1. Potenciómetro
Principio físico: variación de resistencia por desplazamiento mecánico del cursor.
Cómo funciona: un cursor se mueve sobre una resistencia fija y la divide en dos partes. Si se alimenta con tensión continua, funciona como divisor de tensión. La tensión de salida depende de la posición del cursor.
Vo ≈ xVi
Aplicación: medida de posición lineal o angular, nivel o presión si se convierte en desplazamiento.
Problemas: rozamiento, desgaste, vibraciones, autocalentamiento.
2. Galga extensiométrica
Principio físico: variación de resistencia cuando un conductor se deforma.
Cómo funciona: al estirar una galga aumenta su longitud y disminuye su sección, por tanto cambia su resistencia. Se pega sobre una pieza; cuando la pieza se deforma, la galga también.
ε = ΔL / L
ΔR / R = Kε
Aplicación: células de carga, medida de fuerza, peso, presión o deformación.
3. Sensor piezoeléctrico
Principio físico: efecto piezoeléctrico directo: ciertos materiales generan carga eléctrica al ser deformados mecánicamente.
Cómo funciona: al aplicar una fuerza, presión o aceleración sobre el cristal, aparecen cargas opuestas en sus caras. Esa carga se convierte en tensión mediante un amplificador de carga.
q = kF
V = q / C
Material típico: cuarzo, turmalina, sal de Rochelle o materiales cerámicos como PZT.
Aplicación: medida de vibraciones, golpes, aceleración o presión dinámica.
Nota importante: solo sirve bien para medidas dinámicas, no para medir fuerzas constantes durante mucho tiempo, porque la carga se fuga.
4. Sensores basados en la reversibilidad piezoeléctrica
Principio físico: efecto piezoeléctrico inverso. Si aplicas tensión eléctrica a un material piezoeléctrico, este se deforma o vibra.
Cómo funcionan: se aplica una señal eléctrica alterna al cristal piezoeléctrico. El material se expande y contrae rápidamente, generando ondas mecánicas o ultrasonidos.
Aplicación: emisores ultrasónicos, actuadores piezoeléctricos, zumbadores, inyectores, posicionadores de precisión.
Concepto clave: “El efecto piezoeléctrico es reversible: una fuerza genera carga eléctrica, y una tensión eléctrica genera deformación mecánica.”
5. Sensor capacitivo
Principio físico: variación de capacidad eléctrica.
Cómo funciona: un condensador cambia su capacidad si varía la distancia entre placas, el área enfrentada o el dieléctrico.
C = (εA) / d
Aplicación: medida de desplazamiento, presión, nivel, humedad o aceleración.
Ventaja: detecta desplazamientos muy pequeños.
Problema: capacidades parásitas, cables, humedad y ruido.
6. Sensor inductivo / LVDT
Principio físico: inducción electromagnética y variación del acoplamiento magnético.
Cómo funciona: tiene una bobina primaria excitada en alterna y dos secundarias. Un núcleo móvil cambia el acoplamiento con cada secundaria. En el centro las tensiones son iguales y la salida es cero. Si el núcleo se mueve, una tensión aumenta y la otra disminuye.
Vo = VA – VB
Aplicación: medida precisa de desplazamiento lineal.
Clave: la fase indica el sentido del movimiento.
7. Detector inductivo de proximidad
Principio físico: variación del campo electromagnético por presencia de metal.
Cómo funciona: una bobina genera un campo alterno. Si se acerca un objeto metálico, aparecen corrientes parásitas en el metal, se absorbe energía y cambia la oscilación. El circuito detecta ese cambio y conmuta la salida.
Aplicación: detección de piezas metálicas en industria.
Ventaja: no necesita contacto y aguanta suciedad.
Limitación: solo detecta metales y a poca distancia.
8. Sensor Hall
Principio físico: efecto Hall.
Cómo funciona: por una lámina circula corriente. Si aparece un campo magnético perpendicular, la fuerza de Lorentz desvía los electrones hacia un lado. Se acumulan cargas y aparece una tensión transversal llamada tensión Hall.
VH = (RHIB) / t
Aplicación: medida de posición, velocidad, corriente eléctrica o detección de imanes.
Tipos:
- Hall lineal: salida proporcional al campo magnético.
- Hall digital: conmuta con histéresis usando un Schmitt Trigger.
9. Sensor óptico / fotodiodo
Principio físico: efecto fotoeléctrico interno.
Cómo funciona: la luz incide sobre una unión semiconductor PN y genera pares electrón-hueco. Eso produce una corriente proporcional a la luz recibida.
Aplicación: barreras ópticas, encoders, detección de presencia, medida de luz.
10. Fototransistor
Principio físico: igual que el fotodiodo, pero con amplificación por transistor.
Cómo funciona: la luz genera una corriente de base equivalente, y el transistor la amplifica en el colector.
ic = βifp
Aplicación: sensores de barrera, detectores ópticos, finales de carrera sin contacto.
Ventaja: más sensible que el fotodiodo.
Desventaja: más lento.
11. Ultrasonidos
Principio físico: propagación de ondas mecánicas de frecuencia superior a 20 kHz.
Cómo funciona: un emisor lanza un pulso ultrasónico. El pulso rebota en un objeto y vuelve al receptor. Midiendo el tiempo de ida y vuelta se calcula la distancia.
d = (ct) / 2
Aplicación: medida de distancia, nivel, detección de objetos, medicina, detección de fallos.
Importante: la velocidad del sonido depende del medio y de la temperatura.
12. Sincro
Principio físico: acoplamiento electromagnético variable con el ángulo.
Cómo funciona: el rotor se excita con una señal alterna y el estator tiene tres bobinados separados 120°. Según el ángulo del rotor, se inducen tensiones distintas en las bobinas del estator.
Aplicación: medida o transmisión de posición angular.
13. Resolver
Principio físico: inducción electromagnética con dos señales en cuadratura.
Cómo funciona: genera dos tensiones proporcionales a seno y coseno del ángulo.
Vs ∝ sinθ
Vc ∝ cosθ
Aplicación: medida precisa de posición angular en motores, servos y sistemas industriales.
14. Termistor NTC/PTC
Principio físico: variación de resistencia con temperatura en un semiconductor.
Cómo funciona: en una NTC, al subir la temperatura aumenta el número de portadores libres, por tanto aumenta la conductividad y baja la resistencia. En una PTC ocurre lo contrario dentro de su rango.
Aplicación: medida de temperatura, protección contra sobrecorriente, alarmas térmicas.
Clave examen: NTC = sube T, baja R.
15. RTD / Pt100
Principio físico: variación de resistencia de un metal con la temperatura.
Cómo funciona: al subir la temperatura, los átomos del metal vibran más y dificultan el paso de electrones, por tanto aumenta la resistencia.
R(T) = R0(1 + αT)
Pt100: 100 Ω a 0 °C.
Aplicación: medida precisa de temperatura industrial.
Ventaja: muy estable y más lineal que un termopar.
16. Termopar
Principio físico: efecto Seebeck.
Cómo funciona: dos metales distintos unidos generan una tensión cuando existe diferencia de temperatura entre la unión caliente y la unión fría.
V = S(Tc – Tf)
Importante: no mide temperatura absoluta, mide diferencia de temperatura. Por eso necesita compensación de unión fría.
Aplicación: medida de temperaturas altas en hornos, motores, procesos industriales.
17. LM35 / sensor semiconductor
Principio físico: dependencia de la tensión de una unión semiconductor con la temperatura.
Cómo funciona: internamente usa transistores y entrega una señal proporcional a la temperatura.
Vo = 10mV/°C
Aplicación: medida sencilla de temperatura con microcontroladores.