3. Curso Virtual: Electricidad Industrial
Tema 5
Sensores
1. SENSORES
Son unos de los componentes de entradas de datos a un sistema de control. El sensor
detecta la variación física del elemento que controla, y lo transmite en forma de
magnitud eléctrica.
Básicamente el sensor dispone de un transductor y de un circuito o sistema
amplificador de la señal. La señal que entrega a un sensor debe ser recogida por el
controlador, y en caso necesario, será ampliada y acondicionada para su posterior
uso.
Figura 1 SENSOR
2. TIPOS DE SENSORES
Determinados sensores, deben estar alimentados eléctricamente conforme a sus
características y se les denominan sensores activos.
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Otros sensores no necesitan alimentación eléctrica y son llamados sensores pasivos,
el hecho de ser pasivos no significa que no sean atravesados por una corriente
eléctrica, por ejemplo una fotorresistencia está conectada a una corriente eléctrica, pero
mientras no exista una variación de luminosidad no la atraviese la corriente eléctrica,
es un sensor pasivo.
La calificación de los sensores se puede hacer en función de muchos criterios
diferentes:
Por la forma mecánica de actuar.
Por los componentes que lo integran.
Dependiendo del sitio donde actúa.
Por la naturaleza de la señal que entrega al sistema en que se acopla.
Si la clasificación empleada es la última de la lista que precede se distinguen dos
grupos principales:
Los sensores discretos
Los sensores de tipo continuo
3. SENSORES DISCRETOS
Son aquellos que entregan una señal de valor concreto en función de la red a que estén
conectados.
Los más comunes son los que adoptan dos valores, abierto-cerrado. On-off,
activado-desactivado, uno-cero.
Un ejemplo sería el interruptor o pulsador, también llamados de posición, ya que
indica que la pieza está situada en el lugar. También se llaman final de carrera.
Dispone de un contacto cerrado y otro abierto, la parte con la que tropieza la pieza
puede ser un tope, de forma de bola, o de ruleta, graduable o fija.
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Figura 2 SENSORES DE POSICIÓN: DE BOLA, DE RULETA Y AJUSTABLE
Los sensores discretos suelen ser más baratos y de gran fiabilidad, gracias a la
sencillez de su funcionamiento. Normalmente, la salida de esta clase de sensores es
un contacto libre de potencial que se cierra y se abre en función del sensor. En
realidad no deberían de llamarse sensores, puesto que no transforman la señal
eléctrica, tan solo abre o cierran un contacto.
4. PRINCIPALES VARIANTES DE SENSORES DISCRETOS
Sensor magnético
Sensor de humos
Sensores de agua
Sensor de gas
Sensor por ruptura de cristal
Sensor de infrarrojo
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5. SENSOR MAGNÉTICO
El principio de funcionamiento se basa en el efecto que produce un par de láminas
dentro de un campo magnético. Los contactos se colocan dentro de una ampolla de
vidrio en la que se ha practicado el vacío.
Existen dos tipos en uno de ellos los contactos permanecen abiertos cuando no está
próximo al campo magnético, si se aproxima un imán las láminas se unen cerrando los
contactos.
El segundo tipo es todo lo contrario, dentro del campo magnético los contactos están
normalmente abiertos y al separarlo del imán se unen (Figura 5).
Figura 5 SENSOR MAGNÉTICO
6. SENSORES DE HUMO
Es un sensor de tipo discreto, se activa cuando dentro de su campo se produce cierta
cantidad de humo, no importa de qué naturaleza es el humo, solo la presencia del
humo dentro del campo de acción, pues depende de la opacidad del aire, actuando
siempre que se rebase el límite máximo que se considere como superior a lo normal.
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Al ser sensores discretos la salida que presenta es un contacto que se abre o se cierra,
algunos de ellos tienen la posibilidad de poderse ajustar el nivel de humo. En la figura
6 puede observarse el aspecto físico que presentan estos sensores.
Figura 6 DOS FORMAS PARA DETECTOR DE HUMO
7. SENSORES DE AGUA
Detectan la presencia de agua o la excesiva humedad en un lugar concreto. Se basa
en la variación de la conductividad de determinado material cuando se encuentra
seco o cuando está mojado, el aspecto exterior es muy similar al detector de humo
de la figura 7, sin embargo se puede distinguir fácilmente por el lugar de colocación, el
detector de humo se coloca en el techo y el detector de agua, sobre él sócalo, en el
nivel más bajo posible.
Figura 7 DETECTOR DE PRESENCIA DE AGUA Y ELECTRODOS SENSORES
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8. SENSOR DE GAS
Prácticamente en todas las viviendas existe una instalación de gas, como calentadores
de agua, cocina, calefacción, por tal motivo el sensor de gas es uno de los elementos
que se instala en todo sistema de automatización de hogares. Son sensores discretos,
no es necesario que transmita información del nivel de gas, simplemente si hay
o no mayor cantidad del nivel de gas, actuando cuando se sobrepase el umbral a
partir del cual el sensor actúa mandado una señal al sistema. Existen tres sistemas
para detectar la presencia de gas:
Por conductividad térmica
Mediante rayos infrarrojos
Por el efecto semiconductor de algunos materiales
8 DETECTOR DE PRESENCIA DE GAS
Detectores de gas por conductividad térmica Son sensores bastante complejos y
costosos. Pues su principio de funcionamiento se basa en la conductividad térmica
de los gases. Consta de un hilo rodeado de gas en el interior de una cámara, por el
conductor circula una cantidad de corriente constante, cuando hay presencia de gas
este conductor se calienta, esta variación tiene que ser detectada con un aparato de
medida muy sensible, insertado en un puente de medida.
Detectores de presencia de gas mediante rayos infrarrojos. Se basa en el índice
de absorción de luz infrarroja que presentan los gases. Se hace pasar un haz de
luz de infrarrojos a través de una cápsula, cuando hay presencia de gas la radiación se
verá rechazada y no llegará al detector. Estos sensores muy costosos y no se suelen
instalar en viviendas.
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Detectores de gases sólidos. Su funcionamiento se basa en el efecto
semiconductor de algunos materiales cuando se encuentran en atmósferas
cargadas de gas, se fabrican en función del gas que se quiere detectar, son
económicos y fiables, y por tanto los más usados.
El aspecto del detector de humo los sensores de gas y de agua es muy similar, sin
embargo la colocación difiere, el humo tiende a subir el gas a bajar y el agua se desliza
por el suelo por lo que los sensores deberá de situarse en el lugar adeudos a lo que
tiene que detectar.
9. SENSOR DE ROTURA DE CRISTAL
El principio de funcionamiento de esta clase de sensor está basado en una cápsula
semiconductor o de tipo micrófono, que cuando percibe una señal mecánica
procedente de una vibración activa un contacto y cierra un circuito.
Figura 9 EL PULSADOR DE AVISO DE INCENDIO POR ROTURA DE CRISTAL ES UN SENSOR DISCRETO Y
NO DEBE DE CONFUNDIRSE CON EL SENSOR DE ROTURA DE CRISTAL QUE SE DESCRIBE
10. SENSOR DE INFRARROJOS
Están formados por un diodo detector de la luz infrarroja procedente de un emisor
cercano, figura 10.
Figura 10 DETECTOR DE INFRARROJO
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Esta clase de sensores puede recibir señales con información codificada, como en el
caso de mando a distancia por infrarrojos. En otros casos, se pueden utilizar como
barreras de detección de movimiento, se lanza una señal desde un emisor y caso de
ser interrumpido, el sensor se activa.
11. SENSORES DE TIPO CONTINUO
Son aquellos en que su señal de salida puede cambiar de forma continua. Un ejemplo
puede ser la sonda de temperatura de tipo resistivo, en que la resistencia varía de
forma continua según la temperatura que esté midiendo.
Los sensores continuos generan una señal de tipo continuo, que puede ser tratada e
interpretada de forma inteligente.
Los principales sensores continuos se utilizan como:
Sensor de iluminación.
Sensor de temperatura
Sensor de humedad
Sensor de viento
12. SENSOR DE ILUMINACIÓN
Son todos aquellos que sirven para detectar o medir cantidad de luz en un espacio
físico determinado. Se construyen básicamente de dos formas:
Con fotorresistencias
o con Célula fotovoltaicas
Fotorresistencias. Se las conoce comercialmente como LDR (Light Dependent
Resistors). Su principio de funcionamiento está basado en el efecto que produce un haz
luminoso sobre un material semiconductor sensible a la luz (fotosensible), cuanto más
luz menos resistencia.
Células fotovoltaicas. Generan corriente cuando reciben luz, su efecto es conocido
como efecto fotovoltaico, son poco utilizas como sensores.
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Barreras ópticas. Basado en este tipo de sensores existen una serie de sensores que
a pesar de dar respuesta continua se pueden usar de forma discreta recibiendo el
nombre de barreras ópticas o células fotoeléctricas.
13. SENSOR DE TEMPERATURA
El control de la temperatura es una de las funciones más usadas, aunque no estén
integradas en un sistema automático complejo, atendiendo a su principio de
funcionamiento existen tres clase de sensores:
Pares termoeléctricos.
Termorresistencias.
Termistores
Pares termoeléctricos. Son sensores basados en el efecto termoeléctrico de la
unión de dos metales diferentes, al someter a calor la unión de los metales se crea
una diferencia de potencial entre los extremos no unidos.
Termorresistencias. Las termorresistencias son sensores construidos a partir de
metales conductores. Su funcionamiento está determinado por la variación de
resistencias que sufre un conductor cuando se somete a diferentes temperaturas.
Termistores. Son sensores fabricados con material semiconductor cuya resistencia
varía con la temperatura. La variación no se produce por el efecto termoeléctrico,
sino por el efecto que el calor provoca en las bandas semiconductoras de una
unión NP o PN.
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14. SENSOR DE HUMEDAD
Son complejos y costosos por lo que solo se emplean en instalaciones industriales
Son aparatos basados en el cambio de longitud que sufren ciertas fibras
orgánicas o sintéticas cuando varía la humedad relativa del aire que lo rodea (con
la humedad se estira) ver la figura 11
Figura 11 SONDA DE HUMEDAD
15. APLICACIONES DE SENSORES
El sensor magnético se emplea para la detección de puertas y ventanas, como señal
de fin de carrera en dispositivos de desplazamiento lineal y como contadores de
revoluciones en elementos que giran.
Figura 12 RELÉ PARA DETECTOR DE VELOCIDAD
Sensor de humo su aplicación principal es detectar incendios desde su inicio
Figura 13 SENSOR DE HUMOS
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Sensor de agua se utiliza para detectar la presencia de agua y escapes de agua o
inundaciones.
Con el sensor de gas se detecta presencia de gas debido a escapes siempre que se
sobrepase un nivel que se considere peligroso.
Sensor de rotura de cristal, se emplea fundamentalmente en sistemas antirrobo,
colocándose puertas y ventana para detectar las vibraciones que se producen cuando
se golpea.
Los sensores de infrarrojo se aplican en barreras infrarrojas, detectores de
movimiento y mando a distancia.
El sensor de iluminación tiene su aplicación en:
Las abarreras luminosas.
Construcción de luxómetros.
Relés de conexión-desconexión del alumbrado.
Regulación de la iluminación interior de las habitaciones.
Interruptores crepusculares.
Detección de paso de vehículos.
Detectores de paquetes.
Detectores de personas
Detectores de nivel (Líquido o sólido)
Figura 14 BARRERA ÓPTICA CON EMISOR Y RECEPTOR SUPERPUESTOS
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Figura 15 RELÉ PARA CONTROL DE NIVEL CON SENSORES DE AGUA
Sensor de temperatura, se utiliza para regular la temperatura dentro de ciertos límites
y como componente de los termómetros eléctricos.
Figura 16 SENSOR DE TEMPERATURA
El sensor de humedad y el sensor de viento se utiliza muy poco, solo como aparato
de medida sin aplicación en los sistemas automáticos. El sensor de viento se utiliza
para cerrar persianas cuando la velocidad del viento es demasiado alta.
Figura 17 SENSOR DE VIENTO ELECTRÓNICO (ANEMÓMETRO)
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