cilindros neumticos de mbolo magntico de las marcas que tienen mayor difusin.Los sensores de efecto Hall, son semiconductores y por su costo no estn muy difundidos pero en codificadores ("encoders") de servomecanismos se emplean mucho. Los transformadores lineales variables (LVDT) proporcionan una lectura de posicin, usando la inductancia mutua entre dos embobinados. Un ncleo magntico mvil acopla el voltaje de excitacin en corriente alterna a los dos secundarios. La fase y la amplitud del voltaje del secundario vara de acuerdo con la posicin del ncleo.Cuando el ncleo est enmedio de los embobinados, los voltajes de ambos estn 180 grados defasados y son de igual magnitud, por lo que el voltaje neto es cero. Cuando el ncleo se mueve hacia la escala positiva, la seal en fase con la onda de entrada crece y viceversa cuando el ncleo se mueve hacia la escala negativa.ENCODERS Un tipo especial de sensor de proximidad es el "encoder" o codificador, ya que con l se puede obtener la distancia exacta de proximidad.Para la medicin angular se utiliza un disco codificado montado en un eje. La transformacin de la codificacin mecnica en una seal elctrica proporcional se consigue por la posicin del disco utilizando sensores electromagnticos (tipo Inductosyn), inductivos o acopladores pticos. En el caso de posicionado inductivo, el cdigo del disco tiene la forma de segmentos de cobre en serie. Con este mtodo, el trasductor consiste en un sensor tipo herradura, cuyo consumo elctrico vara de acuerdo con el grado de interferencia de su campo magntico. Esta seal es empleada a continuacin por el equipo de control.El posicionamiento ptico de un disco segmentado es el mtodo ms usual, donde la codificacin consiste en sectores transparentes y opacos. Cuando el disco gira, el recorrido de la luz al sensor ptico se abre y se bloquea alternativamente, produciendo as una salida digital en proporcin con el movimiento y la posicin.Existen dos tipos de "Encoders":Encoders IncrementalesLos "encoders" incrementales suministran un nmero especfico de impulsos por cada revolucin completa del eje. Esta cuenta de impulsos est determinada por el nmero de divisiones o segmentos del disco de codificacin. Ej. El disco de codificacin consta de 360 segmentos, por lo tanto por revolucin del eje, se obtendrn 360 impulsos. Es decir, un impulso por grado angular.Hay disponibles tres versiones del generador de impulsos rotativo: canal simple, doble y triple.El tipo de canal simple (Seal A) es empleado donde el sentido del movimiento no cambia, ni se tienen vibraciones. En el caso contrario, son mejores los de doble canal (Seales A y B), tambin llamados de seales en cuadratura porque una seal est defasada en 90 grados de la otra, lo cual sirve para detectar el sentido del giro. El tercer canal (Seal Z) es una seal de posicin que aparece una vez por revolucin, y es empleado para regresar a ceros contadores en sistemas controlados digitalmente (CNC, PLCs, etc.).Los problemas ms frecuentes con los codificadores son causados por un pobre blindaje del conductor o, por la distancia tan larga y la frecuencia tan alta con la que trabaja el aparato. Un buen cable aterrizado nicamente en el contador y, un codificador de seales complementarias (A, noA, B, noB y Z) resuelven en su mayor parte estos problemas. "Encoders" AbsolutosA diferencia de los "encoders" incrementales, los del tipo absoluto proporcionan una combinacin nica de seales para cada posicin fsica. Esto resulta una ventaja importante, ya que no es necesario un contador para la determinacin de la posicin.La combinacin de seales se establece mediante un patrn de cdigo de sectores transparentes y opacos en varias pistas de un disco rotativo. El nmero de pistas de cdigo disponibles determina la resolucin mxima del codificador en la totalidad de los 360 grados. En el caso de las pistas codificadas en binario, la resolucin mxima es de 2^n siendo "n" el nmero de pistas. Por consiguiente, para 10 pistas, la resolucin es de 2^10 = 1024.Una caracterstica importante de la lectura de modo paralelo es que la posicin real se registra inmediatamente cuando se conecta inicialmentela alimentacin elctrica, o despus de un cambio de posicin sin potencia aplicada o si se excede del nmero de revoluciones por minuto permitidas electrnicamente (desventajas del tipo incremental).El cdigo de Gray es el sistema de codificacin ms usado. Este mtodo de codificacin tiene la ventaja de producir un cambio de cdigo de un slo dgito binario en el desplazamiento de una posicin a la siguiente. Aunque se ha mencionado nicamente el funcionamiento de los "encoders" rotativos, los lineales trabajan de la misma manera.SENSORES DE PRESIONLos sensores de presin sofisticados funcionan a base de celdas de carga y de sus respectivos amplificadores electrnicos, y se basan en el conocido puente de Wheatstone, donde una de sus piernas est ocupada por el sensor. Este sensor es bsicamente una resistencia variable en un sustrato que puede ser deformado, y lo cual ocasiona el cambio en el valor de la mencionada resistencia.Los sensores comunes de presin son interruptores elctricos movidos por una membrana o, un tubo Bourdn. El tubo Bourdn se abre hacia afuera con el aumento de presin y este movimiento es transmitido a un interruptor, el cual es accionado cuando la posicin del tubo corresponde con un ajuste preseleccionado. En el caso de los interruptores de presin por diafragma, la fuerza provocada por la presin sensada acta sobre un resorte, el cual al ser vencido acta sobre un microinterruptor. Es obvio que el resorte determina el rango de presin de operacin.SENSORES DE NIVELLos sensores de nivel en su mayora trabajan indirectamente sensando la posicin de un flotador mediante un sensor inductivo o un interruptor del tipo de canilla ("reed") y un imn permanente.SENSORES DE TEMPERATURALos sensores de temperatura ms sencillos son los que actan sobre un interruptor miniatura y en general, stos son de dos tipos: Sistemas de Dilatacin de un fluido y Bimetlicos. Los primeros actan al dilatarse el lquido o el gas contenido dentro de un capilar y, los segundos actan directamente el interruptor mediante el efecto de diferencia de dilataciones de tiras de dos metales diferentes. En general, se usan para interrumpir hasta corrientes de 30 Amperes en 120 volts.Otros sensores de temperatura son los termopares, detectores de temperatura por resistencia (RTD) y, los termistores.TERMOPARESLos termopares estn hechos de dos alambres de metales diferentes unidos precisamente en el punto de medicin, tambin conocido como "unin caliente". Un pequeo voltaje llamado Seebeck, en honor a su descubridor, aparece entre los dos alambres en funcin de la temperatura de esa unin y, ese voltaje es la seal que acta sobre el controlador de temperatura.Los termopares son en general de los sensores los ms baratos y los ms robustos, aunque para evitar errores de materiales dismiles, los cables de extensin deben ser del mismo material del termopar.Existen termopares apropiados para diferentes rangos de temperatura y diferentes ambientes industriales. Ejemplos:TIPO ALEACIONES RANGO (C)J Hierro/Constantan 0 a 760K Chromel / Alumel 0 a 1260E Chromel / Constantan -184 a 871T Cobre / Constantan -184 a 371R Platino 13% / Rodio Platino 0 a 1482RTDLos RTDs son principalmente hechos de alambre de platino enrrollado en una base cermica cubiertos de vidrio o de material cermico. Adems pueden encontrarse como pelcula en un sustrato. Con la temperatura el platino cambia de resistencia y, con un circuito similar al conocido Puente de Wheatston este cambio puede ser utilizado en un indicador o controlador de temperatura. Este tipo de sensor se fabrica tambin de Nquel en lugar de Platino pero son ms usuales los de este ltimo material, en sus variantes de norma alemana o japonesa.Es sencilla la conexin de estos elementos y su prueba, ya que a 0 C, la resistencia del RTD de Platino es de 100 ohms y vara a razn de 0.385 ohms por grado Celsius. TERMISTORES.Los termistores estn fabricados de un material semiconductor que cambia su resistencia elctrica abruptamente en un pequeo rango de temperatura, por lo que son empleados en sistemas de adquisicin de datos y en equipos delicados. Ejemplo: Control de Temperatura de Osciladores Electrnicos.Su desventaja es que requieren de potencia para funcionar por lo que se autocalientan, y eso debe ser compensado en el circuito de medicin.SENSORES DE FLUJO.Los sensores de flujo ms usuales comprenden de una pequea turbina que gira dentro del fluido a sensar, y, de un sensor del tipo inductivo que sensa el nmero de revoluciones de los labes de la turbina, o, en otro tipo, la seal es tomada de un tacogenerador acoplado directamente a la turbina.Tambin los hay del tipo de estado slido, los cuales tienen en la cabeza sensora dos resistencias calibradas. Con una de ellas se calienta un poco el fluido que rodea la cabeza y con el otro se sensa la temperatura del fluido. Comparando la temperatura electrnicamente, la cual se ajusta manualmente, es posible detectar movimientos de fluidos muy lentos como los de lubricantes de baleros, o flujos muy rpidos como los de una bomba de agua. Detectores de ultrasonidosLos detectores de ultrasonidos resuelven los problemas de deteccin de objetos de prcticamente cualquier material. Trabajan en ambientes secos y polvorientos. Normalmente se usan para control de presencia/ausencia, distancia o rastreo.Interruptores bsicosSe consiguen interruptores de tamao estndar, miniatura, subminiatura, hermticamente sellados y de alta temperatura. Los mecanismos de precisin se ofrecen con una amplia variedad de actuadores y caractersticas operativas. Estos interruptores son idneos para aplicaciones que requieran tamao reducido, poco peso, repetitividad y larga vida.Interruptores final de carreraDescripcin: El microswitch es un conmutador de 2 posiciones con retorno a la posicin de reposo y viene con un botn o con una palanca de accionamiento, la cual tambin Pueden traer una disco giratorioFuncionamiento: En estado de reposo la patita comn (COM) y la de contacto normal cerrado (NC), estn en contacto permanente hasta que la presin aplicada a la palanca del microswitch hace saltar la pequea platina acerada interior y entonces el contacto pasa de la posicin de normal cerrado a la de normal abierto (NO), se puede escuchar cuando el microswitch cambia de estado, porque se oye un pequeo clic, esto sucede casi al final del recorrido de la palanca.Interruptores manualesEstos son los sensores ms bsicos, incluye pulsadores, llaves, selectores rotativos y conmutadores de enclavamiento. Estos productos ayudan al tcnico e ingeniero con ilimitadas opciones en tcnicas de actuacin y disposicin de componentes. Productos encapsuladosDiseos robustos, de altas prestaciones y resistentes al entorno o hermticamente sellados. Esta seleccin incluye finales de carrera miniatura, interruptores bsicos estndar y miniatura, interruptores de palanca y pulsadores luminosos.Productos para fibra pticaEl grupo de fibra ptica est especializado en el diseo, desarrollo y fabricacin de componentes optoelectrnicos activos y submontajes para el mercado de la fibra ptica. Los productos para fibra ptica son compatibles con la mayora de los conectores y cables de fibra ptica multimodo estndar disponibles actualmente en la industria. Productos infrarrojosLa optoelectrnica es la integracin de los principios pticos y la electrnica de semiconductores. Los componentes optoelectrnicos son sensores fiables y econmicos. Se incluyen diodos emisores de infrarrojos (IREDs), sensores y montajes.Sensores para automocinSe incluyen sensores de efecto Hall, de presin y de caudal de aire. Estos sensores son de alta tecnologa y constituyen soluciones flexibles a un bajo costo. Su flexibilidad y durabilidad hace que sean idneos para una amplia gama de aplicaciones de automocin.Sensores de caudal de aireLos sensores de caudal de aire contienen una estructura de pelcula fina aislada trmicamente, que contiene elementos sensibles de temperatura y calor. La estructura de puente suministra una respuesta rpida al caudal de aire u otro gas que pase sobre el chip.Sensores de corrienteLos sensores de corriente monitorizan corriente continua o alterna. Se incluyen sensores de corriente lineales ajustables, de balance nulo, digitales y lineales. Los sensores de corriente digitales pueden hacer sonar una alarma, arrancar un motor, abrir una vlvula o desconectar una bomba. La seal lineal duplica la forma de la onda de la corriente captada, y puede ser utilizada como un elemento de respuesta para controlar un motor o regular la cantidad de trabajo que realiza una mquina.Sensores de efecto HallSon semiconductores y por su costo no estn muy difundidos pero en codificadores ("encoders") de servomecanismos se emplean mucho. Sensores de humedadLos sensores de humedad relativa/temperatura y humedad relativa estn configurados con circuitos integrados que proporcionan una seal acondicionada. Estos sensores contienen un elemento sensible capacitivo en base de polmeros que interacciona con electrodos de platino. Estn calibrados por lser y tienen una intercambiabilidad de +5% HR, con un rendimiento estable y baja desviacin.Sensores de posicin de estado slidoLos sensores de posicin de estado slido, detectores de proximidad de metales y de corriente, se consiguen disponibles en varios tamaos y terminaciones. Estos sensores combinan fiabilidad, velocidad, durabilidad y compatibilidad con diversos circuitos electrnicos para aportar soluciones a las necesidades de aplicacin. Sensores de presin y fuerzaLos sensores de presin son pequeos, fiables y de bajo costo. Ofrecen una excelente repetitividad y una alta precisin y fiabilidad bajo condiciones ambientales variables. Adems, presentan unas caractersticas operativas constantes en todas las unidades y una intercambiabilidad sin recalibracin. Sensores de temperaturaLos sensores de temperatura se catalogan en dos series diferentes: TD y HEL/HRTS. Estos sensores consisten en una fina pelcula de resistencia variable con la temperatura (RTD) y estn calibrados por lser para una mayor precisin e intercambiabilidad. Las salidas lineales son estables y rpidas.Sensores de turbidezLos sensores de turbidez aportan una informacin rpida y prctica de la cantidad relativa de slidos suspendidos en el agua u otros lquidos. La medicin de la conductividad da una medicin relativa de la concentracin inica de un lquido dado.Sensores magnticosLos sensores magnticos se basan en la tecnologa magnetoresisitiva SSEC. Ofrecen una alta sensibilidad. Entre las aplicaciones se incluyen brjulas, control remoto de vehculos, deteccin de vehculos, realidad virtual, sensores de posicin, sistemas de seguridad e instrumentacin mdica.Sensores de presinLos sensores de presin estn basados en tecnologa piezoresistiva, combinada con microcontroladores que proporcionan una alta precisin, independiente de la temperatura, y capacidad de comunicacin digital directa con PC. Las aplicaciones afines a estos productos incluyen instrumentos para aviacin, laboratorios, controles de quemadores y calderas, comprobacin de motores, tratamiento de aguas residuales y sistemas de frenado.

TRANSDUCTORES DE SONIDO

El sonido y la vibracin estn conectados en el sentido de que un sonido esta asociado con una vibracin mecnica. Muchos sonidos son causados por la vibracin de slidos o gases y el efecto de un sonido sobre un oyente es la vibracin del tmpano. La onda del sonido es una forma de onda causada por una vibracin. Las vibraciones mecnicas no necesitan necesariamente causar alguna onda de sonido, porque una onda de sonidos necesita un medio para vibrar, por lo que no hay transmisin del sonido en el vaco.Cuando un sonido es transmitido, los parmetros de la onda son la velocidad la longitud de onda y la frecuencia. La frecuencia y la forma de onda estn determinadas por la frecuencia y la forma de onda de la vibracin que causa la onda del sonido pero la velocidad y la longitud de onda son dependientes del medio que lleva la onda de sonido La relacin de la velocidad, longitud de onda y frecuencia es v= l.f La percepcin del sonido por el odo es un trabajo mucho mas complicado.El odo tiene una respuesta no lineal y una sensibilidad que varia muy notablemente con la frecuencia del sonido El rango de frecuencias sobre las cuales el sonido puede ser detectado por el odo humano esta limitado en el rango de 20Hz a 20KHz El limite inferior esta determinado por el efecto de filtrado del sonido de los tejidos del odo y la anulacin de los efectos desagradables de las vibraciones de baja frecuencia que existe a nuestro alrededor Pero sin embargo los transductores no necesariamente se restringen a esos lmites de frecuencias, en algunos casos puede ser usado con infrasonidos (muy bajas frecuencias) o con ultrasonidos (muy altas frecuencias) Las ondas de acstica de hecho pueden hacer uso de frecuencias en el rango de los MHz El efecto de una onda de sonido sobre un material es la vibracin de ese material y de acuerdo a esta vibracin cada parte del material puede ser acelerado La aceleracin esta en direcciones alternativas y no hay desplazamiento en peso del material pero una salida elctrica puede ser obtenida desde un acelermetro conectado al material. Lo sensores y transductores para sonido son elctricamente de la misma forma que los sensores y transductores para aceleracin y velocidad y la principal diferencia son los caminos en los cuales los sensores y transductores son usados. EL AUDIO EN TRANSDUCTORES ELCTRICOSEl sonido en transductores de energa elctrica es el micrfono, y los tipos de micrfonos son clasificados por el tipo de transductor que usan. Sin embargo el micrfono se usar como filtrado acstico, entradas cuyas ondas y dimensiones modifican la respuesta del sistema. Se necesitan porque cada transductor tendr su propia respuesta que esta determinada por resonancias en los materiales. Este tipo de compensacin es preferible a usar mtodos elctricos, porque los filtros acsticos pueden tener muchos efectos estafadores con menos impacto en el resto del rango de frecuencias. Las caractersticas de un micrfono son ambas acsticas y elctricas. Por otro lado la impedancia de un micrfono tiene una importancia considerable Un micrfono con alta impedancia normalmente tiene una salida elctrica bastante alta, pero la alta impedancia lo hace muy susceptible a un zumbido o acoplamiento magntico o elctrico Una baja impedancia esta normalmente asociada con una salida muy baja pero el zumbido es casi despreciable. Otro factor de importancia es si el micrfono es direccional o omnidireccional Si el principio de operacin del micrfono es por sensibilidad de presin de la onda de sonido, luego el micrfono ser omnidireccional, llegando el sonido desde cualquier direccin Si el micrfono responde a la velocidad de la onda de sonido entonces es un micrfono direccional y la sensibilidad tiene que ser medida en trminos de direccin como amplitud de la onda de sonido Los tipos de micrfono son conocidos como de presin o de velocidad, omnidireccionales o direccionales. El tipo de transductor no necesariamente determina el principio de operacin como velocidad o presin, porque la construccin acstica del micrfono es normalmente a factor ms importante EL MICRFONO DE CARBNEl tipo de micrfono de carbn granulado fue el primer tipo de micrfono que se utilizo para el uso del telfono, pero hoy en da se ha remplazado por el tipo capacitor. El principio esta ilustrado en la figura y usa grnulos sueltas de carbn sujetados entre un diafragma y una lamina. Cuando los grnulos se comprimen, la resistencia entre el diafragma y la lmina cae considerablemente y la vibracin del diafragma puede por lo tanto convertirse en variaciones de resistencia de los grnulos. El micrfono por lo tanto no genera un voltaje y requiere de una fuente externa para ser usada. La nica ventaja del micrfono de carbn granulado es que proporciona una salida la cual es colosal por micrfonos estndar, con salidas de 1V de pico a pico. La linealidad es muy pobre, la estructura causa mltiples resonancias en el rango audible y la resistencia de los grnulos altera en un camino aleatorio cada uno sin presencia de sonido, causando un alto nivel de ruido. La predominacin del micrfono de carbn en los das prximos de telefona estaban debido a su alta salida a tiempo cuando la no amplificacin era posible y la introduccin de la vlvula y mas tarde las amplificadores de transistor causaron la rpida desaparicin del micrfono de carbn para uso de audio.

EL MICRFONO DE HIERRO MVIL (RELUCTANCIA VARIABLE)Un imn potente contiene una armadura de hierro maleable en su circuito magntico y esta armadura es sujetada a un diafragma. El principio es ilustrado en la figura. La reluctancia magntica del circuito se altera como la armadura mueve y esto altera el flujo magntico total en el circuito magntico. Una bobina enrollada alrededor del circuito magntico dando una FEM la cual proporciona cada cambio de flujo magntico, as que la onda elctrica desde el micrfono esta a 90 grados desfasado a la amplitud de la onda de sonido, proporcional a la aceleracin del diafragma La linealidad de la conversin puede ser razonable para amplitudes pequeas del mecanismo de la armadura, muy pobre para grandes amplitudes. El nivel de salida desde un micrfono de hierro mvil puede ser alto del orden de 50 mV y la impedancia de salida es tambin alta, tpicamente de muchos cientos de ohmios. Como el camino del flujo en el transductor esta casi cerrado los cambios externos en el campo magntico sern muy eficientemente capturados y el resultado es que la componente magntica del zumbido principal esta superpuesto en la salida Esto puede ser reducido por proteccin del circuito magntico, usando mu-metal aleaciones similares.

MICRFONO DE BOBINA MVILEl micrfono de bobina mvil usa un circuito de flujo magntico constante en el cual la salida elctrica esta generada por movimiento de una bobina pequea de alambre en el circuito magntico. La bobina es enganchada a un diafragma y la disposicin es normalmente en forma de cpsula Como antes, la salida mxima ocurre como la bobina alcanza la mxima velocidad entre los picos de la onda de sonido as que la salida elctrica esta a 90 grados en fase a la onda de sonido. La bobina es normalmente pequea y su rango de movimiento muy pequeo, as que la linealidad es excelente para este tipo de micrfonos. La bobina tiene una impedancia baja y la salida es correspondientemente baja pero no tan baja que tiene que competir con el nivel de ruido de un amplificador. La inductancia baja de la bobina hace mucho menos susceptible a zumbidos desde el campo magntico y es posible el uso de bobinas compensadoras de zumbidos conocidas como Humbuckers (escudos de zumbidos) en la estructura del micrfono reduciendo el zumbido, sumndole una seal de zumbido en contrafase a la salida de la bobina

EL MICRFONO DE CINTAEl micrfono de cinta es la conclusin lgica del principio del movimiento de bobina en el cual la bobina ha sido reducida a una cinta conductora de tiras, con la seal siendo tomada desde el final de la cinta. Un intenso campo magntico es usado, as que el movimiento de la cinta corta cruzando el mximo flujo magntico posible que genera una salida elctrica cuyo valor de pico esta a 90 grados en fase a la onda de sonido. Una de las muchas caractersticas del micrfono de cinta es el hecho de que esta a una velocidad de operacin, porque la cinta est afectada por la velocidad del aire en la onda sonora tanto que su presin. Este tipo de micrfonos es por lo tanto usado en situaciones donde la respuesta direccional es importante La linealidad es excelente y el micrfono de cinta es predominante donde se desea una calidad alta de reproduccin. La construccin del micrfono de cinta inevitablemente hace que la salida sea extremadamente baja y los micrfonos son normalmente equipados con transformadores que aumentan el nivel de voltaje y el nivel de impedancia. El zumbido que se produce es extremadamente bajo

MICRFONOS PIEZOELCTRICOSEl transductor piezoelctrico tiene la ventaja sobre todos los otros tipos mencionados en este captulo de no estar limitado al uso en el aire. Un transductor piezoelctrico puede estar unido a un slido o inmerso en un lquido no conductor para captar seales sonoras. Adems, el transductor piezoelctrico se puede usar fcilmente a frecuencias ultrasnicas, algunos tipos se pueden usar hasta la regin alta de los MHz. Todos los transductores piezoelctricos requieren un material cristalino en el cual los iones del cristal estn desplazados de un modo asimtrico cuando el cristal se deforma. La linealidad puede variar considerablemente segn el tipo de material que se use.Los tipos originales de micrfonos de cristal usaban cristales de sal Rochelle acoplados a un diafragma. Esto aseguraba niveles de salida muy altos (del orden de 100 mV), con una gran impedancia de salida y una linealidad muy mala. La sal Rochelle dejo de usarse hace tiempo debido a que pasaba a un estado inactivo cuando se mantena a una temperatura y humedad moderadamente altas. Hoy en da se usan cristales sintticos en lugar de naturales. Uno de los materiales usados es el titanato de bario, el cual se usa en transductores piezoelctricos para frecuencias por encima de varios cientos de Khz. El micrfono piezoelctrico que usaba un diafragma unido a un cristal es raramente visto ahora, porque la sensibilidad de los materiales piezoelctricos modernos a la vibracin es tal que es suficiente el impacto de la onda de sonido en el cristal para producir la salida adecuada. El micrfono piezoelctrico tiene un gran nivel de impedancia y una salida mucho ms grande que otros tipos. El nivel de la impedancia es del orden de varios megaohmnios, en comparacin con unos pocos ohmnios para uno del tipo de bobina mvil. A este alto nivel de impedancia, la recepcin electrosttica de zumbidos/murmullos es casi imposible de evitar, solamente con los problemas de los efectos de carga y filtrado del cable del micrfono. Para micrfonos de baja calidad esto tiene poca importancia, pero no para los propsitos de los estudios de grabacin. Para estos, el cristal transductor se acopla directamente a un preamplificador MOS que puede sacar una baja impedancia de salida con el mismo nivel alto de voltaje de salida que proporciona el transductor piezoelctrico. El voltaje de operacin del preamplificador puede ser dado por una batera para evitar los problemas de llevar la alimentacin a travs de cables adems de los cables de la seal. MICRFONOS CAPACITIVOSEl cuadro general de un micrfono capacitivo se ilustra en la figura 1. La cantidad de carga elctrica entre dos superficies es fija, y una de las superficies es un diafragma que puede vibrar debido a una onda de sonido. La vibracin produce una variacin de la capacidad, la cual, debido a la carga fija, produce una onda de voltaje. La impedancia de salida es muy alta, y la cantidad de la salida depende del espacio entre las placas - cuanto menor es este espacio, mayor es la salida para una amplitud dada de onda sonora.

Fig. 1. El principio del micrfono capacitivo. El diafragma conductor est a tierra y la otra placa se alimenta a travs de una resistencia de varios megaohmnios para producir unas condiciones aproximadas de carga constante.Las dos desventajas principales para el micrfono capacitivo en el pasado fueron la necesidad de un alto voltaje de alimentacin (llamado voltaje de polarizacin, el cual era necesario para mantener fija la carga) y la recepcin de ruido debido a la alta impedancia, lo cual haca difcil el usar el micrfono con un cable que no fuera de poca longitud (el cual se aada a la capacidad parsita). El micrfono capacitivo puede ser muy lineal operativamente y puede dar una gran calidad de seales de audio.El renacimiento del micrfono capacitivo lleg por el inters en una vieja idea, el "electret". Un "electret" es el equivalente electrosttico de un imn, una pieza de material aislado el cual est permanentemente cargado. El principio es conocido desde hace un siglo, si un material plstico caliente (en el sentido amplio de un material que puede ser ablandado fcilmente calentndolo) se somete a un campo elctrico fuerte mientras se endurece, retendr una carga mientras se mantenga slido. Materiales como los acrlicos (por ejemplo el Perspex) son "electrets". Un bloque de "electret", sin embargo, es la base perfecta para un micrfono capacitivo, provee la carga fija que requiere sin la necesidad de una alimentacin de polarizacin. Esto permite una estructura muy simple para el micrfono, la cual consiste nicamente en un bloque de "electret" metalizado atrs, un diafragma de metal ( plstico metalizado), y un anillo separador (Fig. 2), con las conexiones tomadas de la superficie conductora del diafragma y el "electret". Este es ahora el tipo de micrfono que se coloca en las grabadoras, e incluso en las versiones ms simples y baratas tiene una calidad de audio mejor que los de tipo piezoelctrico a los cuales han desplazado.

Figura. 2.La alta impedancia del micrfono con "electret" capacitivo no es un problema ahora que se pueden usar preamplificadores MOS, y para micrfonos capacitivos de calidad profesional el preamplificador puede ser alimentado por una batera para evitar la necesidad de lneas de alimentacin. La linealidad del micrfono es independiente del "electret" elegido puesto que ste puede aportar una carga fija real. PROBLEMAS DE LOS MICRFONOSCada tipo especfico de micrfono tiene sus propios problemas y ventajas, pero hay problemas que son comunes a todos los tipos. El problema principal de este tipo es la resonancia, la cual causar la distorsin de la salida del micrfono a una frecuencia, para formar un pico o un valle (Fig. 3). Estas resonancias pueden ser elctricas, pero son muchas ms las mecnicas, las cuales son ms difciles de tratar.

Fig. 3.Las dos tcnicas principales de trabajar con las resonancias mecnicas son el desplazamiento y el amortiguamiento. Una resonancia puede ser desplazada alterando la masa de la parte resonante, para que la resonancia ocurra fuera de la regin del audio. Reduciendo la masa vibrante tendremos el efecto de desplazar la resonancia a una frecuencia mayor, y cuando se usa esta tcnica, el objetivo es desplazar la resonancia a 30 Khz. o ms. Cuando la resonancia es a una frecuencia de audio baja (esto es inusual), entonces aadiendo masa podemos desplazarla a una menor, por debajo del audio - a menudo esto es un problema que tienen los altavoces, ms que los micrfonos.Atenuar la resonancia significa que la energa del material resonante debe ser disipada, y esto se ha de hacer usando materiales flexibles. Los materiales de caucho sinttico pueden ser fabricados con una gran histresis mecnica (Fig. 4), con estos materiales se pueden hacer excelentes materiales de amortiguamiento para dar soporte a los diafragmas y otras partes que vibran. Solamente atenuar, rara vez es la solucin para una mala resonancia, y los esfuerzos en el diseo han de ser encaminados tanto al desplazamiento de frecuencia de la resonancia como a atenuarla.

Figura. 4.Caractersticas extensin/fuerza de una histresis tpica de un material de caucho. El rea encerrada por el bucle es una medida de la cantidad de amortiguamiento que se puede obtener. TRANSDUCTORES DE ELECTRICIDAD A AUDIOLos tipos de micrfonos que hemos tratado seran de poco uso a menos que tambin tengamos transductores en la direccin contraria, y tales transductores han sido usados incluso por ms tiempo que los micrfonos. Los auriculares fueron usados para los telgrafos elctricos en los cuales el transmisor consista en el cdigo Morse, por lo que el auricular precedi al micrfono un nmero considerable de aos.Hasta que el uso de vlvulas trmicas se hizo comn en los receptores de radio, los altavoces fueron algo raro de ver, aunque los principios bsicos existieran desde haca bastante tiempo. Sin la amplificacin de potencia, sin embargo, el uso de altavoces era puntual. A cada tipo de micrfono, le corresponde un tipo de auricular y altavoz, y en la siguiente seccin vamos a echar un vistazo a los diferentes tipos. Nos concentraremos en las caractersticas que son nicas al propsito de transducir seales elctricas en ondas sonoras.El auricular es mucho ms simple, y la fabricacin de uno que pueda proveer una calidad de sonido aceptable es mucho ms simple (y tambin barata) que la de un altavoz. El auricular puede usar un pequeo diafragma, y asegurar que las ondas sonoras de este diafragma se acoplan directamente a la cavidad del odo. La potencia que se requiere es del orden de miliwatios, e incluso unos pocos miliwatios pueden producir grandes amplitudes de presin en el odo- a menudo ms de lo que es saludable. El diseador de altavoces tiene una tarea mucho ms dura por que las ondas de sonido son lanzadas en un espacio cuyas propiedades son desconocidas. Adems, el altavoz no se puede usar slo, sino que tiene que ser alojado en una caja cuya resonancias, dimensiones y forma modificaran considerablemente la actuacin del altavoz. El montaje del altavoz y la caja sern colocados en una habitacin cuyas dimensiones y mobiliario estn fuera del control del diseador del altavoz, por lo que una nueva cantidad de resonancias y la presencia de materiales que amortigen la onda deben ser consideradas. La funcin de la transduccin que lleva a cabo un sistema de altavoces es transformar una onda elctrica, que puede ser de una forma muy compleja, en una onda de presin en el aire de la misma forma. Para hacer esto, la unidad requiere una unidad motora que transforme las ondas elctricas en vibracin, y un diafragma que mueva el suficiente aire para hacer el efecto audible. El diafragma es uno de los principales problemas del diseo de un altavoz, porque debe ser muy rgido, muy ligero y libre de resonancias - una combinacin imposible de virtudes. El principal problema del cono del altavoz es su ruptura. Si el cono es capaz de manejar frecuencias pequeas, debe de tener una gran rea. A altas frecuencias, sin embargo, habr ondas en el mismo cono, con lo que las diferentes partes del cono se movern en distintas direcciones (Fig. 5), creando ondas desde partes diferentes del cono que interferirn entre s, y que modificarn considerablemente la respuesta. La solucin usual a este problema es usar ms de una unidad principal y dividir la seal elctrica en componentes de baja y alta frecuencia que alimenten a la unidad apropiada. Los pocos diseos de altavoces que han conseguido resultados de alta calidad con un solo diafragma, sin embargo, son los mejores conocidos.

Figura 5. La eficacia de los altavoces es notablemente baja, alrededor del 1%, principalmente por los problemas de acoplamiento de la impedancia acstica. En trminos ms simples, la mayora de los altavoces mueven una pequea cantidad de aire con una gran amplitud, mientras que para producir una onda de sonido eficaz deberan de mover una gran cantidad de aire con una amplitud ms baja. Este error puede remediarse albergando el altavoz en una caja ms eficaz, pero el nico tipo de recinto que incrementa la eficacia completamente es el cuerno exponencial (Fig. 6). El tamao del cuerno y la rgida y densa estructura que se necesita hacen que esta solucin sea inaceptable.

Figura. 6.

EL TRANSDUCTOR MOVING-IRONLos primeros auriculares eran del tipo moving-iron, estos utilizan un diafragma el cual esta hecho de hierro (o una aleacin magntica) y que se mueve por la atraccin o repulsin del ncleo a la vez que la corriente fluye por una bobina fija (como se puede en la figura). Esta bobina se encarga del correcto movimiento del diafragma.Los auriculares de este tipo son muy sensibles, pero la calidad de sonido es muy pobre, debido al diafragma que provoca resonancias inevitables. Los pequeos auriculares moving-iron, estn todava en uso sobre todo donde no es muy importante la calida. Estos fueron remplazados por el tipo moving-coil que tienen mejor calidad de sonido.

EL TRANSDUCTOR MOVING-COILLa mayora de los altavoces utilizan el principio de los moving-coil. El principio moving-coil se caracteriza por tener una buena linealidad, una resonancia controlable ya que la vibracin es muy pequea y tambin se caracterizan por su ligereza ya que la unidad moving-coil puede utilizar un diafragma de cualquier tipo de material. Un problema de todos los altavoces es que la unidad que reproduce las frecuencias bajas necesita un cono de suspensin libre y debe ser capaz de reproducir grandes amplitudes de movimiento (del orden de 1 cm o ms) y es muy difcil asegurar que la densidad de fluido magntico alrededor del moving-coil es uniforme sobre estas instancias.Una variable del principio moving-coil, es el principio electrodinmico, este utiliza un diafragma que dentro tiene una bobina usando tcnicas de circuitos impresos. Esta bobina puede ser de diseo espiral o de una forma ms compleja (para obtener una mejor linealidad), y la ventaja de este mtodo es que la fuerza conductora esta distribuida ms equitativamente sobre la superficie del diafragma. Esto evita la separacin del cono y permite el uso de diafragmas ms flexibles que no sera posible de otra manera. Los auriculares basados en este principio tienen una excelente calidad.ALTAVOCES RIBBONEl principio ribbon es utilizado para suministrar la accin del altavoz. El elemento mvil de un altavoz ribbon es necesariamente pequeo, y por esta razn, la unidad es un tweeter (altavoz de alta frecuencia) en vez de uno de alcance total (full-range). La construccin del ribbon, no obstante, ofrece una respuesta muy direccional y puede ser construida su envoltura en forma de cuerno (ver la figura), lo cual lo convierte en un eficiente transductor comparado con otros

Las unidades multiribbon de amplio rango tambin son factibles, pero en una categora diferente de tamao. Los comercialmente disponibles usan tres unidades, de las cuales la unidad baja es muy grande, y requiere su propio amplificador para dar una potencia de alrededor de 100 w.

ALTAVOCES PIEZOELECTRICOSEl principio piezoelctrico ha sido utilizado en la construccin de tweeters .y tambin para los auriculares, en forma de lminas plsticas piezoelctricas las cuales se pueden formar dentro de diafragmas muy flexibles. El efecto de la aplicacin de un voltaje entre las caras de dicho diafragma es que disminuyen las dimensiones y la expansin, y esto puede convertirse en un movimiento que mover el aire dando forma al diafragma como parte de la superficie de una esfera. Esto por ejemplo se puede hacer de una manera muy simple estirando el material sobre una pieza esfrica de espuma. La masa mvil es muy pequea y la sensibilidad es alta, sin necesidad de la aplicacin de una fuente de energa. La linealidad que puede ser obtenida depende de la forma de la superficie al igual que de las caractersticas piezoelctricas. TRANSDUCTORES CAPACITIVOSLa posibilidad de hacer auriculares o altavoces cerca del rea de trabajo de un micrfono capacitivo ha existido desde hace mucho tiempo, pero las dificultades prcticas han sido resueltas por medio de solo dos diseos, el Quad y los altavoces electrostticos de amplio rango Magna-Planar. El principal problema era que el uso de un diseo de un solo trmino, parecido a un micrfono capacitivo, suministraba una pobre linealidad.La ventaja que hace que el principio del altavoz electrosttico sea tan atractivo es que el esfuerzo de conduccin no es aplicado en un punto en el centro de un cono o diafragma, sino en toda la superficie. De esta manera no hay problema de separacin, ya que todas las partes del diafragma estn conducidas, y as una sola unidad puede manejar todo el rango de audio. Las resonancias no presentan un problema, debido a la conduccin global, y a la no necesidad de una envoltura especial. El diseo original Quad aunque ha sido rediseado recientemente, sigue los principios originales y proporciona una gran calidad, particularmente usado en las salas de conciertos.El diseo ms reciente utiliza el principio point-source (fuente puntual), que se consigue conduciendo el diafragma como un conjunto de crculos concntricos(como muestra la figura). los cuales no estn en fase. De esta manera la onda sonora creada surge de un punto detrs del diafragma, y el efecto prctico de esto es hacer que el sonido parezca ser independiente del altavoz de una manera muy remarcable comparado con las unidades moving-coil

TRANSDUCTORES DE ULTRASONIDOSAunque los altavoces y los micrfonos utilizan principios operativos similares, las diferencias entre recibir una onda sonora y generarla es suficiente para no utilizarlos el uno por el otro. Un altavoz puede ser usado como micrfono, pero como un micrfono de baja calidad e insensible. Un micrfono puede ser usado como un auricular con cierto xito, pero no puede ser usado como un altavoz porque no est diseado para manejar la cantidad de energa que un altavoz necesita.Los transductores que usamos para las ondas ultrasnicas son casi totalmente reversibles. Los transductores que usamos para enviar o recibir seales ultrasnicas a travs de slidos o lquidos pueden operar en cualquier direccin si es requerido, pero para seales ultrasnicas enviadas a travs del aire (u otros gases), los transductores son usados con diafragmas y en envolturas que pueden hacer la utilizacin mas especializada. Los transductores de ultrasonidos importantes son todos piezoelctricos o magnetostrectivos, porque estos tipos de transductores hacen uso de la vibracin en la masa del material. El principio magnetostrectivo no ha sido mencionado antes porque no se aplica muy frecuentemente en el rango de frecuencias de audio. La magnetostriccin es el cambio de dimensiones de un material magntico cuando es magnetizado y desmagnetizado. Un transductor magnetostrectivo consiste en un ncleo de metal magnetostrectivo en el cual hay una bobina. La onda elctrica es aplicada a la bobina, cuya inductancia es medianamente alta, as el uso de este sistema esta restringido a frecuencias ultrasnicas bajas. La principal aplicacin de los transductores magnetostrectivos ha sido en los baos de limpieza ultrasnicos, como los usados por los relojeros y en la industria electrnica.Los transductores piezoelctricos tienen un rango de aplicacin mas amplio, aunque la energa que generan no se aproxima a la de una unidad magnetostrectiva. Los cristales transductores son titanato de bario o cuarzo, y estos estn cortados de tal manera que producen la mxima vibracin o sensibilidad en una direccin dada. Los cristales estn metalizados en caras opuestas para conseguir contactos elctricos, y pueden ser usados como transmisores o receptores de ondas de ultrasonidos. Los niveles de impedancia son altos, y los niveles de seal sern milivoltios cuando son usados como receptores y unos pocos voltios cuando son usados como transmisores. Aunque los transductores piezoelctricos se usan como limpiadores ultrasnicos, sus principales aplicaciones son en dispositivos de seguridad y procesado de seales.INFRASONIDO Las frecuencias de onda por debajo de 20 Hz no se usan tanto como las frecuencias de ultrasonidos, pero la deteccin de estas frecuencias es de gran importancia. Los transductores de ondas ssmicas deben de ser sensibles a una respuesta a muy baja frecuencia, lo cual se escapa a los transductores piezoelctricos, y la mayora de los transductores ssmicos trabajan basndose en el principio de el uso de una masa suspendida para manejar un transductor del tipo capacitativo o inductivo. El principio de esto es que las vibraciones de la Tierra movern el casco, dejando la masa suspendida en reposo, y ese relativo movimiento entre los soportes y la masa producir la seal( ver figura). La otra fuente natural de vibraciones de muy baja frecuencia es la comunicacin entre las ballenas, y la fuerza de la seal es a menudo suficiente para permitir el uso de un transductor de tipo piezoelctrico, con un gran diafragma mecnicamente emparejado al cristal piezoelctrico y la salida del cristal conectada a un amplificador MOSFET. La tcnica que se suele usar con estas seales es grabarlas a velocidad lenta, y reproducirlas a una velocidad ms rpida para hacer ms fcil la visualizacin de las ondas (y su escucha tambin).

Transductores de temperatura

Es fcil realizar medidas de la temperatura con un sistema de adquisicin de datos, pero la realizacin de medidas de temperatura exactas y repetibles no es tan fcil. La temperatura es un factor de medida engaoso debido a su simplicidad. A menudo pensamos en ella como un simple nmero, pero en realidad es una estructura estadstica cuya exactitud y repetitividad pueden verse afectadas por la masa trmica, el tiempo de medida, el ruido elctrico y los algoritmos de medida. Esta dificultad se puso claramente de manifiesto en el ao 1990, cuando el comit encargado de revisar la Escala Prctica Internacional de Temperaturas ajust la definicin de una temperatura de referencia casi una dcima de grado centgrado. (Imaginemos lo que ocurrira si descubriramos que a toda medida que obtenemos normalmente le falta una dcima de amperio.) Dicho de otra forma, la temperatura es difcil de medir con exactitud an en circunstancias ptimas, y en las condiciones de prueba en entornos reales es an ms difcil. Entendiendo las ventajas y los inconvenientes de los diversos enfoques que existen para medir la temperatura, resultar ms fcil evitar los problemas y obtener mejores resultados. En los siguientes prrafos se comparan los cuatro tipos ms corrientes de transductores de temperatura que se usan en los sistemas de adquisicin de datos: detectores de temperatura de resistencia (RTD), termistores, sensores de IC y termopares. La eleccin de los transductores de temperatura adecuados y su correcta utilizacin puede marcar la diferencia entre unos resultados equvocos y unas cifras fiables. Los termopares son los sensores ms utilizados pero normalmente se usan mal. Por eso vamos a dedicar una atencin especial a estos dispositivos. Una vez conocido la forma en que operan cada tipo de transductor de temperatura se analizaran las especificaciones tcnicas de los mismos (de manera comercial) para determinar cuales son los factores ms importantes a considerar para la eleccin de los mismos.Conceptos Bsicos Transductores de TemperaturaLos transductores elctricos de temperatura utilizan diversos fenmenos que son influidos por la temperatura y entre los cuales figuran: Variacin de resistencia en un conductor (sondas de resistencia). Variacin de resistencia de un semiconductor (termistores). f.e.m. creada en la unin de dos metales distintos (termopares). Intensidad de la radiacin total emitida por el cuerpo (pirmetros de radiacin). Otros fenmenos utilizados en laboratorio (velocidad del sonido en un gas, frecuencia de resonancia de un cristal, etc.). Los metales puros tienen un coeficiente de resistencia de temperatura positivo bastante constante. El coeficiente de resistencia de temperatura, generalmente llamado coeficiente de temperatura es la razn de cambio de resistencia al cambio de temperatura. Un coeficiente positivo significa que la resistencia aumenta a medida que aumenta la temperatura. Si el coeficiente es constante, significa que el factor de proporcionalidad entre la resistencia y la temperatura es constante y que la resistencia y la temperatura se graficarn en una lnea recta.Cuando se usa un alambre de metal puro para la medicin de temperatura , se le refiere como detector resistivo de temperatura , o RTD ( por las siglas en ingles de resistive temperature detector).Cuando se usan xidos metlicos para la medicin de temperatura, el material de oxido metlicos conformado en forma que se asemejan a pequeos bulbos o pequeos capacitores. El dispositivo formado as se llama Termistor . Los termistores tienen coeficientes de temperatura negativos grandes que no son constantes . En otras palabras, el cambio de resistencia por unidad de cambio de temperatura es mucho mayor que para el metal puro, pero el cambio es en la otra direccin: la resistencia disminuye a medida que se aumenta la temperatura. El hecho de que el coeficiente no sea constante significa que el cambio en la resistencia por unidad de cambio de temperatura es diferentes a diferentes temperaturas.La linealidad extrema de los termistores los hace poco apropiados para la medicin de temperatura a travs de rangos amplios . Sin embargo, para la medicin de temperaturas dentro de bandas angostas, estn muy bien dotados , pues dan una gran respuesta a un cambio de temperatura pequeo.Como regla general, los termistores son preferibles cuando la banda de temperaturas esperada es angosta, mientras que los RTD son preferibles cuando la banda de temperatura esperada es amplia.Con tantos transductores, con cul nos quedamos? Ningn transductor es el mejor en todas las situaciones de medida, por lo que tenemos que saber cundo debe utilizarse cada uno de ellos. Como podemos ver, en la Tabla 1 se estn comparando los cuatro tipos de transductores de temperatura ms utilizados, y refleja los factores que deben tenerse en cuenta: las prestaciones, el alcance efectivo, el precio y la comodidad. RTDTermistorSensor de ICTermopar

VentajasMs estable.Ms preciso.Ms lineal que los Termopares.Alto rendimiento Rpido Medida de dos hilosEl ms lineal El de ms alto rendimiento EconmicoAutoalimentado Robusto Econmico Amplia variedad de formas fsicas Amplia gama de temperaturas

DesventajasCaro. Lento. Precisa fuente de alimentacin. Pequeo cambio de resistencia.Medida de 4 hilos AutocalentableNo lineal.Rango de Temperaturas limitado. Frgil. Precisa fuente de alimentacin. AutocalentableLimitado a < 250 C Precisa fuente de alimentacin LentoAutocalentable Configuraciones limitadasNo lineal Baja tensinPrecisa referencia El menos estable El menos sensible

Un anlisis ms detallado de cada uno de estos cuatro tipos nos ayudar a entender las diferencias. TIPOS DE TRANSDUCTORES DE TEMPERATURATermmetros de ResistenciaLa medida de temperatura utilizando sondas de resistencia depende de las caractersticas de resistencia en funcin de la temperatura que son propias del elemento de deteccin.El elemento consiste usualmente en un arrollamiento de hilo muy fino del conductor adecuado bobinado entre capas de material aislante y protegido con un revestimiento de vidrio o de cermica.El material que forma el conductor se caracteriza por el llamado "coeficiente de temperatura de resistencia" que expresa, a una temperatura especificada, la variacin de la resistencia en ohmios del conductor por cada grado que cambia su temperatura.La relacin entre estos factores puede verse en la expresin lineal siguiente:Rt = R0 (1 + a t)En la que:R0 = Resistencia en ohmios a 0C.Rt = Resistencia en ohmios t C.a = Coeficiente de temperatura de la resistencia.Detectores de temperatura de resistencia El detector de temperatura de resistencia (RTD) se basa en el principio segn el cual la resistencia de todos los metales depende de la temperatura. La eleccin del platino en los RTD de la mxima calidad permite realizar medidas ms exactas y estables hasta una temperatura de aproximadamente 500 C. Los RTD ms econmicos utilizan nquel o aleaciones de nquel, pero no son tan estables ni lineales como los que emplean platino. En cuanto a las desventajas, el platino encarece los RTD, y otro inconveniente es el autocalentamiento. Para medir la resistencia hay que aplicar una corriente, que, por supuesto, produce una cantidad de calor que distorsiona los resultados de la medida. Una tercera desventaja, que afecta al uso de este dispositivo para medir la temperatura, es la resistencia de los RTD. Al ser tan baja, la resistencia de los hilos conductores que conectan el RTD puede provocar errores importantes. En la denominada tcnica de dos hilos (Figura 1a), la resistencia se mide en los terminales del sistema de adquisicin de datos, por lo que la resistencia de los hilos forma parte de la cantidad desconocida que se pretende medir. Por el contrario, la tcnica de cuatro hilos (Figura 1b) mide la resistencia en los terminales del RTD, con lo cual la resistencia de los hilos queda eliminada de la medida. La contrapartida es que se necesita el doble de cables y el doble de canales de adquisicin de datos. (La tcnica de tres hilos ofrece una solucin intermedia que elimina un cable, pero no es tan precisa.) = Coeficiente de temperatura de la resistencia. Detectores de temperatura de resistencia El detector de temperatura de resistencia (RTD) se basa en el principio segn el cual la resistencia de todos los metales depende de la temperatura. La eleccin del platino en los RTD de la mxima calidad permite realizar medidas ms exactas y estables hasta una temperatura de aproximadamente 500 C. Los RTD ms econmicos utilizan nquel o aleaciones de nquel, pero no son tan estables ni lineales como los que emplean platino. En cuanto a las desventajas, el platino encarece los RTD, y otro inconveniente es el autocalentamiento. Para medir la resistencia hay que aplicar una corriente, que, por supuesto, produce una cantidad de calor que distorsiona los resultados de la medida. Una tercera desventaja, que afecta al uso de este dispositivo para medir la temperatura, es la resistencia de los RTD. Al ser tan baja, la resistencia de los hilos conductores que conectan el RTD puede provocar errores importantes. En la denominada tcnica de dos hilos (Figura 1a), la resistencia se mide en los terminales del sistema de adquisicin de datos, por lo que la resistencia de los hilos forma parte de la cantidad desconocida que se pretende medir. Por el contrario, la tcnica de cuatro hilos (Figura 1b) mide la resistencia en los terminales del RTD, con lo cual la resistencia de los hilos queda eliminada de la medida. La contrapartida es que se necesita el doble de cables y el doble de canales de adquisicin de datos. (La tcnica de tres hilos ofrece una solucin intermedia que elimina un cable, pero no es tan precisa.)

Figura 1a

Figura 1bTermistores Los Termistores son semiconductores electrnicos con un coeficiente de temperatura de resistencia negativo de valor elevado y que presentan una curva caracterstica lineal tensin-corriente siempre que la temperatura se mantenga constante.La relacin entre la resistencia y la temperatura viene dada por la expresin.

En la que:Rt= Resistencia en ohmios a la temperatura absoluta Tt.R0= Resistencia en ohmios a la temperatura absoluta de referencia T0.b = constante dentro de un intervalo moderado de temperaturas.Hay que sealar que para obtener una buena estabilidad en los termistores es necesario envejecerlos adecuadamente.Los termistores de conectan a puentes de Wheatstone convencionales o a otros circuitos de medida de resistencia. En intervalos amplios de temperatura, los termistores tienen caractersticas no lineales. Al tener un alto coeficiente de temperatura poseen una mayor sensibilidad que las sondas de resistencia estudiadas y permiten incluso intervalos de medida de 1C (span). Son de pequeo tamao y su tiempo de respuesta depende de la capacidad trmica y de la masa del termistor variando de fracciones variando de fracciones de segundo a minutos.La distancia entre el termistor y el instrumento de medida puede ser considerable siempre que el elemento posea una alta resistencia comparada con la de los cables de unin. La corriente que circula por el termistor a travs del circuito de medida debe ser baja para garantizar que la variacin de resistencia del elemento sea debida exclusivamente a los cambios de temperaturas del proceso.Los termistores encuentran su principal aplicacin en la compensacin de temperatura, como temporizadores y como elementos sensibles en vacumetros.Los termistores, que son detectores resistivos fabricados normalmente de semiconductores cermicos, ofrecen una impedancia mucho ms alta que los RTD, por lo que la reduccin de los errores provocados por los hilos conductores hace bastante factible el uso de la tcnica de dos hilos, que es ms sencilla. Su alto rendimiento (un gran cambio de resistencia con un pequeo cambio de temperatura) permite obtener medidas de alta resolucin y reduce an ms el impacto de la resistencia de los hilos conductores. Por otra parte, la bajsima masa trmica del termistor minimiza la carga trmica en el dispositivo sometido a prueba. No obstante, la baja masa trmica tambin plantea un inconveniente, que es la posibilidad de un mayor autocalentamiento a partir de la fuente de alimentacin utilizada en la medida. Otro inconveniente del termistor es su falta de linealidad, que exige un algoritmo de linealizacin para obtener unos resultados aprovechables. Sensores de IC Los sensores de circuitos integrados resuelven el problema de la linealidad y ofrecen altos niveles de rendimiento. Son, adems, relativamente econmicos y bastante precisos a temperatura ambiente. Sin embargo, los sensores de IC no tienen tantas opciones de configuraciones del producto o de gama de temperaturas, y adems son dispositivos activos, por lo que requieren una fuente de alimentacin. Los sensores de IC forman parte de la tendencia hacia los "sensores inteligentes", que son unos transductores cuya inteligencia incorporada facilita las actividades de reduccin y anlisis de datos que el usuario debe realizar normalmente en el sistema de adquisicin de datos. Termopares Los termopares se utilizan extensamente, ya que ofrecen una gama de temperaturas mucho ms amplia y una construccin ms robusta que otros tipos. Adems, no precisan alimentacin de ningn tipo y su reducido precio los convierte en una opcin muy atractiva para grandes sistemas de adquisicin de datos. Sin embargo, para superar algunos de los inconvenientes inherentes a los termopares y obtener resultados de calidad, es importante entender la naturaleza de estos dispositivos. Estudios realizados sobre el comportamiento de termopares han permitido establecer tres leyes fundamentales:I. Ley del circuito homogneo. En un conductor metlico homogneo no puede sostenerse la circulacin de una corriente elctrica por la aplicacin exclusiva de calor. II. Ley de metales intermedios. Si en un circuito de varios conductores la temperatura es uniforme desde un punto de soldadura A a otro punto B, la suma algebraica de todas las fuerzas electromotrices es totalmente independiente de los conductores metlicos intermedios y es la misma que si se pusieran en contacto directo A y B. III. Ley de las temperaturas sucesivas. La f.e.m. generada por un termopar con sus uniones a las temperaturas T1 T3 es la suma algebraica de la f.e.m. del termopar con sus uniones a T1 T2 de la f.e.m. del mismo termopar con sus uniones a las temperaturas T2 T3. Cmo funcionan los Termopares El comportamiento de un termopar se basa en la teora del gradiente, segn la cual los propios hilos constituyen el sensor. La Figura 2A ilustra este concepto. Cuando se calienta uno de los extremos de un hilo, le produce una tensin que es una funcin de (A) el gradiente de temperatura desde uno de los extremos del hilo al otro, y (B) el coeficiente de Seebeck, una constante de proporcionalidad que vara de un metal a otro. Un termopar se compone sencillamente de dos hilos de diferentes metales unidos en un extremo y abiertos en el otro (Figura 2b). La tensin que pasa por el extremo abierto es una funcin tanto de la temperatura de la unin como de los metales utilizados en los dos hilos. Todos los pares de metales distintos presentan esta tensin, denominada tensin de Seebeck en honor a su descubridor, Thomas Seebeck. constante dentro de un intervalo moderado de temperaturas. Hay que sealar que para obtener una buena estabilidad en los termistores es necesario envejecerlos adecuadamente.Los termistores de conectan a puentes de Wheatstone convencionales o a otros circuitos de medida de resistencia. En intervalos amplios de temperatura, los termistores tienen caractersticas no lineales. Al tener un alto coeficiente de temperatura poseen una mayor sensibilidad que las sondas de resistencia estudiadas y permiten incluso intervalos de medida de 1C (span). Son de pequeo tamao y su tiempo de respuesta depende de la capacidad trmica y de la masa del termistor variando de fracciones variando de fracciones de segundo a minutos.La distancia entre el termistor y el instrumento de medida puede ser considerable siempre que el elemento posea una alta resistencia comparada con la de los cables de unin. La corriente que circula por el termistor a travs del circuito de medida debe ser baja para garantizar que la variacin de resistencia del elemento sea debida exclusivamente a los cambios de temperaturas del proceso.Los termistores encuentran su principal aplicacin en la compensacin de temperatura, como temporizadores y como elementos sensibles en vacumetros.Los termistores, que son detectores resistivos fabricados normalmente de semiconductores cermicos, ofrecen una impedancia mucho ms alta que los RTD, por lo que la reduccin de los errores provocados por los hilos conductores hace bastante factible el uso de la tcnica de dos hilos, que es ms sencilla. Su alto rendimiento (un gran cambio de resistencia con un pequeo cambio de temperatura) permite obtener medidas de alta resolucin y reduce an ms el impacto de la resistencia de los hilos conductores. Por otra parte, la bajsima masa trmica del termistor minimiza la carga trmica en el dispositivo sometido a prueba. No obstante, la baja masa trmica tambin plantea un inconveniente, que es la posibilidad de un mayor autocalentamiento a partir de la fuente de alimentacin utilizada en la medida. Otro inconveniente del termistor es su falta de linealidad, que exige un algoritmo de linealizacin para obtener unos resultados aprovechables. Sensores de IC Los sensores de circuitos integrados resuelven el problema de la linealidad y ofrecen altos niveles de rendimiento. Son, adems, relativamente econmicos y bastante precisos a temperatura ambiente. Sin embargo, los sensores de IC no tienen tantas opciones de configuraciones del producto o de gama de temperaturas, y adems son dispositivos activos, por lo que requieren una fuente de alimentacin. Los sensores de IC forman parte de la tendencia hacia los "sensores inteligentes", que son unos transductores cuya inteligencia incorporada facilita las actividades de reduccin y anlisis de datos que el usuario debe realizar normalmente en el sistema de adquisicin de datos. Termopares Los termopares se utilizan extensamente, ya que ofrecen una gama de temperaturas mucho ms amplia y una construccin ms robusta que otros tipos. Adems, no precisan alimentacin de ningn tipo y su reducido precio los convierte en una opcin muy atractiva para grandes sistemas de adquisicin de datos. Sin embargo, para superar algunos de los inconvenientes inherentes a los termopares y obtener resultados de calidad, es importante entender la naturaleza de estos dispositivos. Estudios realizados sobre el comportamiento de termopares han permitido establecer tres leyes fundamentales:I. Ley del circuito homogneo. En un conductor metlico homogneo no puede sostenerse la circulacin de una corriente elctrica por la aplicacin exclusiva de calor. II. Ley de metales intermedios. Si en un circuito de varios conductores la temperatura es uniforme desde un punto de soldadura A a otro punto B, la suma algebraica de todas las fuerzas electromotrices es totalmente independiente de los conductores metlicos intermedios y es la misma que si se pusieran en contacto directo A y B. III. Ley de las temperaturas sucesivas. La f.e.m. generada por un termopar con sus uniones a las temperaturas T1 T3 es la suma algebraica de la f.e.m. del termopar con sus uniones a T1 T2 de la f.e.m. del mismo termopar con sus uniones a las temperaturas T2 T3. Cmo funcionan los Termopares El comportamiento de un termopar se basa en la teora del gradiente, segn la cual los propios hilos constituyen el sensor. La Figura 2A ilustra este concepto. Cuando se calienta uno de los extremos de un hilo, le produce una tensin que es una funcin de (A) el gradiente de temperatura desde uno de los extremos del hilo al otro, y (B) el coeficiente de Seebeck, una constante de proporcionalidad que vara de un metal a otro. Un termopar se compone sencillamente de dos hilos de diferentes metales unidos en un extremo y abiertos en el otro (Figura 2b). La tensin que pasa por el extremo abierto es una funcin tanto de la temperatura de la unin como de los metales utilizados en los dos hilos. Todos los pares de metales distintos presentan esta tensin, denominada tensin de Seebeck en honor a su descubridor, Thomas Seebeck.

Figura 2a

Figura 2bEn pequeas gamas de temperaturas, los coeficientes de Seebeck de los dos hilos son constantes y la tensin de Seebeck es, por consiguiente, proporcional, pero en gamas ms grandes, el propio coeficiente de Seebeck es una funcin de la temperatura, convirtiendo la tensin de Seebeck en no lineal. Como consecuencia, las tensiones del termopar tambin tienden a ser no lineales. Temperatura relativa frente a temperatura absoluta Los RTD, termistores y sensores de IC miden todos ellos temperaturas absolutas, pero el termopar mide solamente temperaturas relativas, y el motivo resulta obvio cuando pensamos en la conexin de un termopar a un voltmetro o a un sistema de adquisicin de datos. Supongamos que estamos utilizando un termopar Tipo J, que es el ms normal y consiste en un hilo de hierro y otro de constantan (una aleacin con un 45% de nquel y un 55% de cobre). Qu ocurrir cuando conectemos los dos hilos conductores de prueba, que probablemente sean de cobre? Que crearemos otros dos termopares (Figura 3), cada uno de los cuales aportar una tensin al circuito, con lo que tendremos tres termopares y tres temperaturas desconocidas. La solucin clsica a este dilema consiste en aadir un termopar opuesto y una unin de referencia a una temperatura conocida (Figura 4). En este ejemplo, el termopar opuesto es otra unin de cobre y hierro equivalente a la unin de cobre y hierro que hemos creado al aadir un hilo conductor de cobre al hilo conductor de hierro del termopar "real". Estas dos uniones, si estn aisladas en un bloque isotrmico (temperatura constante), se anularn mutuamente. Ahora tenemos slo dos uniones, la unin original del termopar (Tx) y la de referencia (Tref) que acabamos de aadir. Si conocemos la temperatura de la unin de referencia, podremos calcular Tx. (Muchos sistemas de adquisicin de datos y muchos voltmetros que efectan medidas con un termopar realizan este clculo de forma automtica.) Lamentablemente, la naturaleza de la temperatura dificulta un poco las cosas en este caso, ya que hay muy pocos puntos de referencia prcticos y econmicos para la tempera