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Proyectos eléctricos con sensores
Generalidades
Un sensor es un dispositivo que
responde a un estímulo externo tal como la luz, una fuerza,
vibraciones, temperatura,
sonido o un campo
magnético generando
un cambio en una señal de salida. Este cambio de la señal
de salida acoplado a un circuito eléctrico adecuado puede usarse
para muchos propósitos. En este artículo veremos como
construir algunos sensores con materiales de fácil acceso y
además algunos proyectos simples de aplicación de
estos y otros sensores para diferentes propósitos.
La mayor parte de los sensores pueden clasificarse en dos grupos:
1.- Sensores de
abierto-cerrado como un interruptor.
2.- Sensores analógicos que
muestran
una salida
proporcional al estímulo.
Sensores de apagado-encendido
También conocidos como sensores si-no, sensores 0-1, sensores
on-off, o
sensores binarios son en general dispositivos mecánicos simples,
los mas comunes son:
1.- Interruptores Reed
que se conectan por la proximidad de
un imán.
2.- Interruptor de
péndulo, donde un peso cuelga de un
hilo conductor dentro de un anillo metálico y las vibraciones o
movimiento del anillo producen el cierre del circuito.
En las figuras
1, 2 y 3 se muestran esquemas para la comprensión del
funcionamiento de cada uno de ellos.
Figura 1.
Figura 2.
Figura 3.
Figura 4
Figura 5.
Figura 6.
Figura 7.
Figura 8.
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Interruptor Reed
La figura 1 muestra un
esquema del Interruptor Reed, también conocidos como Relé
Reed.
Consta de dos electrodos fijos en los extremos de un bulbo generalmente
de vidrio
transparente, acoplados a estos electrodos hay dos
láminas separadas una de las cuales esta construida muy flexible
de un material ferromagnético.
Cuando
se
acerca un imán
al relé, la atracción sobre la lámina
ferromagnética la encorva y se produce el contacto con la otra
lámina cerrando el circuito. Si se separa el imán, de
nuevo vuelve la lámina atraída a su posición
original y el circuito se abre. Estos interruptores son muy utilizados
en los sistemas de seguridad y las alarmas para la detección de
la apertura y cierre de puertas y ventanas.
En la figura 2 se muestra un animado del funcionamiento del relé
Reed, observe como se cierra el contacto cuando el imán se
acerca y se abre cuando se aleja.
Interruptor de
péndulo.
En la figura 3 a continuación puede verse un esquema del
interruptor de péndulo que sirve como sensor de movimiento o de
vibraciones.
En él como un
conjunto, dentro de un cuerpo metálico conductor con un agujero
cilíndrico cuelga una bola metálica algo mas
pequeña que el agujero a través de un hilo conductor. Los
movimientos laterales rápidos o de inclinación del
aparato hacen que la bola haga contacto con el interior del agujero
cerrando el circuito. La sensibilidad del dispositivo dependerá
de la diferencia de diámetro entre la bola y el agujero.
Sensores analógicos
En estos sensores se obtiene una salida proporcional a la señal
de entrada y pueden ser de muchos tipos, los más comunes son:
1.- Fotoresistencias:
Son
resistencias eléctricas cuyo
funcionamiento se basa en el efecto
fotoeléctrico. En ellas el valor de la resistencia
eléctrica cambia de acuerdo a la intensidad de la luz que les
incide. Generalmente tienen el aspecto de la figura 4.
2.- Fotodiodos:
Estos sensores funcionan como un transistor cuya
conducción va desde circuito abierto en la oscuridad, luego la
conducción varía proporcionalmente a la
iluminación que incide sobre ellos y finalmente a partir de
cierta intensidad de luz se comportan como circuito cerrado. Un foto
diodo típico se muestra en la figura 5.
3.- Termistores o termoresistencias:
Son resistencias
eléctricas fabricadas con ciertos semiconductores cuyo valor
depende de la temperatura a que se someten. Figura 6.
4.- Micrófonos:
Los que producen un voltaje o cambio de capacidad en dependencia del
nivel de sonido. Figura 7.
5.- Sensores piezoeléctricos:
Construidos de ciertos cristales o cerámicas que
producen
un voltaje cuando se doblan o se someten a un impacto mecánico.
En la figura 8 se muestra un dispositivo piezoeléctrico que
puede servir de sensor. Estos se pueden conseguir en los zumbadores de
los aparatos electrodomésticos.
6.- Extensómetros:
Son resistencias eléctricas
construidas de alambres sumamente finos en forma de zig-zag
adheridas a una lámina de papel o plástica. El
estiramiento de la resistencia debido a la aplicación de una
fuerza, estira a su vez los alambres conductores por lo que cambia su
resistencia eléctrica. Se utilizan con frecuencia para
determinar deformaciones mecánicas de piezas a las que son
adheridos.
Circuitos
básicos de los sensores
Los sensores requieren algún dispositivo que indique cuando algo
está siendo sensado.
Sensores de
abierto-cerrado (0 - 1)
Para un sensor simple de abierto-cerrado
tal como un relé Reed este indicador puede ser tan simple como
una lámpara
incandescente, un LED o un
zumbador, como se muestra en la figura 9 con
el uso de una lámpara.
Modificación de las señales.
La salida de los sensores puede clasificarse en dos grupos:
1.- Señales activas; que
son aquellas portadores
de energía tal como un voltaje.
2.- Señales pasivas;
que son aquellas no
portadoras de energía tales como cambios en la resistencia o capacidad
eléctrica.
En el caso de señales activas, generalmente pueden ser
utilizadas directamente por el medio indicador, pero en ocasiones su
potencia es pequeña y deben ser amplificadas.
Las señales pasivas casi universalmente se convierte a un
voltaje proporcional para alimentar el medio indicador.
En la figura 11 se muestra un circuito típico de
amplificación de voltaje y en la 12 como se convierte un cambio
de resistencia eléctrica en un voltaje proporcional utilizando amplificadores operacionales.
Cuando sea necesario la utilización de circuitos convertidores o
amplificadores de la señal en los proyectos descritos, se
dará en cada caso un prototipo a usar.
Proyectos
fáciles de construir
Proyecto
1:
Interruptor
de soplado.
Un interruptor por soplado se cierra por aire comprimido o simplemente
soplando por un tubo, estos interruptores son caros y difíciles
de conseguir pero puede construirse uno fácilmente. De los
muchos posibles, el que se muestra en la figura 13 es uno de los mas
realizables.
Figura 13.
Proyecto
2:
Sensor
de vibraciones digital
En la figura 14 se muestra un esquema de como construir un sensor del
tipo digital, capaz de detectar las vibraciones, que puede ser
utilizado
con bajo voltaje. A los cables de salida puede conectarse un
zumbador una luz o una alarma.
Se unen como se muestra, una placa de circuito con la cubierta de cobre a otra
mas pequeña sin cobre utilizando un tornillo, este tornillo a su
vez aprieta un lazo hecho de alambre conductor que sirve como entrada
de
la corriente. En el tornillo además se ha anclado un presilla de
oficina de manera que la corriente se conduce a ella.
La presilla sujeta, y conecta a la corriente de entrada, un alambre de
acero flexible del tipo de "cuerda de guitarra" con su extremo doblado
hacia la cubierta de cobre de la placa de abajo, pero ligeramente
separado de esta.
Con el uso de otro tornillo se conecta el cable de salida a la placa de
abajo según se muestra.
Un contrapeso tal como una plomada de pescar montado sobre el alambre
aumenta la sensibilidad.
Moviendo el contrapeso hacia la presilla o separando la punta del
alambre de la superficie de cobre se reduce la sensibilidad.
Cuando se somete el dispositivo a vibraciones el alambre de acero hace
contacto con la placa de cobre cerrando el circuito a la misma frecuencia que
las vibraciones.
Figura 14.
Proyecto
3:
Sensor
de vibraciones analógico
En la figura 15 se muestra un esquema de otro dispositivo que puede
sensar las vibraciones de manera analógica y no necesita
alimentación con electricidad.
Como elemento sensor se usa un platillo piezoeléctrico
extraído
de un zumbador de los utilizados en los aparatos domésticos.
Este elemento piezoeléctrico se coloca con la mitad de su
diámetro debajo de una regla y presionado por dos ladrillos
como se muestra, en el extremo de la regla se coloca un contrapeso.
Cuando el dispositivo se somete a vibraciones los movimientos
verticales de la regla doblan un tanto el elemento
piezoeléctrico y este entonces, generará un voltaje
proporcional al doblado. Un voltímetro de aguja
conectado a los cables de salida del elemento piezoeléctrico
mostrará su aguja vibrando al mismo ritmo que las vibraciones a
que se someta el dispositivo.
Si se conecta un led de alto
brillo con la polaridad adecuada a los cables de salida del dispositivo
y el extremo de la regla sin contrapeso se golpea ligeramente, se
verá al led iluminarse con cada golpe. Usando un osciloscopio
como elemento indicador podrá determinarse la forma y
frecuencia
de la oscilación.
Figura 15.
Proyecto
4:
Sensor
de inclinación.
Este interruptor de péndulo (figura 16) es ideal para detectar
inclinación o movimientos laterales. Se usa en sistemas de
seguridad y sensores sísmicos. Puede construirse partiendo de
materiales de fácil acceso.
Utilice arandelas electro-galvanizadas o niqueladas, péguelas
sobre los estantes intermedios a los que previamente se han hecho los
agujeros para que pase el hilo del péndulo.
El orificio del estante y arandela superiores son mas pequeños
que los del estante inferior para lograr una segunda señal
opcional si la inclinación se hace muy grande.
El recipiente lleno de aceite es opcional, y sirve para amortiguar los
movimientos del péndulo.
Observe que si el conjunto se inclina, el alambre de la plomada hace
contacto con la arandela superior primero, cerrando el circuito, por lo
que el zumbador 1 comienza a sonar. Si continua el movimiento entonces
hará contacto la arandela 2 y sonará también el
otro zumbador.
El interruptor S1 sirve para poner en marcha el sensor.
Figura 16
Proyecto
5:
Interruptor
de alarma
Muchos sistemas de alarma usan interruptores del tipo abierto-cerrado
como los relés Reed, las cintas de metales conductores adheridas
a los vidrios (las que se abren cuando los vidrios se rompen) y los
sensores de vibración, para detectar cuando las ventanas o
puertas son abiertas o vibran. La figura 17 muestra como se colocan los
sensores del tipo relé Reed. Cuando la puerta está
cerrada, el imán montado en ella se coloca junto al relé
colocado en el marco y lo cierra, si la puerta se mueve el imán
se separa, el relé se abre, y hace funcionar la alarma.
En la figura 18 se muestra un diagrama eléctrico básico
de como conectar varios sensores de abierto- cerrado a la alarma.
Este circuito tiene un relé que conecta la alarma cuando alguno
de los sensores se abre o se corta el cable de conexión. El
interruptor S4 debe accionarse momentáneamente para
activar la alarma, esto alimenta el relé que luego a
través de uno de sus contacto se mantiene auto-alimentado.
Observe que este circuito cuando está activo siempre está
drenando la corriente de la bobina del relé de la batería.
A este sistema básico se le puede adicionar cierto grado de
inteligencia, con ello, además de hacer funcionar la alarma, el
sistema puede informar cual o cuales de los sensores han sido
accionados y evidentemente con esto, saber cual puerta o ventana se ha
abierto. Para ver uno de estos circuitos pinche aquí.
Figura 17.
Figura 18.
Mas proyectos aquí.
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