Cualquiera que sea el proceso de toma de decisiones es necesario conocer la información sobre el estado del sistema y de los parámetros que influyen en él. Para las personas, esta información es proporcionada por los sentidos humanos. En tecnología, para obtener una información acerca de cualquier parámetro, utilizamos sensores o transductores, que son capaces de medir ciertas cantidades físicas o técnicas y los convierten en señales, que se pueden transmitir a través de largas distancias y tratarse en los sistemas de medición o de control. Los sistemas de control realizan la evaluación de la información y son capaces de transmitir otras señales a los actuadores. La información puede ser arrastrada por piezas mecánicas, gas o líquido, pero en la mayoría de las aplicaciones se utiliza la señal eléctrica, y por lo tanto nos referiremos a las señales eléctricas en el siguiente texto.
Un sensor es, básicamente, un instrumento de medición que convierte la cantidad medida en una señal eléctrica binaria o analógica, que puede ser evaluada.
Un parámetro importante de cada sensor es su sensibilidad y su rango de medición. Es crucial para los sensores que su diseño afecte al valor medido de la magnitud física correspondiente. Debido a esta condición, los sensores son cada vez más pequeños y de mayor sensibilidad. El progreso tecnológico permite la producción de sensores en una escala microscópica, como microsensores utilizando MEMS (sistemas microelectromecánicos). En la mayoría de los casos, los microsensores proporcionan significativamente mayor regeneración de la señal y sensibilidad en comparación con enfoques macroscópicos. Recientemente, la tecnología NEMS (sistemas nanoelectromecánicos ) ha sido también introducida en los mercados.
En los edificios hay sensores que proporcionan información de entrada a un circuito lógico o controlador de estado. Los siguientes sensores son los más comunes:
Los diferentes tipos de lectores de control de acceso (chip o tarjeta inteligente, lector de huellas digitales, lectores biométricos, etc.).
Barreras de luz que interrumpen el funcionamiento de las máquinas si cualquier objeto o persona entra en la zona de trabajo de la máquina.
Contactos electromagnéticos para puertas y ventanas, que determinan su estado. Plantean una alarma cuando se detecta la apertura no autorizada o cuando las puertas no están cerradas en el intervalo de tiempo prescrito. Los sensores forman parte de los sistemas de seguridad electrónicos.
Las alarmas de incendio y detectores de humo, que son una parte de los sistemas de protección contra incendios.
Escáneres electromagnéticos, que son una parte de la protección contra los ladrones de tiendas o impiden a las personas armadas entrar en las áreas restringidas.
Los sensores de movimiento, que se utilizan con mayor frecuencia para la iluminación automática o para sistemas de seguridad.
En los edificios también hay sensores que se utilizan para la medida de magnitudes físicas y se transducen a señales eléctricas, que son llevados a las entradas de lógica de control. Con respecto al principio físico de medición, los siguientes tipos de sensores son los más comunes:
Cualquier material cambia su resistencia eléctrica en función de la temperatura. Este principio se utiliza para medir la temperatura de un termómetro de resistencia, llamados también detectores de temperatura de resistencia (RTD). Debido a que el termómetro de resistencia es, en principio, un elemento pasivo, es necesaria una fuente de alimentación para operar al mismo.
Un termómetro de resistencia es básicamente un alambre o una resistencia de capas. Se utilizan materiales con características favorables, tales como el níquel (Ni) o platino (Pt). El etiquetado de los sensores en el mercado se compone de símbolos químicos y números, por ejemplo: Pt100 - que significa un sensor de platino, que tiene una resistencia eléctrica de 100 Ω a 0 ° C.
El cambio de resistencia eléctrica es directamente proporcional a la temperatura. Para el platino, un cambio de la temperatura de 3 ° C corresponde a 1 Ω de cambio de resistencia. Para el níquel, el cambio es dos veces mayor, y por lo tanto 3 ° C de cambio de temperatura corresponden a 2 Ω de cambio de resistencia. Los termómetros de platino se utilizan en el rango de entre -220 ° C y 900 ° C; la gama de termómetros de níquel es más pequeña, de -60 ° C a 180 ° C.
El efecto termoeléctrico es un proceso físico que genera tensión como conversión directa de las diferencias de temperatura en una unión de dos metales, y viceversa. La conexión de dos metales diferentes se llama un termopar, y es un sensor activo (es decir, que genera electricidad).
Un termopar está construido como una combinación de dos metales, ya sea de hierro (Fe) y constantan (una aleación de cobre y níquel en una relación de normalmente 55% de cobre y 45% de níquel) para temperaturas desde -220 ° C a 750 ° C, o platino (Pt) y rodio (Rh) para la medición de temperaturas de 0 ° C a 1600 ° C. Debido al gran rango de medición y capacidad de medir altas temperaturas, los termopares son ampliamente utilizados en cámaras de combustión de centrales eléctricas. Debido a la baja tensión generada (varios mV / K), es necesario añadir un amplificador para el circuito de medición.
Para evitar la creación de otro sensor termopar en el circuito, es necesario conectar el sensor con conductores hechos del mismo material y añadir una resistencia de compensación al circuito.
Para obtener una medición estable, la configuración estándar de un termopar contiene la unión de referencia, que es, de hecho, otro termopar colocado en el medio ambiente con la temperatura de referencia, por ejemplo, 20 ° C. Entonces, el valor medido es la diferencia de temperatura entre la medida y la localización de referencia. El circuito de medición contiene un amplificador y un voltímetro - ver Fig. 6.
Esto es de nuevo una medida de resistencia eléctrica dependiente de la temperatura, pero en este caso se utilizan materiales semiconductores. El rango de medición es de -50 ° C a 180 ° C. Estos sensores son llamados termistores. Los termistores se clasifican en dos tipos - NTC (coeficiente negativo de temperatura) y PTC (coeficiente de temperatura positivo) termistores. Los termistores NTC tienen una tendencia negativa de las características, lo que significa que la resistencia eléctrica disminuye al aumentar la temperatura. Los termistores PTC, por el contrario, tienen una tendencia positiva, lo que significa que al aumentar la temperatura la resistencia eléctrica aumenta también.
La ventaja de estos sensores es que presentan un tiempo de respuesta menor y una sensibilidad más alta (alrededor de 20 veces) en comparación con los sensores de RTD.
Los datos medidos pueden ser influenciados sustancialmente por el posicionamiento del sensor. La temperatura medida depende también del tipo de objeto o medios de comunicación, en el que se realiza la medición. En primer lugar, la medición no debe estar influenciada por factores externos, que pueden ser de muchos tipos - por ejemplo, el enfriamiento no deseado del termómetro, influencia de la medición por la luz solar directa, la colocación incorrecta en la corriente de un medio, etc.
Los instrumentos de medida de tensión se llaman manómetros. La medición de la presión no se proporciona directamente, es necesario convertir la presión a otra cantidad física. La presión puede ser convertida en desplazamiento de líquidos en tubos manométricos, o en la deformación del elemento de medición, que hace que el cambio de los parámetros eléctricos u ópticos se pueda medir. La cantidad de presión a continuación, se corresponde con el desplazamiento o deformación del elemento de medición.
Hoy en día, el método más común de medición de la presión es medir la deformación de una galga de presión que está equipada con indicador de tensión.