Tipos de sensores con sus diagramas de circuito.

Generalmente, utilizamos cuadros de distribución de pared convencionales para encender dispositivos industriales o electrodomésticos como ventiladores, refrigeradores, motores industriales, etc. Pero, es muy difícil activar los interruptores regularmente. Así, se desarrollan sistemas domóticos y de automatización industrial para facilitar el control de todas las cargas eléctricas y electrónicas requeridas. Esta automatización en un sistema eléctrico se puede diseñar utilizando diferentes tipos de sensores y circuitos de sensores. Por lo tanto, este artículo brinda una descripción completa de lo que es un sensor, diferentes tipos, principios y diagramas de circuitos.

¿Qué es el sensor?

Un dispositivo que da salida al detectar cambios en cantidades o eventos se puede definir como un sensor. En general, se hace referencia a los sensores como dispositivos que generan una señal eléctrica o una señal de salida óptica correspondiente a los cambios en el nivel de las entradas. Hay diferentes tipos de sensores, por ejemplo, considere un termopar que se puede considerar como un sensor de temperatura que produce un voltaje de salida basado en cambios en la temperatura de entrada.

Se pueden observar muchos tipos de sensores en muchos campos empleados para diversas aplicaciones. Considere algunos de los tipos de sensores.

Diferentes tipos de sensores en electrónica.

En nuestro día a día estamos acostumbrados a implementar con frecuencia diferentes tipos de sensores en nuestros sistemas eléctricos tales como dispositivos eléctricos y electrónicos, sistemas de control de cargas, domótica o automatización industrial, etc.

Todos los tipos de sensores se pueden clasificar básicamente en sensores analógicos y sensores digitales. Sin embargo, existen algunos tipos de sensores, como sensores de temperatura, sensores infrarrojos, sensores ultrasónicos, sensores de presión, sensores de proximidad y sensores táctiles que se utilizan con frecuencia en la mayoría de las aplicaciones electrónicas.

1. Sensor de temperatura
2. Sensor infrarojo
3. Sensor ultrasónico
4. Sensor tactil
5. Sensores de proximidad
6. Sensor de presión
7. Sensores de nivel
8. Detectores de humo y gas

Sensor de temperatura

La temperatura es una de las magnitudes ambientales más comúnmente medidas por diferentes razones. Hay diferentes tipos de sensores de temperatura que pueden medir la temperatura, como termopares, termistores, sensores de temperatura de estado sólido, detectores de temperatura de resistencia (RTD), etc. Dependiendo de los requisitos, se utilizan diferentes tipos de sensores para medir la temperatura en diferentes aplicaciones.

Circuito del sensor de temperatura

Se puede usar un sensor de temperatura simple con el circuito para encender o apagar la carga a una temperatura específica que es detectada por el sensor de temperatura (aquí se usa un termistor). El circuito consta de batería, termistor, transistores y relé que están conectados como se muestra en la figura.

El relé es activado por el sensor de temperatura al detectar la temperatura deseada. Por lo tanto, el relé enciende la carga conectada a él (la carga puede ser CA o CC). Podemos usar este circuito para controlar automáticamente el ventilador en función de la temperatura.

Aplicación práctica del sensor de temperatura

Considere principalmente sensores de temperatura que nuevamente se clasifican en diferentes tipos de sensores, como termistores, sensores de temperatura digitales, etc.

El controlador de temperatura digital programable es un proyecto electrónico práctico basado en un sistema integrado, está diseñado y se utiliza para controlar la temperatura de cualquier dispositivo de acuerdo con los requisitos de las aplicaciones industriales. El kit de circuito del sensor de temperatura digital se muestra en la siguiente figura.

El diagrama de bloques del circuito del proyecto se puede representar de la siguiente manera con diferentes bloques como se muestra en la figura.

La fuente de alimentación consta de una fuente de alimentación de 230 V CA, un transformador reductor para reducir el voltaje, un rectificador para rectificar el voltaje de CA a CC, un regulador de voltaje para mantener constante un voltaje de salida continuo para dar una entrada al proyecto circuito.

La pantalla LCD está interconectada con microcontroladores 8051 para mostrar lecturas de temperatura en el rango de -55 °C a +125 °C. El sensor de temperatura digital DS1621 IC se utiliza para proporcionar lecturas de temperatura de 9 bits al microcontrolador.

La memoria EEPROM no volátil se utiliza para almacenar los ajustes de temperatura definidos por el usuario (máximo y mínimo) a través de un conjunto de interruptores a los microcontroladores 8051. Se conecta un relé al microcontrolador que se puede controlar mediante el transistor. La carga se puede controlar usando este relé (aquí la carga se muestra como una lámpara con fines de demostración).

Sensor infrarojo

Los pequeños chips fotográficos con una fotocélula que se utilizan para emitir y detectar luz infrarroja se denominan sensores IR. Los sensores infrarrojos se utilizan generalmente para diseñar tecnología de control remoto. Los sensores infrarrojos pueden usarse para detectar obstáculos del vehículo robótico y así controlar la dirección del vehículo robótico. Hay diferentes tipos de sensores que se pueden utilizar para detectar luces infrarrojas.

Circuito sensor infrarrojo

Un circuito de sensor IR simple se usa en nuestra vida diaria como control remoto para un televisor. Consiste en un circuito transmisor de IR y un circuito receptor de IR que pueden diseñarse como se muestra en la figura.

El circuito transmisor de IR que el controlador utiliza como mando a distancia se utiliza para emitir luz infrarroja. Esta luz infrarroja se envía o transmite al circuito receptor de infrarrojos que interactúa con el dispositivo como un televisor o un robot controlado a distancia por infrarrojos. Según los comandos recibidos, se controla el televisor o el robot.

Aplicación práctica del sensor IR

Los sensores infrarrojos se utilizan con frecuencia para diseñar controles remotos de TV. Este es un proyecto electrónico simple basado en un sensor de infrarrojos que se utiliza para controlar de forma remota un vehículo robótico utilizando el control remoto de TV general o el control remoto de infrarrojos. El circuito del proyecto del vehículo robótico controlado por sensor infrarrojo se muestra en la figura.

Le schéma fonctionnel des véhicules robotiques contrôlés par infrarouge se compose de différents blocs tels que des moteurs et un moteur de plongée interfacés avec les microcontrôleurs 8051, une batterie pour l'alimentation, un bloc récepteur IR et une télécommande TV ou IR, comme indiqué sur la figura.

Aquí, el control remoto de TV basado en sensor IR se usa para enviar comandos al vehículo robótico remoto por parte del usuario. Basado en los comandos recibidos por el receptor IR conectado al microcontrolador en el lado del receptor. El microcontrolador genera señales apropiadas para impulsar los motores a fin de controlar la dirección del vehículo robótico hacia adelante o hacia atrás o hacia la izquierda o hacia la derecha.

Sensor ultrasónico

Un transductor que funciona con el mismo principio que el sonar o el radar y estima los atributos del objetivo por interpretación se llama sensor ultrasónico o transceptor. Hay diferentes tipos de sensores clasificados en sensores ultrasónicos activos y pasivos que se pueden diferenciar según el funcionamiento de los sensores.

Las ondas de sonido de alta frecuencia generadas por sensores ultrasónicos activos son recibido por el sensor ultrasónico para evaluar el eco. Por lo tanto, el intervalo de tiempo que se tarda en transmitir y recibir el eco se utiliza para determinar la distancia a un objeto. Pero los sensores ultrasónicos pasivos solo se utilizan para detectar el ruido ultrasónico presente en condiciones específicas.

El módulo ultrasónico que se muestra en la figura anterior consta de un transmisor ultrasónico, un receptor y un circuito de control. La aplicación práctica de un sensor ultrasónico con el circuito se puede utilizar como un circuito sensor de distancia ultrasónico como se muestra a continuación.

Cada vez que se energiza el circuito, el sensor genera y transmite ondas ultrasónicas y las refleja un obstáculo u objeto frente a él. Luego, el receptor lo recibe y el tiempo total de envío y recepción se usa para calcular la distancia entre el objeto y el sensor. El microcontrolador se utiliza para procesar y controlar operaciones completas utilizando técnicas de programación. La pantalla LCD está conectada al circuito para mostrar la distancia (generalmente en cm).

Aplicación práctica del sensor ultrasónico

Los sensores ultrasónicos con circuitos se pueden usar para medir la distancia de un objeto. Este método se utiliza cuando no podemos implementar los métodos convencionales para medir áreas inaccesibles, como áreas de alta temperatura o presión, etc. El kit de circuito del proyecto de medición de distancia basado en un sensor ultrasónico se muestra en la figura.

La medición de distancia por el diagrama de bloques del circuito del proyecto del sensor ultrasónico se muestra en el siguiente diagrama de bloques. Consta de diferentes bloques como una fuente de alimentación, una pantalla LCD, un módulo de ultrasonido, un objeto cuya distancia se va a medir y los microcontroladores 8051.

El transductor ultrasónico utilizado en este proyecto consta de un transmisor y un receptor ultrasónico. Las ondas transmitidas por el transmisor ultrasónico se reflejan de regreso al receptor ultrasónico desde el objeto. El tiempo que se tarda en enviar y recibir estas ondas se calcula utilizando la velocidad del sonido.

Sensor tactil

Los sensores táctiles se pueden definir como interruptores activados por contacto. Hay diferentes tipos de sensores táctiles clasificados según el tipo de contacto, como interruptor táctil capacitivo, interruptor táctil de resistencia e interruptor táctil piezoeléctrico.

Circuito sensor táctil

El circuito representa una aplicación simple de un sensor táctil que consta de un temporizador 555 que funciona en modo de disparo único, un sensor táctil o placa, un LED, una batería y componentes electrónicos básicos.

El circuito está conectado como se muestra en la figura anterior. Durante el estado normal, cuando no se toca la placa táctil, el LED permanece apagado. Si la placa táctil se toca una vez, se envía una señal a los temporizadores 555. Al detectar la señal recibida de la placa táctil, el temporizador 555 activa el LED y así el LED se enciende indicando el contacto realizado en el sensor táctil o la placa.

Aplicación práctica del sensor táctil

Una carga táctil está diseñada para controlar la carga. El kit de circuito del proyecto del interruptor de carga de control táctil se muestra en la figura.

El interruptor de carga de control táctil basado en el principio del sensor táctil consta de diferentes bloques, como fuente de alimentación, temporizadores 555, placa de sensor táctil o placa táctil, relé y carga, como se muestra en el diagrama de bloques del interruptor de carga de control táctil.

Los 555 temporizadores utilizados en el circuito están conectados en modo monoestable, que se utiliza para impulsar un relé para encender una carga durante un tiempo fijo. El pin de activación de los temporizadores 555 está conectado a la placa táctil, por lo que los temporizadores 555 pueden activarse al tacto. Cada vez que se activan 555 temporizadores por contacto (el voltaje crece con el contacto del cuerpo humano), emite una lógica alta durante un intervalo de tiempo fijo. Este intervalo de tiempo fijo se puede cambiar cambiando la conexión de la constante de tiempo RC al temporizador. Entonces, la salida del temporizador 555 impulsa la carga a través del relé y la carga se apaga automáticamente después de un tiempo fijo.

Asimismo, podemos desarrollar proyectos eléctricos y electrónicos sencillos e innovadores utilizando sensores más avanzados como un sistema de apertura automática de puertas basado en un sensor PIR. Generación de electricidad basada en sensores de presión que se puede implementar colocando las placas piezoeléctricas (es un tipo de sensores de presión) debajo de un badén en las carreteras para generar electricidad para el alumbrado público de las carreteras. Circuito detector de proximidad basado en un sensor de proximidad.

Ahora, avancemos y conozcamos los tipos de sensores basados ​​en cada campo como IoT, robótica, construcción y en muchas industrias.

Sensores en el IoT

El IoT es la plataforma donde últimamente se erige como ámbito central para todo lo relacionado con la tecnología. La función de IoT es proporcionar varios tipos de información e inteligencia mediante la implementación de diferentes tipos de sensores. Estos sensores funcionan para recopilar información, usarla y compartirla entre múltiples dispositivos conectados. Con toda la información recopilada, los sensores permiten la funcionalidad automática y hacen que la tecnología sea más inteligente. Abajo están los tipos de sensores en el IoT dominio.

Sensores de proximidad

Es un tipo de sensor IoT donde identifica la existencia o inexistencia del objeto circundante o encuentra las propiedades del objeto. Luego convierte la señal detectada en una forma claramente comprensible para el usuario o puede ser un simple dispositivo electrónico que no entra en contacto con ella.

La aplicación de los sensores de proximidad es principalmente en el ámbito del retail donde pueden descubrir el movimiento y asociación que existe entre el producto y el consumidor. Con esto, los usuarios pueden recibir notificaciones oportunas de actualizaciones de descuentos y ofertas exclusivas de productos interesantes. Y el otro campo es el del automóvil.

Por ejemplo, al dar marcha atrás con un coche, escuchará sonidos si se encuentra un obstáculo, y aquí se implementa el funcionamiento del sensor de proximidad.

Hay muchos otros tipos de sensores de proximidad y estos son:

sensor químico

Estos sensores se implementan en diversas industrias. El objetivo principal de estos sensores es señalar cualquier tipo de cambio en el líquido o detectar cualquier variación química en el aire. Estos se implementan de manera crucial en las grandes ciudades porque es importante buscar cambios y garantizar la seguridad de la población.

La implementación esencial de los sensores químicos se puede ver en la observación atmosférica comercial y en la gestión de procesos que pueden ser productos químicos que evolucionan intencional o incidentalmente, exposición peligrosa o radiactiva, operaciones reutilizables en estaciones espaciales, industrias farmacéuticas y muchos más.

Los sensores químicos más utilizados son

• Tipo de gas electroquímico
• FET químico
• Resistencia química
• IR no dispersivo
• Tipo de electrodo de pH de vidrio
• Nanorod de óxido de zinc
• Tipo de cloruro fluorescente

sensor de gases

Son casi lo mismo que los sensores químicos pero se implementan exclusivamente para observar cambios en la calidad del aire y conocer la existencia de diferentes tipos de gases. Al igual que los sensores químicos, estos se utilizan en múltiples campos, como la agricultura, la atención médica, la fabricación y se utilizan para la observación de la calidad del aire, la detección de gases. tóxicos o inflamables, monitoreo de gases peligrosos en industrias del carbón, compañías de petróleo y gas, investigación de laboratorios químicos, ingeniería: pinturas, plásticos, caucho, medicamentos y petroquímicos, y otros.

Algunos de los sensores de gas más utilizados son

• Tipo de hidrógeno
• Tipo de monitoreo de ozono
• Higrómetro
• Sensor de dióxido de carbono
• Tipo electroquímico de gas
• Tipo de perla catalítica
• Tipo de contaminación del aire
• Tipo de detección de monóxido de carbono
• Tipo de detección de gas

Se trata de sensores de gases y químicos y sus clases.

Sensores de humedad

La humedad es el término especificado como la cantidad de vapor que existe en el aire atmosférico u otras sustancias gaseosas. Los sensores de humedad generalmente se adhieren al uso de sensores de temperatura porque la mayoría de las operaciones de fabricación requieren condiciones de operación exactas. Con la medición de la humedad, uno puede asegurarse de que todo el procedimiento transcurra sin problemas y, cuando hay un cambio repentino, actúan de inmediato, ya que estos sensores identifican el cambio más rápido.

Muchas áreas, como las residenciales y comerciales, utilizan estos sensores de humedad para fines de calefacción, ventilación y refrigeración. Incluso estos sensores se pueden observar en muchos otros campos, como la pintura, los hospitales, la farmacia, la meteorología, la automoción, los invernaderos y las industrias de revestimientos.

Estos son los principales utilizados tipos de sensores en el IoT dominio.

Sensores en robótica

Los sensores son más importantes en la industria de la robótica porque permiten que el robot esté informado sobre el entorno que lo rodea y así facilitar las operaciones necesarias para el mismo. Sin la implementación de estos sensores, los robots solo pueden realizar algunas actividades monótonas que limitan las capacidades del robot.

Con todas estas capacidades, los robots pueden realizar muchas operaciones de alto nivel. Discutamos más claramente varios tipos de sensores en robótica.

Sensor de aceleración

Este tipo de sensor se utiliza para calcular valores angulares y de aceleración. Un acelerómetro se utiliza principalmente para calcular la aceleración. Hay dos tipos de fuerzas que muestran impacto en un acelerómetro y estos son:

Fuerza estática – Esta es la fuerza de fricción que existe entre dos objetos cualesquiera. Con el cálculo de la fuerza gravitatoria, se puede conocer el valor de inclinación del robot. Este cálculo es útil para el equilibrio robótico o para saber si el robot tiene un movimiento de conducción cuesta arriba o en un borde plano.

Fuerza dinámica – Esto se mide como la cantidad de aceleración que se requiere para el movimiento de un objeto. El cálculo de la fuerza dinámica mediante un acelerómetro define la velocidad o las tasas de velocidad para las que se mueve el robot.

Estos sensores de acelerómetro están disponibles en varias configuraciones. El tipo de selección depende de los requisitos de la industria. Algunos de los parámetros a comprobar antes de seleccionar correctamente el sensor son el ancho de banda, el tipo de salida digital o analógica, el número total de ejes y la sensibilidad.

La siguiente imagen muestra el diagrama de bloques de un sensor de aceleración.

sensor de sonido

Estos sensores son generalmente micrófonos que se utilizan para conocer el sonido y entregar el nivel de voltaje correspondiente según el nivel de sonido detectado. Con la implementación de un sensor de sonido, se puede hacer que un pequeño robot navegue en función del nivel de sonido recibido.

En comparación con los sensores de luz, el proceso de diseño de los sensores de sonido es algo complicado. Esto se debe a que los sensores de sonido proporcionan una diferencia de voltaje muy pequeña y esto debe amplificarse para proporcionar un cambio de voltaje medible. El circuito de conmutación del sensor de sonido se muestra a continuación:

sensor de luz

Los sensores de luz son tipos de dispositivos transductores que se utilizan para identificar la luz y generar un cambio de voltaje que es igual a la intensidad de la luz que pasa por debajo de los sensores de luz.

Hay principalmente dos tipos de sensores en la industria de la robótica y estos son fotorresistores y fotovoltaicos. Incluso hay otros tipos de sensores de luz que no están muy implementados como el fototransistor y el fototubo.

fotorresistencia

Es un tipo de resistencia que se utiliza principalmente con fines de detección de luz. En esto, el valor de la resistencia se cambia en correspondencia con el nivel de intensidad de la luz. La luz que incide sobre el fotorresistor tiene una relación inversa al valor de resistencia del fotorresistor. En la mayoría de los casos, el fotorresistor incluso se llama LDR, que es un resistor dependiente de la luz. El diagrama de circuito del fotorresistor se muestra a continuación:

Celdas fotovoltaicas

Las celdas fotovoltaicas son dispositivos de transformación de energía utilizados con el propósito de convertir la radiación solar en una forma de energía eléctrica. Estos se utilizan principalmente en el proceso de fabricación de robots solares. Por separado, las células fotovoltaicas se consideran dispositivos de fuente de energía, es decir, la aplicación que se fusiona con condensadores y transistores y pueden convertirlos en un dispositivo sensor.

Sensores táctiles

Es un tipo de sensor que indica el contacto entre el sensor y el objeto. Es probable que los sensores táctiles se implementen en escenarios cotidianos, como en lámparas que atenúan o mejoran el brillo al tocar su base y en los botones de los ascensores. Además, hay muchas aplicaciones extendidas de sensores táctiles de las que las personas no son exactamente conscientes. Los principales tipos de sensores táctiles son

Sensor tactil

Es el sensor que tiene la capacidad de detectar e identificar el toque del objeto y el sensor. Algunos de los dispositivos en los que se utilizan sensores táctiles son interruptores de límite, microinterruptores y otros. Cuando uno de los conectores entre en contacto con una de las secciones sólidas, este dispositivo será más práctico y detendrá el movimiento robótico. Además, se utiliza con fines de inspección donde tiene una sonda que se utiliza para medir el tamaño de los componentes.

sensor de fuerza

Este se utiliza para medir los valores de fuerza de varias operaciones, como la carga y descarga de máquinas, el transporte de materiales y otras que son operadas por un robot. Este sensor también se usa ampliamente en el enfoque de ensamblaje para analizar problemas. Hay varios enfoques que se implementan en este sensor, como la detección conjunta, la detección de red táctil.

Aparte de estos, hay muchos tipos de sensores en muchas industrias. Echemos un vistazo rápido a estos:

Tipos de sensores utilizados en la edificación

Los sensores utilizados principalmente en el edificio son:

• Sensores de temperatura
• Sensores de detección de movimiento
• Sensores eléctricos de tensión y corriente
• Sensores de detección de humo y fuego
• Sensores de cámara
• Sensores de gases

Tipos de sensores en teledetección

Hay principalmente dos tipos de sensores de teledetección y son sensores activos y pasivos.

Sensores activos

Estos generan energía para escanear objetos y ubicaciones, luego un sensor identifica y calcula la cantidad de radiación retrodispersada o reflejada desde el objeto objetivo. Ejemplos de sensores activos son RADAR y LIDAR donde la diferencia de tiempo entre el proceso de emisión y el proceso de retorno se calcula determinando el área, la velocidad y la dirección del objeto.

Sensores pasivos

Estos sensores recogen la radiación que es radiada o reflejada por el lugares u objetos circundantes. El ejemplo más crucial de un sensor pasivo es la luz solar reflejada. Y los otros ejemplos son los radiómetros, los objetos de carga acoplada, las cámaras infrarrojas y de película.

La clasificación de los sensores en teledetección es

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