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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. Detección de la variable medida: 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 variable medida en cuestión.

Tipos de transductores y sus magnitudes de medida:

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

1. Variables mecánicas:
   Sensores de presión: miden la presión estática o dinámica de líquidos y gases, a menudo utilizando elementos piezoresistivos o capacitivos.
   Sensores de fuerza: Convierten la fuerza mecánica en una señal eléctrica, a menudo utilizando bandas extensométricas.
   Sensores de desplazamiento y distancia: Utilizan métodos ópticos, inductivos, capacitivos o ultrasónicos para determinar la posición.
   Sensores de par: Miden la torsión de un eje, a menudo mediante galgas extensométricas o métodos magnéticos.
2. Variables térmicas:
   Sensores de temperatura: incluyen termopares, termómetros de resistencia, sensores de temperatura semiconductores o sensores infrarrojos.
   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:
   Transductores de corriente y tensión: Detectan magnitudes eléctricas en fuentes de alimentación, circuitos o sistemas.
   Sensores de campo magnético: Utilizan el efecto Hall o principios magnetorresistivos para medir intensidades de campo.
4. Variables químicas y fisicoquímicas:
   Sensores de gas: detectan concentraciones de determinados gases (por ejemplo, oxígeno, CO₂, amoníaco) mediante métodos electroquímicos, ópticos o semiconductores.
   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.
   Sensores de humedad: Miden la humedad relativa o absoluta del aire o de los materiales.

Tipos de señales 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 la corriente, la tensión, la frecuencia, la potencia o los 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 tarea principal 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 de 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.

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