Este documento describe diferentes tipos de sensores y variables de instrumentación. Explica que el primer sensor conocido fue el termómetro de mercurio creado por Fahrenheit en 1714. Luego define las variables de medición como cantidades que varían con el tiempo y que pueden medirse y controlarse. Finalmente, detalla diversos tipos de sensores como mecánicos, ópticos, magnéticos, resistivos y ultrasónicos, describiendo sus características y aplicaciones.

1. Instrumentación Electrónica
Sensores y Actuadores

2. Antecedentes de
los sensores
• El primer sensor del que se tenga conocimiento
se le atribuye a Daniel Gabriel Fahrenheit,
quien en 1714, creó el termómetro de mercurio
con bulbo, formado por un capilar de vidrio de
diámetro uniforme comunicado por su extremo
con una ampolla llena de mercurio.

3. Variables • En instrumentación, las cantidades o
características que se miden dentro de
un proceso se denominan comúnmente
como variables de medición, variables de
instrumentación o variables de proceso.
Variable: es una cantidad que varía con
respecto al tiempo y que es factible de
controlarse y medirse.

4. Tipos de variables
Variables térmicas.
• Toda sustancia por encima de los 0 kelvin (-273,15 °C) emite calor. Si dos
sustancias en contacto se encuentran a diferente temperatura, una de ellas
emitirá más calor y calentará a la más fría.
Variables de radiación.
• Las variables de radiación se refieren a la emisión, propagación y absorción de
energía a través del espacio o de algún material en la forma de ondas.

5. Tipos de variables
Variables de fuerza.
• Las variables de fuerza son aquellas cantidades físicas que modifican la posición
relativa de un cuerpo, la modificación puede incluir hasta la alteración de las
dimensiones en forma permanente (deformaciones plásticas) o en forma
transitoria (deformaciones elásticas).
Variables de velocidad.
Estas variables están relacionadas con la velocidad a la que un cuerpo se mueve
en una dirección a un punto de referencia fijo. El tiempo siempre es uno de los
componentes de la variable velocidad.

6. Tipos de variables
Variables de tiempo.
• Las variables de tiempo son las medidas del lapso transcurrido, es la duración de
un evento en unidades de tiempo, la cantidad de periodos que se repiten en una
unidad de tiempo se define como la frecuencia, la cual por lo general se mide en
Hertz.
Variables de geométricas.
• Estas se refieren a la posición o dimensión de un cuerpo. Las variables
geométricas están relacionadas con el estándar fundamental de longitud. Se
puede apreciar como variable la posición de un cuerpo con respecto a una
referencia, se puede dimensionar un cuerpo tomando la distancia relativa entre
dos puntos.

7. Variables de Instrumentación
• Intensidad
Lumínica.
• Temperatura.
• Distancia.
• Aceleración.
• Inclinación.
• Presión.
• Desplazamiento
• Fuerza.
• Torsión
• Humedad
• Movimiento
• Etc.
Magnitudes Eléctricas
• Resistencia eléctrica
• Carga eléctrica
• Tensión eléctrica.
• Corriente eléctrica.

8. Características de los
instrumentos
Las características de mayor importancia para los instrumentos son:
Rango
• Es el conjunto de valores dentro de los límites superior e inferior de medida en
los cuales el instrumento es capaz de trabajar en forma confiable.
Alcance
• Es la diferencia algebraica entre los valores superior e inferior del campo de
medida del instrumento.
Errores (sistemático)
• Un error sistemático es aquel que se produce de igual modo en todas las
mediciones que se realizan de una magnitud. Puede estar originado en un
defecto del instrumento, en una particularidad del operador o del proceso de
medición, etc.

9. Características de los
instrumentos
Exactitud
• Es las especificaciones de un sensor esto realmente quiere decir falta de
exactitud. esta es la razón de la máxima desviación de un valor representado por
el sensor con respecto al valor ideal.
Precisión
• Esto es la tolerancia mínima de medida que permite indicar, registrar o controlar
el instrumento.
Zona muerta
• Son aquellas donde la sensibilidad del instrumento es nula lo que hace que no
cambie su indicación y señal de salida.
Sensibilidad
• Es la relación entre la lectura del instrumento y el cambio en el proceso que
cambia este efecto. Es la respuesta del instrumento al parámetro medido.

10. Características de los
instrumentos
Campo de medida
Es aquel rango de un instrumento cuyo valor mínimo se encuentra por debajo de
cero de las variables.
Ruido
Señales impuras que afectan a las diferentes señales del sistema de medición.
Fiabilidad
Es la probabilidad de que el instrumento permanezca en ciertos límites de error.

11. Características de los
instrumentos
Lineabilidad
• Es la proporcionalidad directa y libre de errores con equivalencias de alta
calibración.
Temperatura de servicio
• Son las temperaturas de trabajo del instrumento.
Vida útil de servicio
• La vida útil es la duración estimada que un objeto puede tener, cumpliendo
correctamente con la función para el cual ha sido creado. Normalmente se
calcula en horas de duración.

12. ¿Qué es un sensor? • Un sensor es todo aquello que tiene una
propiedad sensible a una magnitud y al variar
esta magnitud también varia esta propiedad con
cierta intensidad.
• Un sensor es un objeto capaz de variar una
propiedad ante magnitudes físicas o químicas
llamadas variables de instrumentación y
transformarlas con un transductor en variables
eléctricas.

13. Tipos de sensores

14. Sensores Mecánicos
• Limit Switch (Final de carrera)
• Son comúnmente utilizados como detectores de final de recorrido de
un dispositivo. Cuando se acciona el push button cierra o abre el
circuito dependiendo de la configuración asignada.
• Pines:
C = Común
NC = Normalmente Cerrado
NO = Normalmente Abierto

15. Sensores Ópticos
• Un sensor óptico es capaz de detectar una
presencia o algún objeto a distancia, a través del
cambio de intensidad de luz.
• Es posible detectar casi todos los tipos de
materiales, por ejemplo. Vidrio, metal, plástico,
madera y líquidos.
• Estos componentes requieren la participación de un
emisor y un receptor, el emisor se encarga de enviar
una señal en forma de luz y el receptor esta
encargado de detectar ese haz de luz enviado por el
emisor.

16. Partes de un sensor óptico
• Emisor: Da origen a un haz luminoso
normalmente a través de un led infrarrojo.
• Receptor: Esta encargado de captar la señal
producida por el emisor, generalmente se
utiliza un fototransistor o un fotodiodo.
• Lentes: Están diseñados para modificar el
campo de visión de los componentes, esto trae
como consecuencia el aumento de la distancia
de detección
• Circuito de salida: Básicamente es el circuito
que se encarga de mandar la señal de salida
ya sea digital o analógica.

17. Tipos de un sensor óptico
De Barrera
• El emisor y el receptor están colocados
uno frente al otro, lo cual indica que el
fototransistor siempre recive la señal
producida por el led infrarrojo. Cuando un
objeto se posiciona entre los dos
dispositivo este obstaculiza la señal al
receptor.
Reflectivo
• El emisor y el receptor están incluidos en un
solo lugar, con la diferencia que se utiliza un
espejo reflector que logra rebotar la señal
producida hacia el mismo lugar de origen.
Tiene el mismo funcionamiento que el sensor
óptico de tipo barrera, cuando un objeto se
posiciona entre el dispositivo de sensado y el
espejo reflector este obstaculiza la señal para
no poder retornar.

18. Tipos de un sensor óptico
Difuso-reflectivo
• Todos sus componentes están instalados
en un mismo cuerpo, y este funciona de
tal manera que el haz de luz producido
rebota en el objeto a detectar.
Reflectivo
• Cuando el haz de luz rebota en un objeto, este
se refleja de manera diferente según el brillo
del cuerpo detectado. Este sensor es capaz de
diferenciar el brillo con el que se refleja la señal
de luz producida.

19. Sensores Magnéticos
• Detecta los campos magnéticos que
provocan los imanes o las corrientes
eléctricas. El principal es el llamado
interruptor Reed; consiste en un par de
láminas metálicas de materiales
ferromagnéticos metidas en el interior de
una cápsula que se atraen en presencia de
un campo magnético, cerrando el circuito.

20. Aplicación de los sensores magnéticos
• Para conteo, detección de nivel, control de velocidad, alarmas, detección de
movimiento, sistemas de control, puertas y ventanas.
• Puede sustituir a los finales de carrera.
• Esto es muy útil cuando interesa evitar el contacto físico, por ejemplo para
detectar el nivel de agua de un depósito sin riesgo de cortocircuitos.

21. Sensores Resistivos
• Los sensores que se basan en la variación
de la resistencia eléctrica de un dispositivo
son de los mas abundantes.
• Esto se debe a que son muchas las
magnitudes físicas que afectan al valor de
la resistencia eléctrica de un material

22. Tipos de sensores resistivos
Potenciómetro
• Un potenciómetro es un resistor con una perilla móvil deslizante o
giratorio.
• Por ejemplo un potenciómetro de 10KΩ puede tener una resistencia
variable con valores entre 0Ω y 10.000Ω.

23. Tipos de sensores resistivos
Galgas Extensiométricas
• Una galga extensiométrica es un sensor
basado en el efecto piezorresistivo. Un
esfuerzo que deforma la galga producirá
variación en su resistencia eléctrica.
• Los materiales que suelen utilizarse para
fabricar galgas son aleaciones metálicas,
como por ejemplo constantán, nicrom o
elementos semiconductores como por
ejemplo el silicio y el germanio. Es por ello
que podemos clasificar las galgas en dos
tipos: las metálicas y las semiconductoras.

24. Tipos de sensores resistivos
Detectores de temperatura resistivos
• Están basadas en la variación de la resistencia de un conductor con
respecto a la temperatura.
• La principal ventaja de este sensor es su sensibilidad (unas 10 veces
mayor que los termopares), su alta repetibilidad y exactitud en el caso
del platina y el bajo coste en el caso del cobre y níquel.

25. Tipos de sensores resistivos
Fotorresistencia
• Son conocidas como LDR (Light Dependent
Resistor) y se basan en la variación de resistencia
de un semiconductor a! incidir la luz sobre el.
• Esto es debido a que la radiación incidente en el
semiconductor comunica energía a sus electrones
que pueden llegar a saltar de la banda de valencia a
la de conducción y dando lugar a un aumento de la
conductividad o una reducción de la resistencia.

26. Sensores Ultrasónicos
• Como su nombre lo indica, los sensores ultrasónicos miden la distancia
mediante el uso de ondas ultrasónicas. El cabezal emite una onda
ultrasónica y recibe la onda reflejada que retorna desde el objeto. Los
sensores ultrasónicos miden la distancia al objeto contando el tiempo
entre la emisión y la recepción.

27. Características de los Sensores Ultrasónicos
• En un sensor ultrasónico de modelo reflectivo, un
solo oscilador emite y recibe las ondas
ultrasónicas, alternativamente.
• Rango de medición: 2cm a 450cm
• Distancia L = 1/2 × T × C
• Donde L es la distancia, T es el tiempo entre la
emisión y la recepción, y C es la velocidad del
sonido. (El valor se multiplica por 1/2 ya que T es
el tiempo de recorrido de ida y vuelta).

28. Sensores de Color
• Un sensor de color puede detectar la intensidad de luz recibida de los
colores rojo, azul y verde, respectivamente, lo cual permite determinar el
color del objeto de destino. Cuando la distancia al objetivo cambia, la
intensidad de luz recibida también lo hace.

29. Sensores de Gases MQ2, MQ3, MQ7 Y MQ135
• Los sensores de gas de la serie MQ son
sensores analógicos por lo que son fáciles de
implementar con cualquier microcontrolador.
• Estos sensores son electroquímicos y varían su
resistencia cuando se exponen a determinados
gases, internamente posee un calentador
encargado de aumentar la temperatura interna y
con esto el sensor pueda reaccionar con los
gases provocando un cambio en el valor de la
resistencia

30. Sensor de gas combustible y humo MQ-2
• Estos sensores son adecuados para detectar GLP, propano, metano,
alcohol, hidrógeno, humo. Siendo más sensible al GLP y propano.

31. Sensor de Alcohol MQ3
• Es muy sensible al alcohol y de menor sensibilidad a la bencina, también es sensible a
gases como GLP, Hexano, CO, CH4 pero con sensibilidad muy baja, la cual se puede
despreciar si hay poca concentración de estos.

32. Sensor de Monóxido de Carbono MQ7
• Este sensor es de alta sensibilidad al monóxido de carbono (CO), pero
también es sensible al H2.

33. Sensor Calidad Aire MQ135
• Se utilizan en equipos de control de calidad del aire para edificios y
oficinas, son adecuados para la detección de NH3, NOx, alcohol,
benceno, humo, CO2, etc.

34. Sensor PIR
• Un sensor infrarrojo pasivo ( o sensor PIR) es un sensor electrónico que
mide la luz infrarroja (IR) radiada de los objetos situados en su campo de
visión. Se utilizan principalmente en los detectores de movimiento
basados en PIR.

35. Sensor DHT11/21/22
• El DHT11 es un sensor digital de temperatura y humedad relativa.
Integra un sensor capacitivo de humedad y un termistor para medir el
aire circundante, y muestra los datos mediante una señal digital en el pin
de datos. Utilizado en aplicaciones académicas relacionadas al control
automático de temperatura, aire acondicionado, monitoreo ambiental en
agricultura y más.

36. Sensor LM35
• El LM35 es un sensor de temperatura. Posee un rango de trabajo desde
-55ºC hasta 150ªC. Su salida es de tipo analógica y lineal con una
pendiente de 10mV/ºC. El sensor es calibrado de fábrica a una precisión
de 0.5ºC.

37. Sensor de Ritmo Cardiaco.
• El sensor de Pulso Cardiaco es un sensor de frecuencia cardíaca plug-
and-play. Este esencialmente combina un sensor de frecuencia cardíaca
óptica simple con amplificación y circuito de cancelación de ruido por lo
que es rápido y fácil de obtener lecturas de pulso fiables.

38. Giroscopio y Acelerómetro
• El módulo Acelerómetro MPU tiene un
giroscopio de tres ejes con el que
podemos medir velocidad angular y un
acelerómetro también de 3 ejes con el
que medimos los componentes X, Y y
Z de la aceleración.
• La dirección de los ejes está indicado
en el módulo el cual hay que tener en
cuenta para no equivocarnos en el
signo de las aceleraciones.

39. Sensor de humedad del suelo
• El funcionamiento del sensor se basa en medir la resistencia entre 2 electrodos
insertados dentro del suelo, la resistencia entre los electrodos dependerá de la
humedad del suelo, por lo que para un suelo muy húmedo tendremos una
resistencia muy baja y para un suelo muy seco la resistencia será muy alta.

41. Actuadores

42. ¿Qué son los actuadores?
• Un Actuador es un dispositivo inherentemente mecánico cuya función es
proporcionar fuerza para mover o “actuar” otro dispositivo mecánico. La fuerza
que provoca el actuador proviene de tres fuentes posibles: Presión neumática,
presión hidráulica, y fuerza motriz eléctrica.
• Entre los cuales se encuentran:

43. Servomotores
• Un servomotor es un dispositivo similar a un motor
de corriente continua que tiene la capacidad de
ubicarse en cualquier posición dentro de su rango
de operación, y mantenerse estable en dicha
posición.
• Con anterioridad los servomotores no permitían
que el motor girara 360 grados, solo
aproximadamente 180; sin embargo, hoy en día
existen servomotores en los que puede ser
controlada su posición y velocidad en los 360
grados.

44. Motores paso a paso
• Un motor paso a paso es un dispositivo
electromecánico que convierte una serie de pulsos
eléctricos en desplazamientos angulares, lo que
significa que es capaz de girar una cantidad de
grados (paso o medio paso) dependiendo de sus
entradas de control
• Los motores paso a paso son ideales para la
construcción de mecanismos en donde se
requieren movimientos muy precisos.
• Estos motores poseen la habilidad de quedar
enclavados en una posición si una o más de sus
bobinas está energizada o bien total mente libres
de corriente.

45. Motorreductor
• Los motorreductores son mecanismos que regulan
la velocidad de motores eléctricos, haciéndoles
funcionar a un determinado ritmo.
• Su principal objetivo es ayudar a que se pueda
pasar de una velocidad inicial elevada a otra
menor, sin que el mecanismo se resienta.
• En electrónica se utilizan comúnmente como
motores para los carros robot.