El documento describe diferentes tipos de sensores, incluyendo sensores de temperatura como termocuplas y termómetros de resistencia, sensores de presión como manómetros y sensores eléctricos, sensores de nivel como sensores de conductividad y ultrasónicos, y sensores para medir propiedades como pH, cromatografía y espectrofotometría. Explica los principios físicos en los que se basan cada tipo de sensor y cómo producen una señal eléctrica relacionada con la magnitud física que miden.

1. Republica Bolivariana de Venezuela
Ministerio del poder popular para la Educación superior
Instituto Universitario Politécnico “Santiago Mariño”
Extensión Valencia
PROYECTO DE CONTROL
SENSORES
Edecio Salazar

2. SENSOR
Se llama sensor al instrumento que
produce una señal, usualmente eléctrica
en la actualidad, (antiguamente se
utilizaban señales hidráulicas), que
refleja el valor de una propiedad,
mediante alguna correlación definida.

3. EL SENSOR IDEAL
Es un instrumento que no altera la propiedad medida.
Por ejemplo, si se mide temperatura, el sensor ideal no debería
aportar ni recibir calor, es decir debería tener una masa igual a cero;
o no debería estar en contacto con la masa a la que le esta midiendo
la temperatura.

4. LA RELACIÓN ENTRE LA VARIABLE DEL PROCESO Y EL
FENÓMENO FÍSICO EN EL QUE SE BASA EL SENSOR
ES DADA POR LA GANANCIA (KT) DEL SENSOR.

5. SENSORES DE
TEMPERATURA.
TERMOCUPLAS: En el año 1821, seebeck notó que al juntar dos conductores de metales
distintos, de manera que se forme un circuito eléctrico que dependía de la diferencia de
temperatura entre las junturas.
Consiste en dos alambres de diferentes metales o aleaciones (platino – rodio, níquel
y níquel – cromo, hierro – constantán), un galvanómetro que mide las tensiones
eléctricas (milivoltios) creadas por el calentamiento del punto de soldadura (extremos
soldados).

7. TERMOMETROS DE RESISTENCIA: Es un instrumento que consta
principalmente de un hilo metálico arrollado en un elemento de
soporte, dotado de los medios necesarios para determinar las
variaciones de su resistencia eléctrica. Se basa en el efecto Joule-
Thompson.
PIROMETROS: Los pirómetros determinan la temperatura estudiando el
color, la cantidad y el brillo de la radiación emitida por un cuerpo
incandescente.
Dependiendo de la característica de la radiación que guie la medición los
pirómetros pueden ser:
-. Ópticos: si se basan en el brillo de la radiación.
-. De radiación: si se basan en la cantidad o intensidad de la radiación.
-. De calor.

8. DE ÚLTIMA GENERACIÓN: Se han desarrollado mas recientemente
(1992) circuitos integrados (por ejemplo, el LM35A) que se comportan
como una fuente de corriente en función de la temperatura. El
artefacto es lineal en todo su rango de operación (desde 0º K hasta
que se funde, en el orden de los 150º C) y
general, sistemáticamente, 10-6 A/º K (si bien existen versiones que
generan 10-6 A/º C y 10-6 A/º F).
SENSORES DE PRESION: Los dispositivos para medir presión se
califican en tres grupos:
-. Los que se basan en la medición de la altura de una columna de
liquido.
-. Los que se basan en la medición de la medición de la distorsión de
una cámara elástica.
-. Los sensores de tipo eléctrico.

9. El más común entre los de medición de
altura de líquidos es el tubo en forma de U.

10. Aparatos medidores de presión provistos de elementos elásticos
sensibles.
Su funcionamiento esta basado en la utilización de la deformación o
el momento de flexión de elementos elásticos sensibles que
perciben la presión de un medio y la transforman en desplazamiento
o esfuerzo.

11. SENSORES ELÉCTRICOS: Se basan en principios tales como:
La aparición de cargas electroestática cuando se deforman los cristales en
una dirección determinada (Manómetro piezoeléctrico).
El cambio de la resistencia eléctrica de los conductores bajo la acción de
la presión (Manómetro de resistencia).
Variaciones en la inductancia y capacitancia de conductores, de uso muy
limitado debido a su baja sensibilidad.

12. ROTÁMETROS: Es el medidor de área mas importante, en el, caída
de presión es prácticamente constante, mientras que el área por la
que circula el fluido varia con la velocidad de flujo. A partir de un
calibrado, se relaciona el área con la velocidad de flujo.

13. VENTURI: Es un medidor de carga o presión variable, el principio
general de funcionamiento es la reducción de presión asociada al
aumento de velocidad o energía cinética que sufre un fluido cuando
se coloca una constricción.

14. TUBO DE PITOT: Mide la velocidad local a lo largo de una línea de
corriente por la diferencia de presión del impacto y la presión
estática.

15. MAGNETICOS: Se basa en la creación de potencial eléctrico por el
movimiento de un fluido conductor a través de un campo magnético
generado exteriormente. Según la ley de Faraday de la inducción
electromagnética, el voltaje generado, es directamente proporcional
a la velocidad del flujo del fluido.

16. CROMATOGRAFIA: Designa procesos basados en la diferencia
de velocidades a que los componentes individuales de una mezcla
emigran por un medio estacionario bajo la influencia de una fase
móvil.

17. ESPECTROFOTOMETRO: La interacción de la radiación con la materia.
Cuando la radiación pasa de un medio vacío a través de una porción de
materia, esta actúa con los átomos y moléculas con que se cruza. La
naturaleza especifica de la materia hace variar esta interacción y como
consecuencia, la radiación puede ser transmitida, absorbida, reflejada o
dispersada en diversos grados.
PH METRO: es un sensor utilizado en el método electroquímico para
medir el pH de una disolución.
La determinación de pH consiste en medir el potencial que se
desarrolla a través de una fina membrana de vidrio que separa dos
soluciones con diferente concentración de protones. En consecuencia
se conoce muy bien la sensibilidad y la selectividad de las membranas
de vidrio delante el pH.
Una celda para la medida de pH consiste en un par de electrodos, uno
de calomel (mercurio, cloruro de mercurio) y otro de vidrio, sumergidos
en la disolución de la que queremos medir el pH.
La varita de soporte del electrodo es de vidrio común y no es
conductor, mientras que el bulbo sensible, que es el extremo sensible
del electrodo, esta formado por un vidrio polarizable (vidrio sensible de
pH).

18. Se llena el bulbo con la solución de ácido clorhídrico 0.1 N saturado
con cloruro de plata. El voltaje en el interior del bulbo es
constante, porque se mantiene su pH constante (pH 7) de manera
que la diferencia de potencial solo depende del pH del medio externo.

19. SENSORES MEDIDORES DE NIVEL.
los medidores de nivel pueden clasificarse en dos grupos generales:
directos e indirectos. los primeros aprovechan la variación de nivel del
material (líquido o sólidos granulares) para obtener la medición. los
segundos, usan una variable, tal como presión, que cambia con el nivel
del material. para cada caso, existen instrumentos mecánicos y
eléctricos disponibles.
• MEDICIÓN DIRECTA :
El método de contacto puede ser empleado para
sólidos granulares o para líquidos; en estos
casos se emplea una pesa o un flotador
respectivamente. El inicio de medida se da
por un pulsador o un temporizador, para
poner la pesa o flotador conectado a un
cable, en reposo sobre el material. Lo que se
sensa realmente es la variación de la tensión
del cable cuando se entra en contacto con los
sólidos granulares o el líquido a medir.

20. A causa de la distancia de los
electrodos, la sonda de
conductividad se asemeja a
una bujía. Estos dispositivos
son usados con líquidos
conductores. Los electrodos
se alimentan con corriente
continua, siendo montados
dentro del recipiente
contenedor del líquido;
cuando el líquido: toma
contacto con cualquiera de los
electrodos, una corriente
eléctrica fluye entre el
electrodo y tierra. Este
método cuando se usa para
algún tipo de control, es por lo
general para actuar sobre una SENSOR DE NIVEL POR CONDUCTIVIDAD
bomba.

21. El método capacitivo utiliza una
sonda como una de las placas
de un condensador, siendo la
otra placa el contenedor
mismo. El material entre
ellos, viene a ser dieléctrico. El
cambio de nivel origina un
cambio en la salida del circuito
electrónico, proporcional al
cambio de la capacidad por lo
que este método es de
indicación continua del nivel a
diferencia del conductivo que
sería entonces, uno discreto.
SENSOR TRANSMISOR CAPACITIVO

22. Los medidores del tipo ultrasónico
se usan tanto para medición
continua, como discreta de
nivel, aunque generalmente su
uso está dado en acciones de
alarma. En todos los diseños,
se genera una señal en
frecuencia y la interrupción o
detección de la señal generada
es la base para una acción de
control (detectores discretos).
En medición continua, se mide
el tiempo transcurrido entre la
emisión de la señal y la
recepción de la reflejada.
MEDICIÓN POR ULTRASONIDO

23. MEDICIÓN INDIRECTA:
• Varios tipos de dispositivos de medición indirecta de nivel son en
efecto sensores de presión hidrostáticos. El más sencillo consiste en
un manómetro ubicado en el nivel cero de un contenedor de líquido.
Cualquier incremento de nivel causa un aumento de la presión
hidrostática, la cual es medida con el manómetro. La escala del
manómetro es graduada en unidades de nivel.
• En el caso de método de burbujeo, se ; utiliza una tubería conectada
verticalmente en el contenedor. El extremo con abertura de la tubería
es ubicado en el nivel cero del contenedor. El extremo es conectado a
un suministro de aire. Cuando se va a hacer la medición de nivel, el
suministro de aire es regulado para que así la presión sea
ligeramente más alta que la presión hidrostática. Este punto se
encuentra al observar burbujas saliendo por el extremo inferior del
tubo. Se lee entonces en el manómetro la indicación de nivel
(pies, pulgadas, galones, etc.).

24. Un instrumento muy popular que utiliza
el método por presión hidrostática
es el transmisor de presión
diferencias; en realidad, este envía
una señal normalizada proporcional
a la diferencia de dos presiones,
una debida al líquido cuyo nivel se
desea determinar (entrada alta)
y otra debida a la presión
atmosférica (entrada baja), siempre
y cuando sea un sistema abierto
(tanque abierto a la atmósfera).
Para el caso de tanques cerrados,
la entrada "baja" debe conectarse
ya sea directamente en contacto
con el gas encerrado en el extremo
superior del depósito o utilizando
un fluido de sello. En todo caso, la
calibración adecuada permitirá una
señal de salida (electrónica o
neumática) proporcional al nivel.
Medición con transmisor de presión diferencial