Sensores

Potenci�metros

El potenci�metro es el transductor el�ctrico m�s com�n. Los potenci�metros pueden utilizarse solos, o pueden unirse a un sensor mec�nico para convertir Un movimiento mec�nico en una variaci�n el�ctrica. Desde el punto de vista de concepci�n Un potenci�metro es bastante simple. Est� forma por un elemento resistivo y un contacto m�vil que puede posicionarse en cualquier punto a lo largo del elemento resistivo. Este contacto m�vil se denomina de varias maneras, incluyendo toma, contacto, y deslizador. Usaremos indistintamente los tres t�rminos. La figura siguiente. muestra dos representaciones esquem�ticas de un potenci�metro.

La figura muestra dos representaciones esquem�ticas de un potenci�metro. En la figura (a), el elemento resistivo se ha dibujado en forma circular; esta representaci�n hace referencia a la construcci�n f�sica de la mayor�a de los potenci�metros, en los cuales el elemento resistivo realmente es circular y barre un �ngulo del orden de 300�. Entonces la posici�n del contacto es circular y barre un �ngulo del orden de 300�. Entonces la posici�n del contacto se ajusta girando al eje al cual se encuentra unido.

El eje puede girarse con la mano a con un destornillador, depende de s� tiene perilla o ranura de tornillo en su extremo. La representaci�n esquem�tica m�s popular es la mostrada en la figura (b). Es la m�s popular solamente porque es la m�s f�cil de dibujar.

Linealidad de un potenci�metro.

La gran mayor�a de los potenci�metros son lineales. El termino lineal significa que un movimiento mec�nico dado del contacto produce un cambio dado en la resistencia sin importar donde se encuentre el contacto. En otras palabras, la resistencia del elemento esta igualmente distribuida a lo largo de la longitud de �ste. El grado preciso de linealidad de un potenci�metro es muy importante en algunas aplicaciones. Por tanto los fabricantes especifican un porcentaje de linealidad en los potenci�metros que fabrican. El significado de porcentaje de linealidad, o simplemente la linealidad, puede entenderse refiri�ndonos a la figura La figura (a) muestra una gr�fica de resistencia versus �ngulo del eje para un potenci�metro perfectamente lineal. La resistencia marcada en el eje vertical puede considerarse como la resistencia entre el contacto y uno de los terminales laterales de la figura 3.1. El �ngulo del eje dibujado en el eje horizontal es el �ngulo a trav�s del cual ha sido rotado, comenzando con cero, grandes como la posici�n en la cual el deslizador est� en contacto directo con el terminal lateral. Como puede verse, un potenci�metro perfectamente lineal da una cierta cantidad de cambio en la resistencia para un n�mero dado de grandes de rotaci�n del eje, sin importar en que punto se encontraba el eje. Es decir, un movimiento del eje desde 0 hasta 60 produce un cambio de resistencia del 20% de la resistencia total; as� mismo, un movimiento del eje desde 180 a 240, 60� de rotaci�n, produce un cambio en la resistencia que va desde el 60% a 80% de a resistencia total, es decir un cambio del 20%.

Es, desde luego, imposible fabricar potenci�metros que tengan una linealidad perfecta. La situaci�n real se muestra en la figura (b) en la cual la resistencia se desv�a de la recta ideal. El punto de la peor desviaci�n con respecto a la recta ideal determina el porcentaje de linealidad del potenci�metro. Por ejemplo, en la gr�fica de a figura (b), en el peor punto, la resistencia real se desv�a de la recta ideal en un 10%.

Esto significa que la resistencia real difiere de la resistencia esperada en una cantidad que es el 10% de la resistencia total. Por tanto la linealidad de este potenci�metro es del 10%. Cuando un fabricante especifica un 10% de linealidad para su potenci�metro, est� garantizando que la resistencia se desviar� de la l�nea recta de resistencia por no m�s del 10% de la resistencia total. De este modo, un potenci�metro de 500 ? con una linealidad del 10% tendr�a una gr�fica de resistencia versus �ngulo del eje en la cual la resistencia real se desv�a de una l�nea recta ideal en no m�s de 50 ?.

Mientras que un 10% de linealidad podr�a ser adecuado para la mayor�a de las aplicaciones industriales de potenci�metros, es casi seguro que no ser�a adecuado para una aplicaci�n de medici�n. Generalmente, los potenci�metros utilizados como transductores tienen linealidades menores que el 1% y en algunos casos tan bajas como el 0.1%. en un potenci�metro de 500 ? con un 0.1% de linealidad, la resistencia real no se desviar�a de la resistencia esperada por la l�nea recta en no m�s de 0.5 ?.

Resoluci�n de un potenci�metro

Muchos potenci�metros son del tipo bobinado. En un potenci�metro bobinado, una cierta cantidad de cable delgado es enrollado alrededor de un n�cleo aislante. Entonces el contacto se mueve de una vuelta de alambre a la pr�xima a medida que se ajusta el potenci�metro. El resultado es que la resistencia del contacto no varia de manera uniforme, sino que varia a pasos. Este fen�meno se muestra, bastante exagerado, en la figura (c). El hecho importante aqu� es que hay un limite en el cambio m�nimo posible de resistencia. El cambio en resistencia m�s peque�o posible es igual a la resistencia de una vuelta de alambre (para un contacto que no hace puente entre vueltas). Por ejemplo, un potenci�metro bobinado de 500 ? que tenga 200 vueltas tendr� una resistencia por vuelta de 500 ?/200 = 2.5 ?. El m�s peque�o ajuste posible del potenci�metro mover�a el contacto de una vuelta a la inmediatamente siguiente, de modo que el cambio en resistencia m�s peque�o posible seria de 2.5?. Este cambio m�s peque�o posible en la resistencia determina la resoluci�n del potenci�metro.

La resoluci�n de un potenci�metro puede considerarse como la m�nima variaci�n posible de resistencia, expresada como un porcentaje de la resistencia total. Para el potenci�metro descrito en el p�rrafo anterior, la resoluci�n ser� de 2.5 ? / 500 ? = 0.5% Como regla general, los potenci�metros que inherentemente tienen buena resoluci�n tienen baja linealidad y viceversa. Desde luego, tomando precauciones especiales en el procese de fabricaci�n, es posible hacer potenci�metros que tengan buena resoluci�n y buena linealidad. Los potenci�metros utilizados para efectos de medici�n son generalmente de este tipo. Tienen buena resoluci�n. Buena linealidad, y buenas caracter�sticas respecto al ambiente (la temperatura y la humedad no los afecta). Son algo costosos, costando alrededor de 20 veces lo que cuesta un simple potenci�metro de control. Con bastante frecuencia, un potenci�metro se instala en un circuito con un voltaje aplicado entre sus terminales laterales como se ilustra en la figura (a). Entonces la rotaci�n del eje crea una variaci�n de voltaje entre sus terminales, en lugar de simplemente una variaci�n de resistencia entre sus terminales. Si la posici�n del eje representa el valor de alguna variable medida, el potenci�metro establece una correspondencia entre la variable medida y Vout.

LED - Fototransistor

La figura siguiente muestra un aislador/acoplador que utiliza un diodo emisor de luz y un fototransistor en lugar de una l�mpara incandescente y una celda fotoconductora. Un diodo emisor de luz, generalmente denominado un LED, es un diodo semiconductor que emite luz cuando por �l circula corriente en polarizaci�n directa. El voltaje directo de arranque de un LED es m�s alto que 0.6 V dado que los LED no est�n hechos de silicio como si lo est�n los diodos rectificadores. Generalmente tienen un voltaje de arranque directo que se encuentra en el rango de 1.0 a 2.2 V. Tambi�n, los LED tienen un voltaje inverso de ruptura que es mucho m�s bajo que el de los diodos rectificadores de silicio. La figura (a) muestra la caracter�stica corriente � voltaje de un LED t�pico. La figura (b) muestra la relaci�n entre la potencia de salida luminosa y la corriente directa para un LED.

Un LED de luz visible no es muy brillante comparado con una l�mpara de 6 V #44, por ejemplo. Algunos LED no siempre emiten una luz visible, sino que emiten luz infrarroja invisible al ojo humano. Desde luego ,tales LED deben utilizarse con fotodetectores que sean sensibles a la radiaci�n infrarroja. Esta es la practica est�ndar que se sigue para a construcci�n de acopladores �pticos comerciales dado que el operador de ninguna manera tiene que ver a luz. Tambi�n, los LED infrarrojos son m�s eficientes que los LED de luz visible, convierten mas cantidad de su energ�a el�ctrica en luz y menos en calor.

Un fototransistor es un transistor que responde a la intensidad de la luz en su lente, en lugar de la corriente de base. Algunos fototransistores pueden responder tanto a la luz incidente como a corriente de base. El fototransistor en la figura (b) no tiene un terminal de base, de modo que responde solamente a la luz. Las flechas ondulantes apuntando a la base simbolizan que es un fototransistor.

La figura siguiente muestra las curvas caracter�sticas de un fototransistor t�pico. Note que la familia de curvas representa diferentes valores de a densidad de potencia luminosa (el t�rmino formal es irradiancia), y no valores diferentes de corriente de base. Los fototransistores no tienen una respuesta tan lineal como la de los transistores de uni�n. Note el espaciamiento no uniforme de las curvas, la cual indica una regi�n no lineal, entre la corriente de colector y la intensidad luminosa.

La combinaci�n LED � Fototransistor en la figura (b) tiene algunas ventajas importantes sobre la combinaci�n l�mpara � celda fotoconductora de la figura (a):

Un LED tiene una vida extremadamente larga comparada a una l�mpara de cualquier clase. Un LED emitir� luz por siempre si es operado a la corriente apropiada; una l�mpara incandescente lo har� por menos de 10 000 horas.

Un LED puede resistir las vibraciones y los choques mec�nicos en los ambientes industriales mucho mejor que una l�mpara de filamento, proporcionando con esto una mayor confiabilidad.

El LED y el fototransistor tienen una velocidad de respuesta m�s r�pida que una l�mpara y una celda fotoconductora. Esto puede ser una ventaja para ciertas aplicaciones de conmutaci�n a alta frecuencia.