CAPITULO II TRANSDUCTORES
Un transductor es un dispositivo que proporciona una señal de salida útil en respuesta a una cantidad, propiedad o condición física que se desea medir. medir. Los transductores transductores que sensan las variables variables físicas o sensores como generalmente generalmente se los llama son los componentes del Sistema de Medida, el cual es una parte del campo tecnológico tecnológico llamado instrumentación. instrumentación. La tarea de usar usar y seleccionar instrumentos instrumentos de medida, generalmente se conoce como ngeniería de medición y el proceso de sensar la variable física se o conoce como transducción. TIPOS DE TRANSDUCTORES Se los puede clasificar de acuerdo a su aplicación, m!todo de conversión de energía, naturale"a de la señal de salida, etc. #or lo general estas clasificaciones terminan en $reas que se superponen. Una distinción y clasificación estricta de los tipos de transductores es difícil. Sin embargo, de acuerdo al principio el!ctrico los transductores transductores son% pasivos y activos. activos. Transductores pasivos% Son aquellos que cambian sus características en un elemento pasivo, tal como% resistencia, inductancia, reluctancia o capacitancia. &tra característica importante de este tipo de transductores es que requiere de una fuente de polari"ación. '(m% fotoresistencia, termistor, L)* L)*+, +, etc. Transductor activo% *enominados tambi!n de autogeneración, son aquellos que generan una corriente o volta(e como resultado de una forma de energía. '(m% termopar, termopar, tacogenerador, transductor pie"oel!ctrico, pie"oel!ctrico, celda fotovoltaica. ELEMENTOS DE LOS TRANSDUCTORES 'n algunos transductores, la generación de la salida el!ctrica a partir del mensurado físico se verifica en dos etapas. 'iste un elemento detector, que responde directamente a la variable a medir, denominado tambi!n sensor, se ubica lo m$s cerca posible a la variable física, y un elemento de transducción, en el que se origina la salida el!ctrica. #or e(emplo, muc-os transductores de presión constan de un elemento detector primario/ que convierte la presión en despla"amiento mec$nico y se acopla con un elemento de transducción que genera una salida el!ctrica como respuesta al despla"amiento.
Un tercer elemento del sistema transductor, son los circuitos electrónicos para el acondicionamiento y procesamiento de las las señales, que pueden encapsularse encapsularse integralmente integralmente con el transductor. transductor. 'n el sistema transductor los circuitos el!ctricos y electrónicos reali"an diversas funciones%
0eneración de volta(e y frecuencia de ecitación o de referencia. referencia. 0eneración de la señal de salida, típicamente por medio de un circuito puente o un circuito potenciom!trico. 1condicionamiento de la señal2 es decir, amplificación amplificación de salidas de ba(o nivel y a(uste de los valores de volta(e o corriente de salida a niveles est$ndares. Supresión de ruido, filtrado y aislamiento de tierra. 3onversión de señales, tales como de 134*3, 134*3, o de 14* y viceversa. #rocesamiento #rocesamiento de señales, tales como lineali"ación de salidas in-erentemente no lineales.
PRINCIPIOS DE TRANSDUCCION Son aquellos par$metros que varían convirtiendo un cambio de magnitud en una variación de un par$metro de salida. salida. 'ntre los m$s importantes importantes tenemos% Transducción capacitiva% *ado que un condensador consiste b$sicamente de dos electrodos separados por un diel!ctrico, el cambio cambio de capacidad puede ocasionarse ocasionarse por el movimiento movimiento de uno de los electrodos, electrodos, mediante el cambio en el diel!ctrico. Transducción inductiva % 3onvierte un cambio de la magnitud en un cambio de la autoinductancia de un devanado único. Los cambios de inductancia pueden efectuarse mediante el movimiento de un núcleo ferromagn!tico ferromagn!tico interior al devanado o mediante cambios de flu(o inducidos eternamente en un devanado con núcleo fi(o.
Transducción reluctiva % 3onvierte un cambio de la variable física de entrada en un cambio de tensión alterna debido al cambio en la reluctancia del camino magn!tico entre dos o m$s devanados, con una ecitación alterna aplicada al sistema. Transducción electroman!tica% 3onvierte el cambio de la señal de entrada en una f.e.m. de salida inducida en un conductor debido a un cambio en el flu(o magn!tico en ausencia de ecitación. 'l cambio en el flu(o magn!tico se reali"a usualmente en un movimiento relativo entre un electromagneto y un im$n o una porción de material magn!tico. Transducción pie"oel!ctrica % 3onvierte un cambio de la magnitud a medir en un cambio en la carga electrost$tica 5/ o tensión '/ generada por ciertos materiales cuando se encuentran sometidos a un esfuer"o mec$nico. Transducción resistiva% 3onvierte un cambio de la magnitud a medir en un cambio de resistencia. Los cambios de resistencia pueden reali"arse en los conductores o semiconductores. Transducción #otoconductora% 3onvierte un cambio de la señal de entrada en un cambio de resistencia de un material semiconductor debido a un cambio de iluminación incidente sobre el material. Transducción #otovoltaica% Los cambios de la señal de entrada ocasionan un cambio en la tensión generada cuando la iluminación incidente sobre una unión entre ciertos materiales distintos cambia. Transducción termoel!ctrica % 3onvierte un cambio de la variable física a medir en un cambio en la f.e.m. generada por la diferencia de temperatura eistente entre las dos uniones de dos materiales distintos relacionados debido al efecto Seebec6. Transducción por ioni"ación % 3onvierte un cambio de la magnitud a medir en un cambio de la corriente de ioni"ación e(ercida sobre un gas entre dos elementos. SELECCION DE UN TRANSDUCTOR 'n un sistema de medición el transductor es el elemento de entrada con la importante función de transformar algunas cantidades físicas en una señal el!ctrica proporcional. La selección del t ransductor adecuado es, por consiguiente, el primero y tal ve" el paso m$s importante en la obtención de resultados eactos. La selección de un transductor se basa en% • • • • •
La variable a medir. 'l sistema de datos. 'l diseño del transductor. La disponibilidad 'l costo
La varia$le a medir Se debe tener en cuenta los siguientes aspectos%
3u$l es la variable a medir7 3u$l es el propósito real de la medida7 La señal de entrada produce -ist!resis7 3u$l es el rango de valores deseados7 5u! condiciones de sobrerango puede ocurrir7 3u$l es la precisión con que se necesitan los datos de salida7 3aracterísticas din$micas de la variable a medir. )elocidad de respuesta deseada. 3aracterísticas del ambiente donde va a traba(ar el transductor. *ónde y cómo ser$ instalado el transductor7
El sistema de datos +iene que ver con la forma de procesar la señal enviada por el transductor y se debe considerar lo siguiente%
3u$l es la impedancia de carga que ver$ el transductor7 Se necesita un filtro o un limitador de amplitud de la señal de salida del transductor7 3u$l es la tensión o corriente de alimentación del transductor7 3u$l es la velocidad de respuesta del sistema de datos7 1condicionamiento de datos, multipleación, almacenamiento. 'nlace de transmisión de datos. )isuali"ación de los datos.
El dise%o del transductor 8estricciones sobre la masa, potencia y configuración. 8equerimientos de salida del transductor. #rincipio de transducción. 3aracterísticas est$ticas y din$micas que debe poseer el transductor. 'fectos del medio sobre el transductor. 3ómo afecta el transductor a la variable a medir7 3u$l es el período de vi da del transductor necesario7 8estricciones al diseño por concepto de normali"aciones gubernamentales o industriales. 9ivel t!cnico del personal que mane(ar$ el transductor. +ipos de pruebas necesarias reali"adas por el fabricante y por el usuario. Disponi$ilidad 'iste el transductor que cumple los requerimientos7 )erificar la eistencia en el mercado local o factibilidad para su importación. Costo
Se (ustifica el costo del transductor para la función que reali"a7 3osto de calibración, mantenimiento e instalación. 3u$l es la característica del transductor que representa mayor costo7
