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Proyectos eléctricos con sensores

Contenido del artículo
Generalidades
Proyectos prácticos
Interruptor por soplado
Sensor de vibraciones digital
Sensor de vibraciones analógico
Sensor de inclinación
Interruptor de alarma

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:
  • Sensores de abierto-cerrado como un interruptor.
  • 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.
Relé Reed
Figura 1


Animado del relé Reed
Figura 2


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

Figura 3

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 mas comunes son:

1. Foto resistencias:

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.
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Figura 4

2. Foto diodos:

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
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Figura 5

3. Termistores o termo resistencias:

Son resistencias eléctricas fabricadas con ciertos semiconductores cuyo valor depende de la temperatura a que se someten. Figura 6
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Figura 6

4. Micrófono:

Los que producen un voltaje o cambio de capacidad en dependencia del nivel de sonido. Figura 7
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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.
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Figura 8

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 sensores

Los sensores requieren algún dispositivo que indique cuando algo está siendo sensado.

Sensores de abierto-cerrado

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.
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Figura 9

Sensores analógicos

Para los sensores analógicos se requiere un dispositivo que pueda indicar el valor de la señal procedente del sensor, este puede ser un un medidor digital o analógico.
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Figura 10

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.



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Figura 11


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Figura 12

Proyectos prácticos

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.

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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.





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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.



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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.
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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.
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Figura 17

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Figura 18




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