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Los transductores son dispositivos técnicos que registran una magnitud física, química o eléctrica y la convierten en una señal eléctrica utilizable.

A continuación, esta señal puede ser procesada por un sistema de control, una unidad de visualización o un sistema de adquisición de datos. Los sensores son, por tanto, el núcleo de la tecnología moderna de medición y automatización, ya que crean el vínculo entre el mundo real y el digital.

A continuación se ofrece una visión general del principio básico y el modo de funcionamiento, los diferentes tipos y sus variables medidas, los tipos de señal y las interfaces de los transductores, así como una visión general de su uso y los requisitos de los diseños modernos:

Principio básico y modo de funcionamiento de los transductores:

La funcionalidad de los transductores consta de tres pasos básicos:

1. Adquisición de la magnitud medida:
   Esto se realiza mediante un elemento sensor que interactúa físicamente con la variable medida, por ejemplo, mediante deformación, cambio de temperatura, campos magnéticos o absorción de luz.
2. Conversión en señal eléctrica:
   La variable medida se convierte en una variable eléctrica, por ejemplo, tensión, corriente o frecuencia.
3. Tratamiento de la señal:
   La señal bruta se amplifica, filtra, linealiza o digitaliza para poder utilizarla en sistemas posteriores.

El tipo de principio de conversión, ya sea mecánico, óptico, piezoeléctrico, magnético, químico, etc., depende de la respectiva variable medida.

Tipos de transductores y sus magnitudes de medida:

Los transductores son muy especializados y pueden subdividirse en función del mensurando respectivo:

1. Magnitudes mecánicas:
   a. Sensores de presión: Miden la presión estática o dinámica de líquidos y gases, a menudo utilizando elementos piezoresistivos o capacitivos.
   b. Sensores de fuerza: Convierten la fuerza mecánica en una señal eléctrica, a menudo utilizando bandas extensométricas.
   c. Sensores de desplazamiento y distancia: Utilizan métodos ópticos, inductivos, capacitivos o ultrasónicos para determinar la posición.
   d. Sensores de par: Miden la torsión de un eje, a menudo utilizando bandas extensométricas o métodos magnéticos.
2. Variables térmicas:
   a. Sensores de temperatura: Incluyen termopares, termómetros de resistencia, sensores de temperatura semiconductores o sensores infrarrojos.
   b. Sensores de flujo de calor: Determinan el flujo de calor a través de una capa de material, a menudo utilizando principios termoeléctricos.
3. Magnitudes eléctricas y magnéticas:
   a. Transductores de corriente y tensión: Miden magnitudes eléctricas en fuentes de alimentación, circuitos o sistemas.
   b. Sensores de campo magnético: Utilizar el efecto Hall o los principios magnetorresistivos para medir intensidades de campo.
4. Magnitudes químicas y fisicoquímicas:
   a. Sensores de gas: Detectan concentraciones de determinados gases (por ejemplo, oxígeno, CO₂, amoníaco) mediante métodos electroquímicos, ópticos o semiconductores.
   b. Sensores de pH y sensores de conductividad: Se utilizan en la tecnología de medición de procesos y del medio ambiente para determinar las propiedades químicas de los líquidos.
   c. Sensores de humedad: Miden la humedad relativa o absoluta del aire o de los materiales.

Tipos de señal e interfaces de los transductores:

La mayoría de los transductores modernos proporcionan señales de salida normalizadas:

1. Señales analógicas: a menudo 4-20 mA o 0-10 V, adecuadas para vías de transmisión sencillas.
2. Interfaces digitales: Como I²C, SPI, CAN, Modbus o IO-Link para sensores inteligentes con funciones adicionales.
3. Sistemas de bus de campo: Como Profibus, EtherCAT o Profinet en la automatización industrial.

Dependiendo de la aplicación, el sensor ya puede estar calibrado internamente, compensado en temperatura y autodiagnosticado.

Uso de transductores:

Los transductores se utilizan en casi todos los ámbitos técnicos. Los campos de aplicación más importantes son:

1. Tecnología de automatización:
En las plantas de producción industrial, los sensores controlan continuamente la presión, la temperatura, la posición, la velocidad, el caudal y otras variables del proceso.
Las señales se utilizan para la regulación, el control y la seguridad.

2. Tecnología energética:
Los transductores registran parámetros como corriente, tensión, frecuencia, potencia o valores de aislamiento en sistemas de distribución de energía, subestaciones y transformadores.

3. Ingeniería del automóvil:
Los transductores son elementales para el control de la dinámica del vehículo, los airbags, el control del motor, la medición de los gases de escape o los sistemas de gestión de baterías.

4. Tecnología médica:
Aquí se utilizan sensores biocompatibles para medir parámetros vitales como la presión arterial, la temperatura corporal, los niveles de glucosa o los gases respiratorios.

5. Tecnología de la construcción:
En los sistemas de calefacción, aire acondicionado y ventilación, los sensores miden la temperatura, la humedad, el contenido de CO₂ y la intensidad de la luz para controlar el confort y la eficiencia energética.

6. Tecnología de medición medioambiental:
Se utilizan transductores especializados para registrar datos meteorológicos, la calidad del aire, los análisis del agua o las emisiones.

Requisitos de los transductores modernos:

• Precisión y repetibilidad: Especialmente cruciales en la tecnología de control o garantía de calidad.
• Estabilidad a largo plazo: Importante para mediciones continuas durante muchos años, por ejemplo en sistemas energéticos o estaciones medioambientales.
• Tiempo de respuesta rápido: Especialmente para procesos dinámicos (por ejemplo, detección de explosiones o mediciones de choque).
• Robustez: Protección contra el polvo, el agua, las vibraciones, las influencias químicas y la temperatura.
• Calibrabilidad: Para la trazabilidad de los valores medidos a las normas nacionales.

Los transductores son componentes indispensables en casi todas las aplicaciones técnicas, industriales y científicas. Su principal tarea es el registro preciso de variables reales y su conversión en una señal utilizable. La variedad de tecnologías disponibles permite una adaptación precisa a una amplia gama de tareas de medición. Con la llegada de los sensores inteligentes (smart sensors) y la integración en sistemas digitales, el transductor se está convirtiendo cada vez más en un componente clave en la era de la Industria 4.0 y el Internet de las Cosas (IoT).

He aquí un resumen de los puntos más importantes que hay que tener en cuenta a la hora de comprar transductores.

La compra de transductores para registrar variables mecánicas, térmicas, eléctricas o químico-físicas requiere una visión holística de los criterios técnicos, específicos de la aplicación y económicos. No se trata sólo de la pura función de medición, sino también de la interacción entre precisión, robustez, integración, calibración y compatibilidad del sistema.

• El primer paso consiste en definir exactamente qué magnitud física debe medirse y en qué condiciones:
• Variables mecánicas: Fuerza, presión, par, peso
• Variables térmicas: Temperatura, flujo de calor
• Magnitudes eléctricas: Tensión, corriente, resistencia, capacidad
• Magnitudes químico-físicas: valor pH, conductividad, concentración, humedad
• Cada una de estas magnitudes requiere una tecnología de sensores diferente y, por tanto, requisitos distintos en cuanto a diseño, procesamiento de señales y material.
• La elección del principio de medición adecuado es crucial para registrar los valores medidos deseados:
• Bandas extensométricas (DMS): para magnitudes mecánicas como la fuerza y la presión
• Termopares o RTD (Pt100): Para mediciones de temperatura
• Métodos de efecto Hall o inductivos: Para variables eléctricas y magnéticas
• Electrodos selectivos de iones o sensores optoquímicos: Para variables de medición químico-físicas
• La elección del principio de medición determina la sensibilidad, la robustez y el tratamiento de la señal.
• La elección del sensor debe ajustarse al rango de medición previsto: ni demasiado grande (pérdida de resolución) ni demasiado pequeño (riesgo de sobrecarga).
• Al mismo tiempo, hay que comprobar la resolución y precisión deseadas, dependiendo de si se trata de un control de procesos brutos o de aplicaciones de laboratorio de alta precisión.
• Es especialmente importante que el transductor se adapte mecánicamente a la situación de la instalación:
• Tamaño y geometría: Debe poder integrarse en los sistemas existentes
• Posición de instalación: Horizontal, vertical, rotación simétrica
• Posibilidades de montaje: Brida, atornillado, sistemas enchufables
• Tipos de cableado y conectores: Debe coincidir con el cableado in situ
• En función del entorno, el sensor debe ser especialmente robusto:
• Resistente a la corrosión: Para procesos químicos o exteriores, por ejemplo
• Resistencia a la temperatura: Para aplicaciones de alta temperatura o criogenia
• Estanqueidad (clase de protección IP): Por ejemplo, IP67 o superior para humedad o suciedad
• Capacidad de carga mecánica: Vibraciones, choques, impulsos de presión
• El transductor debe ser adecuado para la tecnología de evaluación y el entorno de automatización existentes:
• Señales analógicas: p. ej. mV/V, 0-10 V, 4-20 mA
• Interfaces digitales: p. ej. CANopen, Modbus, EtherCAT, IO-Link
• Compatibilidad con sistemas de control y registradores de datos
• Protección CEM e inmunidad a interferencias: especialmente importante en entornos eléctricos o industriales
• Sólo los sensores calibrados proporcionan valores de medición fiables, por lo que una calibración en fábrica con informe de prueba es un requisito mínimo.
• Calibración DAkkS o equivalente para los requisitos más exigentes, por ejemplo, QS según ISO 9001, automoción, productos farmacéuticos.
• La trazabilidad con las normas nacionales garantiza la comparabilidad. Los ciclos de recalibración deben definirse en función de la intensidad de uso.
• Un transductor debe medir de forma estable durante muchos años:
• Por lo tanto, el punto cero y la deriva del sensor deben evaluarse en función de la temperatura, el envejecimiento y la tensión mecánica.
• Debe tenerse en cuenta el comportamiento de fluencia bajo carga constante. Especialmente para las variables mecánicas.
• Las conformidades son cruciales, especialmente en entornos industriales o relevantes para la seguridad:
• Marcado CE y directivas de la UE específicas para cada producto.
• Homologación ATEX para atmósferas potencialmente explosivas.
• Conformidad RoHS y REACH.
• Requisitos industriales específicos como GMP (productos farmacéuticos), HACCP (alimentos), SIL (industria de procesos).
• La calidad del transductor está estrechamente relacionada con la experiencia y las referencias del fabricante, el soporte técnico y el asesoramiento sobre aplicaciones.
• Lo decisivo no es sólo el precio unitario, sino la rentabilidad global.

Una aplicación claramente definida, la elección del principio de medición adecuado, la correcta integración en la cadena de medición y el apoyo de un fabricante experimentado son especialmente importantes. Sólo así se puede construir un sistema de medición preciso, estable y que requiera poco mantenimiento, independientemente de si mide fuerzas mecánicas, temperaturas, variables eléctricas o parámetros químico-físicos.

Los transductores pueden obtenerse de distintos proveedores. En exportpages encontrará información completa sobre fabricantes y proveedores de Transductores de todo el mundo.