Clasificación de Sensores Según el Parámetro Medido

Fuerza

• Strain Gauge: varía la resistencia en función de la fuerza ejercida sobre la galga (gauge).
• Piezoeléctricos: varía la carga (Q) en función de la fuerza ejercida sobre el cristal de cuarzo.
• Resistivos: varía la resistencia en función de la fuerza.
• Síncros: entregan una tensión en función del desplazamiento angular.
• Magnéticos: entregan tensión en función de la fuerza.

Presión

• Strain Gauge: varía la resistencia en función de una fuerza ejercida que es proporcional a la presión (fuerza/superficie).
• Piezoeléctricos: varía la carga (Q) en función de una fuerza ejercida que es proporcional a la presión (fuerza/superficie).
• Capacitivos: varía la capacidad en función de la presión.
• LVDT: entregan una tensión en función de un desplazamiento angular que es proporcional a una fuerza que a su vez es proporcional a la presión (fuerza/superficie).

Clasificación de Sensores Según el Parámetro Variable

Pueden ser:

• Resistivos
• Capacitivos
• Inductivos
• Generadores de tensión o de corriente
• Digitales
• Uniones p-n
• Ultrasonidos

Características Dinámicas de los Sistemas de Medida

La presencia de inercias (masas, inductancias), capacidades (eléctricas, térmicas, fluidas) y, en general, de elementos que almacenan energía, hace que la respuesta de un sensor a señales de entrada variables sea distinta a la que presenta cuando las señales de entrada son constantes. La descripción del comportamiento del sensor se hace en este caso mediante las denominadas características dinámicas: error dinámico y velocidad de respuesta.

Error Dinámico

Es la diferencia entre el valor real de una variable que cambia en el tiempo y el valor indicado por el dispositivo, suponiendo los errores estáticos iguales a cero. Si la indicación del dispositivo es logarítmica se debe analizar el comportamiento en diferentes sectores de funcionamiento.

Velocidad de Respuesta

Indica la rapidez con que el sistema de medida responde a los cambios en la variable de entrada.

Retardo

Es el tiempo que tarda el sistema de medida en indicar un cambio de la variable de entrada.

Para poder determinar las características dinámicas de un sensor, hay que aplicarle a su entrada una magnitud variable. En la práctica es suficiente, dependiendo del tipo de sensor, estudiar su respuesta frente a entradas del tipo: impulso [δ(t)], escalón [μ(t)] o rampa [r(t)]. Por ejemplo, es fácil producir un cambio de temperatura brusco, a modo de escalón; en cambio, es más fácil producir un impulso que un escalón de aceleración.

Selección de un Sensor

La selección del sensor apropiado es el paso más importante en la obtención de resultados exactos. Para ello nos debemos preguntar: ¿cuál es la cantidad física por medir?; ¿qué principio físico es el mejor para medir esta cantidad?; ¿qué exactitud se requiere en la medición?

La primera pregunta se contesta determinando el tipo y rango de la medición. Para una respuesta apropiada de la segunda se requiere que las características de entrada y salida del sensor sean compatibles con el sistema de medición y registro.

Sistemas de Medida y Características Estáticas de Sensores

Los sistemas de medida pueden ser: resistivos, capacitivos, inductivos, generadores de tensión o de corriente, digitales, de uniones p-n o de ultrasonidos.

El comportamiento de los sistemas de medida viene condicionado por el sensor empleado. Es por ello importante describir las características de los sensores. Sucede que, en la mayoría de los sistemas de medida, la variable de interés varía tan lentamente que basta con conocer las características estáticas del sensor. Los conceptos empleados para describir las características estáticas no son de aplicación exclusiva a los sensores, sino que son comunes a todo instrumento de medida.

Exactitud (Accuracy)

Es la aproximación con la cual la lectura de un instrumento se acerca al valor real de la variable medida. Para determinar la exactitud de un sensor, se varía lentamente la variable de entrada (“patrón de referencia”) y se mide la variable de salida. La representación de los valores de salida en función de los de entrada se denomina “curva de calibración”. La diferencia entre la indicación del instrumento y el verdadero valor de la magnitud medida se denomina “error absoluto” y el cociente entre el error absoluto y el verdadero valor se denomina “error relativo”. Para algunos sensores puede que se especifique un error relativo como porcentaje a fondo de escala.

El valor medido y su exactitud deben darse con valores numéricos compatibles, de forma que el resultado numérico de la medida no debe tener más cifras de las que se puedan considerar válidas a la luz de la incertidumbre sobre dicho resultado; esto significa que un resultado de la forma 20ºC ± 1ºC está expresado correctamente, mientras que la expresión 20ºC ± 0.1ºC es incorrecta (lo correcto sería indicar 20.0ºC ± 0.1ºC).

Precisión

Es el grado de concordancia entre mediciones repetidas de una misma variable, por un mismo método y en iguales condiciones. La precisión es, por tanto, una condición necesaria pero no suficiente para la exactitud.

Sensibilidad

Es la menor variación de la magnitud a medir capaz de desplazar al instrumento indicador. La sensibilidad, también llamada factor de escala, es la pendiente de la curva de calibración, que puede ser constante o no a lo largo de la escala de medida. En los sensores interesa tener una sensibilidad alta y, si es posible, constante.

Por ejemplo, para un sensor cuya salida “y” está relacionada con la entrada “x” mediante la ecuación y(x)=k.x+b, la sensibilidad S=dy/dx=k es constante. En cambio, si y(x)=kx²+b, la sensibilidad S=dy/dx=2k.x y varía a lo largo de todo el margen de medida.

Linealidad

Expresa el grado de coincidencia entre la curva de calibración y una línea recta determinada. La linealidad expresa hasta qué punto es constante la sensibilidad del sensor, pero para que un sensor sea válido no es condición indispensable que sea lineal. Con la posibilidad de incorporar un microprocesador en los sistemas de medida, interesa más la repetibilidad que la linealidad, pues siempre es posible crear una tabla conteniendo los valores de entrada que correspondan a los valores de salida detectados y luego linealizar por programa dichos valores.

Resolución

Es el incremento mínimo de la entrada para el cual se obtiene un cambio a la salida. Cuando el incremento de entrada se produce a partir de cero, se habla de umbral.

Rango y Alcance de Medición

El rango de medición son los valores mínimo y máximo de una medición y el alcance de la medición es la diferencia entre dicho mínimo y máximo.