Sensormanía: ¿Qué es un sensor? Clasificación y características

Iniciemos esta gran aventura en Sensormanía, estableciendo una definición de nuestro actor principal “El Sensor”, juntos iremos avanzando en el funcionamiento de este componente electrónico e iremos haciendo circuitos de ejemplos, donde, en conjunto con Arduino, analizaremos todo los tipos de sensores y a prenderás a utilizarlos.

 

¿Qué es un sensor?

Al leer la palabra sensor, seguramente piensas en algo que está relacionado con el hecho de percibir o sentir algún tipo de señal física del entorno y, no estás del todo equivocado, ya que la palabra deriva del latín sensus, se abrevia sens y, significa sentido, por lo tanto

Definiremos a un sensor como aquel instrumento o dispositivo que detecta o siente una variable física específica a la que se le suele llamar señal de entrada y que la convierte para ser transmitida en valores medibles de dicha variable tendiendo así lo que se conoce como señal de salida.

Su funcionamiento se basa en los principios de transducción, mismos que te explicaremos un poco más adelante, por lo tanto, no dejes de leer este fascinante artículo.

 

Tipos de sensores

Siguiendo con el tema, hemos definido hasta este momento a grosso modo qué es un sensor, ahora mencionaremos que existe una gran variedad de tipos de sensores, que serán clasificados con base en diferentes criterios como, por ejemplo:

• Principio físico de funcionamiento
• Tipo de variable física captada
• Energía requerida o generada
• Etc.

Sin lugar a dudas, tenemos una amplia clasificación de sensores, pero si una categorización tan meticulosa de los mismos no fuera el objetivo primordial ¿Cómo sabríamos que estamos hablando de un sensor? ¿existirán acaso características generales para todos ellos?  La respuesta es un sí, tal como seguramente lo pensaste y a continuación podrás leer algunos de esos aspectos que deben ser considerados en la elaboración de un sensor.

 

Características generales de un sensor

Fabricar un sensor es una actividad que no debe ser tomada a la ligera, ya que para que el producto final cubra las expectativas para las cuales ha sido creado, el fabricante debe considerar durante la elaboración de cada sensor que:

• El dispositivo pueden ser de carácter estático, es decir, no cambiarán con el tiempo
• O bien, dinámico, que se refiere a aquellas características que si cambiarán con el tiempo.

Si yo leyera lo anterior diría ¿Qué? Pues para que quede mas claro vamos a profundizar un poco más.

 

Características estáticas de los sensores

Dentro de estas tenemos:

• Capacidad de repetir una medida de una misma variable física en “n” replicas bajo las mismas condiciones se conoce como precisión.
• El desplazamiento en el eje y de la curva de salida es llamado offset.
• El rango o intervalo mínimo y máximo, tanto para la señal captada como para los valores medibles que transmite.
• El registro del cambio más pequeño en la variable física es la resolución.
• La Exactitud que hace referencia a la diferencia máxima entre la salida actual del sensor y el valor real de la variable captada.
• La entrada mínima necesaria para obtener una salida que sea detectada es la sensibilidad.
• La linealidad estática, que no es más que la desviación que presenta el sensor entre la curva proporcionada por el fabricante con aspectos controlados y la curva de salida actual.
• Extensión, es la diferencia entre el valor máximo de la entrada y el valor mínimo.
• Y finalmente a la posibilidad que existe de cometer algún error durante la medición de una variable que está siendo cuantificada será el error estático.

Creo que ahora si se comprende un poco mejor, ahora pasemos a las dinámicas.

 

Características dinámicas de los sensores

Enseguida te mencionamos las características dinámicas de un sensor

• La capacidad que tiene el sensor de seguir de manera correcta la curva de salida dada por el fabricante, aun cuando la variable física tenga cambios rápidos e imprevistos es la linealidad dinámica.
• El lapso que transcurre desde que la variable a medir presenta cambios y estos son registrados es el tiempo de respuesta.
• El tiempo que tarda en responder un sensor respecto a los cambios aplicados en la entrada se conoce como Constante de tiempo o también llamado inercia del sensor.
• La diferencia entre la señal física captada que promueve el cambio en la salida del sensor a modo activo (punto de operación) y el momento en el cual la señal física ya no es percibida y por lo tanto la salida del sensor pasa a modo desactivado (punto de liberación) es llamada histéresis.
• El tiempo que se necesita para que la salida llegue a un porcentaje especifico y estable se conoce como tiempo de levantamiento.
• Por ultimo, cuando hablamos del tiempo que tarda la salida del sensor en alcanzar un porcentaje o valor determinado se llama tiempo de asentamiento.

Como habrás notado existe una gran cantidad de características comunes a un sensor y evidentemente no son los únicos aspectos que son tomados en cuenta para la elaboración del mismo, pero estamos seguros que los que te hemos mencionado te permitirán tener un mayor conocimiento general acerca de las características que debe tener un sensor, independientemente de la clasificación en la que se encuentre. A continuación, enlistaremos algunas de las clasificaciones más usadas.

 

Clasificación de los sensores

Si habías creído que las características que deben ser tomadas en cuenta para la elaboración de un sensor es la única actividad difícil dentro de éste fascinante mundo de los sensores, lamentamos decirte que la clasificación, es otra tarea que también requiere de muchas particularidades que deben ser consideras para poder realizarla. Siendo las clasificaciones más comunes aquellas que se basan en:

• El principio de transducción de su funcionamiento, que está relacionado con el transductor que tiene el sensor y cuya finalidad es convertir la variable física captada en otra de dominio diferente. Los principios más conocidos son:
  • Piezoresistivo:  es la relación entre la resistencia eléctrica y la deformación.
  • Capacitivo: convierten un cambio de la variable física medida en un cambio de capacitancia y para ello se requiere de una estructura que tenga uno o más capacitores, mismos que estarán formados básicamente por dos electrodos separados por un dieléctrico.
  • Piezoeléctrico: se basa en la particularidad que tienen algunos materiales que son capaces de producir una carga eléctrica al ejercer una presión externa sobre estos, es decir, en la relación entre la electricidad y la presión
• Ultrasónico: este tipo de principio además de utilizar el efecto Doppler como base necesita de un transductor piezoeléctrico ya que consiste en la conversión de la energía mecánica que tiene una onda ultrasónica en otro tipo de energía.
• Magnético: puede tener como base
  • Efecto Hall; para lo cual será necesario que un imán permanente y una placa conductora generen un campo magnético en corriente directa.
  • La Ley Faraday: requiere de un elemento llamado inductor y tiene como fundamento la interacción entre un campo magnético y un material ferroso. El campo magnético es generado por un imán permanente y una bobina.
  • Corrientes de Foucault: la oposición de una bobina al paso de corriente alterna (impedancia) cambiará de manera significativa dependiendo de cómo sea su entorno y provocando así las corrientes de Foucault en el material próximo a la bobina.
• Térmico: La variable de la temperatura resulta ser muy importante debido a que constituye una medida de la cantidad de calor que tiene un objeto determinado, sin embargo, correlacionar la temperatura con algún otro tipo de domino es muy diverso, teniendo así:
  • El efecto Joule para relacionar el calor generado y el flujo de corriente en un conductor.
  • Relaciones de Thomson: Son el efecto Seebeck, efecto Peltier y efecto de Thomsom y son empleadas para describir fenómenos termoeléctricos que, de acuerdo con las leyes de la termodinámica, para que el calor emitido por un sistema pueda ser convertido en energía eléctrica, es indispensable que exista una disparidad de la variable temperatura entre el sistema y una referencia.
• Fotoeléctrico: se define como la conversión de luz a una señal eléctrica.
• Químico-eléctrico: considera que la señal eléctrica cambiará debido a una actividad química.
• Resistivo: su fundamento radica en el cambio de resistencia presente, mismo que dependerá del volumen de cada material que se encuentre en ese momento.

 

Tipo de variable física captada por sensores

Es probablemente la clasificación más conocida, pero también la que puede resultar más compleja y confusa, ya que un mismo sensor puede ser empleado para captar diferentes variables y tener el mismo principio de transducción de funcionamiento. ¿Cómo es posible? Gracias a una configuración que puede ser manipulada y a la correcta interpretación de la señal de salida.

En seguida te mencionamos los nombres de algunos sensores con base en este criterio de clasificación:

• Biométricos
• De aceleración
• De color
• De corriente
• De deformación
• De flujo
• De fuerza
• De gas
• De humedad
• De luz
• De nivel
• De pH
• De posición
• De presión
• De proximidad
• De temperatura
• De velocidad
• De visión

Por el aporte de energía pueden ser:

• Pasivos o moduladores, es decir, la energía de la señal de salida procede en su mayor porcentaje de una fuente auxiliar
• Activos o generadores, la energía de la salida es aportada por la entrada.

Por el tipo de señal de salida:

• Analógicos, la salida varía de manera continua.
• Digitales, la salida varía de manera discreta.

 

¿Cómo seleccionar un sensor?

Es una pregunta con muchas posibilidades, ya que depende del tipo de aplicación en la que estamos trabajando, no obstante, aquí te dejo algunas recomendaciones:

• Lo primero es tener muy claro el tipo de medición que deseas sensar.
• Por otra parte, de igual forma debes tener en cuenta el tipo de salida ya que dependerá a que circuito de control lo vas a conectar.
• Otro aspecto relevante es tener en cuenta las características propias de los sensores:
  • Intervalo
  • Exactitud
  • Linealidad
  • Velocidad de respuesta
  • Confiabilidad
  • Disponibilidad
  • Y sobre todo el costo

Y si algo se me ha escapado, yo creo que repasando toda la información que te he dado anterior mente podrás identificar alguna otra característica importante que debes considerar.

Hemos llegado al final de este artículo esperando haya sido de tu entero agrado e interés y que al igual que yo quieras seguir conociendo más del fascinante mundo de los sensores, por lo que te invito a que te suscribas a mi página ya que próximamente, estaremos subiendo un nuevo post que no te puedes perder. De igual manera síguenos en nuestras redes sociales y déjanos saber a través de un comentario de que tema te gustaría tratará el siguiente artículo.