Los codificadores de posición son dispositivos que convierten la variable desplazamiento en un valor "digital" o "casi digital". El nombre de codificador se debe a que en su estructura va implícito un sistema de codificación. Solo veremos los incrementales y los absolutos.
1.1.Codificadores incrementales.
Consta de un dispositivo con poca inercia (un disco, una barra, etc.) que está unido a la pieza cuya posición se desea determinar. Conforme la pieza se mueve, el dispositivo codificador se moverá. Este dispositivo codificador tiene una zona caracterizada por la alternancia de sectores diferenciados: huecos y rellenos, por ejemplo. De tal forma, que un elemento detector pueda ser capaz de "leer" el desplazamiento del codificador, simplemente observando el cambio de esta alternancia. Es muy simple, por lo que puede resultar muy económico.
Por tanto tiene como ventajas:
Por tanto tiene como ventajas:
a. Muy simple.
b. Se requiere de pocos recursos para su implementación.
c. No necesita dispositivos de alta tecnología.
b. Se requiere de pocos recursos para su implementación.
c. No necesita dispositivos de alta tecnología.
Desventajas
a. La resolución está limitada por el número de marcas alternadas en el dispositivo codificador. En el caso de un disco utilizado como el mostrado en la figura, y utilizado para medir desplazamiento angular, la anchura entre marcas X expresada en función de la resolución (dada por el número de bits "n" sobre la rotación completa de la pieza "2*3.14r", donde "r" es el radio) es:
X= 2*3.14r/2^n
a. Como se requiere de un circuito que "cuente" las alternancias, un fallo eléctrico, ocasionará la pérdida de la información.
b. El circuito puede complicarse ante la necesidad de detectar el sentido de giro de la pieza.
b. El circuito puede complicarse ante la necesidad de detectar el sentido de giro de la pieza.
1.2 Codificadores absolutos.
Este tipo de codificador entrega directamente una salida codificada. Cada pista representa un bit de salida, siendo la pista interior la del bit de mayor peso.
Para detectar se suele utilizar los del tipo óptico, los cuales permiten una mejor resolución y son sin contacto.
Con respecto a los codificadores incrementales tienen la ventaja de no perderse la cuenta contra fallos eléctricos, pero tienen la desventaja de ser más complejos.
Para detectar se suele utilizar los del tipo óptico, los cuales permiten una mejor resolución y son sin contacto.
Con respecto a los codificadores incrementales tienen la ventaja de no perderse la cuenta contra fallos eléctricos, pero tienen la desventaja de ser más complejos.
2. SENSORES AUTORRESONANTES
Los sensores basados en un fenómeno físico resonante ofrecen una frecuencia de salida que depende de una magnitud de interés que afecta a la frecuencia de oscilación.
Por tanto requieren un frecuencímetro o contador para medir la frecuencia, o el periodo de la oscilación.
Pueden usarse resonadores armónicos o de relajación.
El problema básico de estos dispositivos es que las derivas temporales se deben a cambios estructurales en el cuarzo debido a imperfecciones en la estructura cristalina, a las tensiones mecánicas ejercidas por los soportes sobre el cuarzo; y a los cambios de la masa del cristal por absorción o desorción de contaminantes dentro del encapsulado.
Los sensores basados en un fenómeno físico resonante ofrecen una frecuencia de salida que depende de una magnitud de interés que afecta a la frecuencia de oscilación.
Por tanto requieren un frecuencímetro o contador para medir la frecuencia, o el periodo de la oscilación.
Pueden usarse resonadores armónicos o de relajación.
El problema básico de estos dispositivos es que las derivas temporales se deben a cambios estructurales en el cuarzo debido a imperfecciones en la estructura cristalina, a las tensiones mecánicas ejercidas por los soportes sobre el cuarzo; y a los cambios de la masa del cristal por absorción o desorción de contaminantes dentro del encapsulado.
2.1 Basados en resonadores de cuarzo.
a) Termómetros digitales de cuarzo: Los cristales tienen una oscilación que depende de la temperatura
b) Microbalanzas: Si sobre un cristal de cuarzo dispuesto en un oscilador se deposita una pequeña masa, la frecuencia de resonancia se reduce
2.2 Caudalímetros de vórtices.
La detección de la presencia de oscilaciones en el flujo de un fluido permite obtener también una señal de frecuencia variable, pues dependen de la velocidad del fluido.
En el caso de líquidos lo que se hace es introducir dentro del conducto un objeto no aerodinámico: al desprenderse la capa de flujo en contacto con el objeto, aguas debajo de este se forman unos torbellinos o vórtices de Karman.
Se detectan normalmente mediante ultrasonidos cuya intensidad queda mas o menos atenuada. Si este tiene el perfil adecuado, se puede lograr que la frecuencia de los torbellinos sea proporcional a la velocidad del flujo.
La detección de la presencia de oscilaciones en el flujo de un fluido permite obtener también una señal de frecuencia variable, pues dependen de la velocidad del fluido.
En el caso de líquidos lo que se hace es introducir dentro del conducto un objeto no aerodinámico: al desprenderse la capa de flujo en contacto con el objeto, aguas debajo de este se forman unos torbellinos o vórtices de Karman.
Se detectan normalmente mediante ultrasonidos cuya intensidad queda mas o menos atenuada. Si este tiene el perfil adecuado, se puede lograr que la frecuencia de los torbellinos sea proporcional a la velocidad del flujo.
3. OTROS METODOS DE DETECCION
Como se mencionó en un principio, los otros métodos de detección se basan en técnicas no descritas en los apartados anteriores, pero, aunque no necesariamente representan sensores digitales, deben ser comentados.
- Basado en uniones semiconductoras.
Este tipo de sensores, como dice su nombre, está basado en uniones P-N.
Ya en temas anteriores se han vistos sensores basados en materiales semiconductores, como los termistores, efecto Hall, etc. Ahora se verán algunos adicionales que no entran en la clasificación anterior.
La ventaja de atacar este tipo de dispositivos es el coste reducido que representan y la posibilidad de integrarlos dentro de un sistema mas complejo.
Ya en temas anteriores se han vistos sensores basados en materiales semiconductores, como los termistores, efecto Hall, etc. Ahora se verán algunos adicionales que no entran en la clasificación anterior.
La ventaja de atacar este tipo de dispositivos es el coste reducido que representan y la posibilidad de integrarlos dentro de un sistema mas complejo.
a. Termómetros.
Los termómetros basados en diodos semiconductores es la aplicación más simple de las uniones semiconductoras en sensores. Como todos sabéis, los diodos semiconductores, al igual que todos los materiales semiconductores, dependen de la temperatura.
b. Fotodiodos y fototransistores.
La celda fotoeléctrica es un ejemplo de sensor basado en uniones semiconductoras. Si se quiere detectar el color de la luz se suelen usar filtros previo a la señal que le llega. Y el color se determina midiendo la corriente generada.
La celda fotoeléctrica es un ejemplo de sensor basado en uniones semiconductoras. Si se quiere detectar el color de la luz se suelen usar filtros previo a la señal que le llega. Y el color se determina midiendo la corriente generada.
- Basados en ultrasonidos
El ultrasonido es una radiación mecánica de frecuencia superior a la audible (20 kHz).
Tiene las ventajas de ser no invasivo (pues puede penetrar sin romper), fácil de instalar y mantener. Aunque esto último se refiere a equipos terminados.
La aplicación de este tipo de sensores está asociada a lo que se mida: su velocidad, el tiempo de propagación o la atenuación que sufra la señal.
La aplicación de este tipo de sensores está asociada a lo que se mida: su velocidad, el tiempo de propagación o la atenuación que sufra la señal.
a. Caudalímetro de efecto doppler.
Debe su nombre al efecto Doppler, descubierto por C. Doppler en 1843, y que consisten en el cambio de frecuencia que sufre una radiación, cuando se refleja en un reflector móvil respecto al emisor de la radiación.
La ecuación que describe el fenómeno es:
Debe su nombre al efecto Doppler, descubierto por C. Doppler en 1843, y que consisten en el cambio de frecuencia que sufre una radiación, cuando se refleja en un reflector móvil respecto al emisor de la radiación.
La ecuación que describe el fenómeno es:
donde:fe = frecuencia emitida
fr = frecuencia recibida
v = velocidad del fluido
c = velocidad de propagación de la radiación.
Alfa = ángulo relativo entre la velocidad y la dirección de propagación.
En la figura un ejemplo ilustrativo.
La limitación en este caso es que el reflector debe ser 10 % mayor a la longitud de onda de la radiación. Los reflectores pueden ser las burbujas de aire en el líquido o los sólidos en suspención..No sirve para fluidos limpios, sin burbujas
b. caudalímetro de tiempo en tránsito.
Este caso es el alternativo al anterior para cuando el fluido es limpio. Para ello se mide el tiempo que tarda la radiación en atravesar el fluido. Este tiempo es proporcional a la velocidad del fluido. Veamos
por lo que
donde C es la velocidad de propagación de la radiación, y V es la velocidad del fluido.Si la velocidad de la radiación es mucho mayor que V.cos(a) (algo usual), la ecuación anterior se aproxima a:
c. Medidor de nivelLa medición de nivel es muy simple, ya que se puede usar tanto un sensor sumergido o por arriba. En ambos casos, se trabaja con la reflexión ocasionada por el cambio de medio. Luego lo que se tiene que medir es el tiempo que tarda en ir y venir la radiación.
Basado en fibras ópticas.
Se puede decir que este tipo de sensores nace en 1977 y tienen como ventajas.
a. Mayor sensibilidad.
b. Versátiles.
c. Pueden medir múltiples magnitudes físicas y químicas.
d. Tolerante a condiciones difíciles.
El problema básico es que aun resultan costosos.
La estructura general puede describirse como:
Se puede decir que este tipo de sensores nace en 1977 y tienen como ventajas.
a. Mayor sensibilidad.
b. Versátiles.
c. Pueden medir múltiples magnitudes físicas y químicas.
d. Tolerante a condiciones difíciles.
El problema básico es que aun resultan costosos.
La estructura general puede describirse como:
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