En todo proceso de automatización es necesario captar las magnitudes de planta, para poder así saber el estado del proceso que estamos controlando. Para ello empleamos los sensores y transductores. Los sensores y transductores son empleados en una gran variedad de actividades, principalmente las de tipo industrial. Los sistemas electrónicos aplicados para mejorar la productividad y calidad en las empresas, son rediseñados y se diseñan nuevos día a día, para obtener una mejor calidad de servicio. Son parte de nuestra vida cotidiana, por lo que requerimos de estar a la vanguardia en los avances de la tecnología que cada vez más, fabrican dispositivos y sistemas más pequeños y accesibles para su aplicación.

Introducción.  La aplicación de transductores y sensores a las actividades cotidianas, ha permitido evolucionar los métodos y técnicas que utilizamos en nuestras operaciones que constantemente están variando y haciéndose más complejas. Se tienen diferentes tipos de sensores y transductores, principalmente los de medición de peso, distancia, volumen, masa y velocidad.  La estructura de un transductor completo se compone de lo siguiente:

A). Elemento sensor o captador elemental. Convierte las variaciones de una magnitud física en variaciones de una magnitud eléctrica (señal).

B). Acondicionamiento de la señal. Modifica la señal entregada por el sensor para obtener una señal adecuada (amplificación, linealización, etc.).

Transductores

Un transductor es, en general, un dispositivo que convierte una señal de una forma física en una señal correspondiente pero de otra forma física distinta. Es decir, convierte un tipo de energía en otro. Al medir una fuerza, por ejemplo, se supone que el desplazamiento del transductor es despreciable, o sea, que no se "carga" al sistema, ya que de lo contrario podría suceder que este último, fuera incapaz de aportar la energía necesaria para el desplazamiento. En la transducción siempre se extrae una cierta energía del sistema donde se mide, por lo que es importante garantizar que esto no lo perturba. Dado que hay seis tipos de señales: mecánicas, térmicas, magnéticas, eléctricas, ópticas y moleculares (químicas), cualquier dispositivo que convierta una señal de un tipo en una señal de otro tipo debería considerarse un transductor, y la señal de salida podría ser de cualquier forma física "útil". En la práctica, generalmente los transductores ofrecen una señal de salida eléctrica, debido al interés de este tipo de señales en la mayoría de procesos de medida. Los sistemas de medida electrónicos ofrecen, entre otras, las siguientes ventajas:

A). Debido a la estructura electrónica de la materia, cualquier variación de un parámetro no eléctrico de un material viene acompañada por la variación de un parámetro eléctrico. Eligiendo el material adecuado, esto permite realizar transductores con salida eléctrica para cualquier magnitud física no eléctrica.

B). Dado que en el proceso de medida no conviene extraer energía del sistema donde se mide, lo mejor es amplificar la señal de salida del transductor. Con amplificadores electrónicos se pueden obtener fácilmente ganancias de potencia de hasta de 1000 en una sola etapa, a baja frecuencia.

C). Además de la amplificación, hay una gran variedad de recursos, en forma de circuitos integrados, para acondicionar o modificar las señales eléctricas. Incluso hay transductores que incorporan físicamente en un mismo encapsulado parte de estos recursos.

D). Existen también numerosos recursos para presentar o registrar información si se hace electrónicamente, pudiéndose manejar no sólo datos numéricos, sino también textos, gráficos y diagramas.

E). La transmisión de señales eléctricas es más versátil que la de señales mecánicas, hidráulicas o neumáticas, y si bien no hay que olvidar que éstas pueden ser más convenientes en determinadas circunstancias.

Sensores.

Un sensor es un dispositivo que, a partir de la energía del medio donde se mide, da una señal de salida transformable, siendo función de la variable medida. El sensor y el transductor se emplean a veces como sinónimos, pero sensor sugiere un significado más extenso: la ampliación de los sentidos para adquirir un conocimiento de cantidades físicas que, por su naturaleza o tamaño, no pueden ser percibidas directamente por los sentidos. Por otro lado, transductor sugiere que la señal de entrada y la de salida no deben ser homogéneas. El sensor de contacto es un sensor que detecta el contacto con objetos en el ambiente del robot.

El sensor de contacto actúa como un interruptor normal. Al apretar el botón, éste cierra un circuito eléctrico y permite el flujo de corriente a través del sensor. EL RCX detecta este flujo de corriente y asi se entera que el botón ha sido presionado. Al soltar el botón, el circuito se abre y cesa el flujo de corriente. La imagen a la izquierda muestra la forma correcta de conectar el cable al sensor de contacto. Esta imagen muestra la forma incorrecta de conectar el sensor de contacto. Los cables no tienen polaridad pero, note que el conector debe estar en la orilla cercana al botón amarillo y no en la orilla opuesta, como ocurre en esta imagen.

Las características de un sensor al tacto son: (a) ser un sensor sencillo, pasivo y externo; (b) conocer el perfil del objeto y (c) ser un caso extendido del sensor de interruptor. Los sensores de contacto son programados para detectar cuando los botones son presionados o liberados. Usted necesita especificar a que puerto está conectado un sensor. Los sensores de contacto pueden ser usados para controlar los motores.

Detector de nivel de líquidos con interruptor por tacto (touch-swicth).
La operación del sistema de detección de nivel de líquidos, inicia cuando el líquido hace contacto con un cable conductor de electricidad y el relevador se activa y con ello una sistema que indica los niveles en un tanque (figura 1). El sistema permanece encendido hasta que el líquido no genera contacto con el cable conductor. A través de los contactos del relevador se puede realizar la función inversa, con el cual se pueden conectar cualquier tipo de carga. La aplicación de este sistema electrónico es principalmente en control líquidos de depósitos, riego automático, detector de lluvia y alarma por escape de agua. El funcionamiento es por tacto o "Touch-Switch", que indica que se puede tocar con la mano dos conexiones y el relevador se activará y con ello los actuadotes; y al retirar la mano el relevador se desactivará y el funcionamiento del sistema regresará a su posición inicial.

Figura 1. Diagrama electrónico del sistema de detección de nivel de líquidos

BIBLIOGRAFÍA

1. Sorensen Johanensen; Electronic Circuits to detect water levels; Editorial Mc Graw Hill; 2000.

2. Jiménez Ulises, Robles Tomas & Hernandez Cristina; Aplicación de sensores en la detección de nivel de líquidos; Editorial Oceánica; 1998.

3. Gutierrez Ezequiel & Avalos Guadalupe; Como utilizar los transductores; Editorial Panamericana; 2001.

4. Gillman Horace; Why use sensors and transductors in industrial activities; Editorial Mc Graw Hill; 1995.

5. Román Carlos & Callazos Juan; Sistemas de control industrial; Editorial Trillas; 2000.

 M.C. Gustavo Lopez Badilla¹, Josúe Riojas², Omar Lugo²  y Armando Verduro²

¹ Investigador-Académico, CETYS,  Mexicali, B. C., México.

² Alumnos investigadores, Area Mecánica, CETYS, Mexicali, B.C., México.