🧐 El SENSOR de CONTACTO

Sensor de contacto

👉 Sensores resistivos: tienen la particularidad de cambiar su propiedad resistiva o "resistividad" (p) de manera proporcional al estímulo de algún tipo de energía. Los más usados son: los de presión, ópticos, térmicos y de desplazamiento, lineal o angular; algunos tipos aumentan o disminuyen, se denominan de coeficiente positivo y negativo respectivamente.

👉 Sensores resistivos de presión o de efecto piezoresistivo: se basan en la variación de la resistencia de un conductor o semiconductor cuando es sometido a un esfuerzo o estrés mecánico (tracción o compresión) que los deforma. Dicho cambio es debido a la variación de la distancia interatómica (en el caso de los metales) y a la variación de la concentración de portadores (en el caso de los semiconductores). Son conocidos como galgas extensiométricas.

👉 Galga extensiométrica o extensómetro: es un sensor para medir la deformación, presión, carga, torque, posición, entre otras cosas, que está basado en el efecto piezoresistivo y los materiales que suelen utilizarse para fabricar galgas son alambres muy pequeños de aleaciones metálicas; por ejemplo,

nicromo (níquel 60% - cobre 40%), chromel (níquel-cromo), aleaciones (hierro-cromo-aluminio), elementos semiconductores como el silicio y el germanio o gravado en laminillas metálicas delgadas. 

💥 Los hay de diferentes tipos y aplicaciones, como se muestra a continuación.

Extensómetro

👉 Sensores resistivos ópticos: estos dispositivos cambian su resistividad cuando incide sobre ellos (en su ventana) energía luminosa, disminuyéndola. También son conocidos como fotorresistores.

👉 Fotorresistor: es un componente electrónico cuya "resistividad" (P) varía al incidir sobre la radiación óptica (radiación electromagnética con longitud de onda entre 1 nm y 10 nm). Puede también ser llamado fotorresistor, fotoconductor, célula fotoeléctrica o resistor dependiente de la luz, cuyas

siglas(LDR) se originan de su nombre en inglés, Light-Dependent Resistor.

👊 Un fotorresistor está hecho de un semiconductor de alta resistencia como el sulfuro de cadmio, CdS como podemos ver en la siguiente 👇 imagen.

Fotorresistor

👌 Su cuerpo está formado por una pista de material semiconductor, una célula o celda de película metálica como electrodo y dos terminales. Como se muestra en la anterior imagen.

👋 Su funcionamiento se basa en el efecto fotoeléctrico. Si la luz que incide en el dispositivo es de alta frecuencia, los fotones son absorbidos por las elasticidades del semiconductor, dando a los electrones la suficiente energía "carga" para que salten a la banda de conducción. La carga libre que resulta disminuye la resistencia. Los valores típicos varían entre 1 M ohmios o más en la oscuridad, y 100 ohmios con luz brillante. Son altamente sensibles a la temperatura y su tiempo de respuesta a iluminar es diferente al de extinción de luz ( podemos analizarlo en la siguiente 👇 gráfica ).

Gráfica resistencia - iluminación

👉 Sensores resistivos térmicos: estos dispositivos cambian su propiedad de resistencia eléctrica de manera proporcional, cuando aumenta o disminuye la temperatura del lugar en donde se encuentran instalados. Son conocidos los RTD (Resistence Temperature Detector) y los termistores.

El término termistor proviene de Thermally Sensitive Resistor. Un RTD (Resistance Temperature Detector) es un sensor de temperatura basado en la variación de la resistencia de un conductor con la temperatura. Algunos ejemplos de estos sensores los tenemos en la siguiente 👇 imagen, en donde se indica una variación lineal con coeficiente de temperatura positivo. 

Fotorresistores

Dado que el material más usado en esta aplicación es el platino, también son conocidos como PRT (Platinum Resistence Termometer).

Al calentarse un metal habrá una mayor agitación térmica, dispersándose más los electrones y reduciéndose su velocidad media, aumentando la resistencia. A mayor temperatura, mayor agitación y mayor resistencia.

La variación de la resistencia puede ser expresada de manera polinómica, como sigue a continuación. 

Por lo general, la variación es bastante lineal en márgenes amplios de temperatura.

Donde:

• R0 es la resistencia a la temperatura de referencia T0.
• Incremento T es la desviación de temperatura respecto a T0 (Incremento T = T - T0).
• El coeficiente de temperatura del conductor especificado a 0°C; interesa que sea de gran valor y constante con la temperatura.

💣 Los materiales empleados para la construcción de sensores RTD suelen ser conductores como el cobre, el níquel o el platino. Las propiedades de algunos de éstos se muestran en la siguiente 👇 tabla.

Materiales para la construcción de sensores RDT

De todos ellos es el platino el que ofrece mejores prestaciones, como:

• Alta resistividad para un mismo valor óhmico (la masa del sensor será menor, por lo que la respuesta será más rápida).
• Margen de temperatura mayor.
• Alta linealidad.
• Sin embargo, su sensibilidad es menor.

👀 Un termistor es un sensor resistivo de temperatura. Su funcionamiento se basa en la variación de la resistividad que presenta un semiconductor con la temperatura.

💢 Existen dos tipos de termistor:

• NTC (Negative Tenperature Coefficient), coeficiente de temperatura negativo.
• PTC (Positive Teperature Coefficient), coeficiente de temperatura positivo.

Cuando la temperatura aumenta, los tipo PTC aumentan su resistencia y los NTC la disminuyen debido una variación en la concentración de portadores.

Para los termistores NTC, al aumentar la temperatura, aumentará también la concentración de portadores, por lo que la resistencia será menor, de ahí que el coeficiente sea negativo, ver siguiente 👇 imagen.

Termistores NTC

Para los termistores PTC, en el caso de un semiconductor con un dopado muy intenso, éste adquirirá propiedades metálicas, tomando un coeficiente positivo en un margen de temperatura limitado.

Usualmente, los termistores se fabrican a partir de óxidos semiconductores, tales como el óxido férrico, el óxido de níquel o el óxido de cobalto (ver siguiente 👇 imagen).

Termistores PTC

Sin embargo, a diferencia de los sensores RTD, la variación de la resistencia con la temperatura es no lineal. Para un termistor NTC, la característica es hiperbólica.

Para pequeños incrementos de temperatura, se darán grandes incrementos de resistencia. Por ejemplo, el siguiente modelo caracteriza la relación entre la temperatura y la resistencia mediante dos parámetros:

Donde:

• RT es la resistencia del termistor NTC a la temperatura T (°K).
• R0 es la resistencia del termistor NTC a la temperatura de referencia T0 (ºK).
• B es la temperatura característica del material, entre 2000 °K y 5000 °K.

Por analogía a los sensores RTD, podría definirse un coeficiente de temperatura equivalente, que para el modelo de dos parámetros quedaría:

Puede observarse cómo el valor de este coeficiente varía con la temperatura.

Por ejemplo, para un termistor NTC con B = 4000 °K y T=25 °C, se tendrá un coeficiente equivalente a - 0,045 ºK, que será diez veces superior a la sensibilidad de un sensor Pt100 con 0,00385 °K.

El error de este modelo en el margen de 0 a 50 °C es del orden de + - 0,5°C. Existen modelos más sofisticados con más parámetros que dan un error de aproximación aún menor.

💥 Hay diferentes tipos, pero de acuerdo con su aplicación se pueden clasificar en tres grupos:

• Aplicaciones en las que la corriente que circula por ellos no es capaz de producirles aumentos apreciables de temperatura y, por tanto, la resistencia del termistor depende únicamente de la temperatura del medio ambiente en el que se encuentra.
• Aplicaciones en las que su resistencia depende de las corrientes que lo atraviesan.
• Aplicaciones en las que se aprovecha la inercia térmica, es decir, el tiempo que tarda el termistor en calentarse o enfriarse cuando se le somete a variaciones de tensión.

Estos dispositivos cambian su resistividad cuando sobre de ellos se desplaza un contacto móvil llamado cursor, derivador o deslizador, lineal o angularmente, generando una especie de divisor de potencial

entre una o más de sus terminales fijas. Los más usados son los potenciómetros, además se

encuentran en diversos dispositivos acoplados, como se ve en la siguiente 👇 imagen.

Dispositivos de termistores

Escrito por Archie Tecnology