Unidad 2: Sensores y Actuadores

Actualmente, existen sensores para medir casi cualquier cosa, y se diseñan más cada día. Para clasificarlos, se dividen en dominios, según la variable física que miden, como por ejemplo:

• Químicos: Miden concentración química, composición, y velocidad de reacción.
• Eléctricos: Para detectar corriente, voltaje, resistencia, capacitancia, inductancia, y carga.
• Magnéticos: Intensidad de campo magnético, densidad de flujo, y magnetización.

• Mecánicos: Detectan desplazamiento, tensión, nivel, posición, velocidad, aceleración, fuerza, torque, presión, ó flujo.
• Radiantes: Miden la intensidad de onda electromagnética, la longitud de onda, polarización y fase, entre otros.
• Térmicos: temperatura, calor y flujo de calor.

• Son de los sensores más comunes y ampliamente utilizados
• Típicamente, producen una salida eléctrica proporcional al desplazamiento
• Existen de contacto, como las galgas extensiométricas, tacómetros, y otros.
• Ó los encoders, de efecto Hall, capacitivos, inductivos, que son de no contacto
• Los sensores de alta resolución, como galgas, efecto Hall, inductivos y capacitivos, trabajan en rangos pequeños (de 0,1 mm hasta los 5 mm)

• Medir la aceleración suele ser importante para sistemas sujetos a impactos ó vibración.
• A pesar de que se puede obtener a partir de sensores lineales ó rotacionales; se prefieren los acelerómetros
• Existen 2 tipos de acelerómetros, los de masa sísmica, y los de piezoeléctrico
• Los primeros son ideales para bajas frecuencias (menos de 1kHz) y los piezoeléctricos, para altas frecuencias (más de 1kHz)

• Para medir estas variables, los sensores más comunes son del tipo piezoeléctrico, ó los dinamómetros de galgas extensiométricas
• Pueden identificar fuerzas o torques en uno ó varios ejes
• Los que utilizan galgas están limitados por su frecuencia natural
• Mientras que los de piezoeléctricos, trabajan en un amplio rango de frecuencias, tienen mayor resolución, son compactos, y poseen mayor rigídez
  

• Medir flujo es una tarea compleja, ya que el medio puede variar entre líquido y gas, ó ser una mezcla de ambos
• Además, el fluido puede ser laminar ó turbulento, y puede cambiar con el tiempo
• Es muy importante elegir el tipo de sensor según el tipo de fluido, por ejemplo, si el fluido es corrosivo, con partículas abrasivas, su nivel de pH; el ángulo de inclinación de la tubería, etc.
  

• Los más comunes son las termocuplas, los termistores, RTD (resistencias detectoras de temperatura), y los infrarrojos.
• Las termocuplas son las más versátiles, económicas, y de amplio rango hasta 1200 grados
• Los termistores son dispositivos semiconductores, cuya resistencia varía según el cambio de temperatura. Son muy sensibles en rangos hasta los 100 grados$
• RTDs son las más estables, y trabajan de forma lineal en un alto rango de trabajo.
• Mientras que los infrarrojos trabajan como sensores de no contacto. Son altamente usados para generar un mapa térmico de una superficie.
  

• Detectar la intensidad de luz y un campo de visión amplio, son dos mediciones importantes utilizadas en aplicaciones de control
• Los fototransistores, fotodiodos, y fotoresistencias, son de los más comunes, para detectar intensidad luminosa
• En una subcategoría, se encuentran los sensores de color, y las cámaras industriales.
• Al medir cualquier aspecto de la luz, para potenciar el funcionamiento del sensor, es ideal controlar, tanto como sea posible, las condiciones de luz en la medición.
  

• Actualmente, hay muchos materiales nuevos, que se están aplicando para desarrollar nuevos sensores, especialmente en medición de situaciones distribuidas
• Por ejemplo, fibra óptica, piezoeléctricos, y materiales magnetostrictivos
  

• Disponibilidad (aire)
• Facilidad de transporte
• Almacenamiento
• Hidráulica insensible a cambios de la temperatura
• Limpieza (aire)
• Bajo costo
• Capacidad de altas velocidades
• Ajustables
• Seguros en el manejo de carga

• Preparación exahustiva
• Compresibilidad no asegura siempre el mismo funcionamiento
• Requisitos de fuerza (bajo costo hasta un nivel de fuerza)
• Nivel de ruido
• Costo relativo de conversión de energía

• DoF: Grado de libertad
• Efector final: Herramienta que utiliza el robot para interactuar con los objetos
• Área de trabajo: Rango máximo de movilidad que posee el robot. Es de especial importancia conocerlo por temas de seguridad
• Velocidad de movimiento: Tener cuidado de que cuando el robot tiene carga, la velocidad sea menor a la velocidad sin carga
• Carga: Peso que puede manipular el robot. Depende de la distancia entre los centros de la carga y el efector final.

• Entre 6 y 7 DoF (grados de libertad)
• Robots industriales vs robots colaborativos
• Permiten ubicar distintos efectores finales

• Rango: Es la diferencia entre el valor máximo y mínimo del parámetro a medir
• Resolución: El cambio más pequeño que el sensor puede detectar
• Exactitud: Diferencia entre el valor medido y el valor real
• Repetitibilidad: Habilidad de reproducir un valor repetidamente, bajo condiciones idénticas
• Sensibilidad: Nivel de cambio de la salida del sensor, respecto a un cambio en la entrada.
• Ajuste a cero: Tener un valor diferente de cero, cuando no hay entrada.
  

• Tiempo de respuesta: Tiempo entre la entrada y la salida correspondiente

• Temperatura de operación: El rango de temperatura en que trabaja correctamente

• Función de transferencia: Relación entre la salida y la entrada

• Impedancia y acople de impedancias: Impedancia propia del componente y su integración con la impedancia de los sistemas posteriores

• Histéresis: Desviación del componente, en cualquier punto.

• Fuerza/torque máximo
• Velocidad (toruqe/fuerza) sin y con carga
• Requisitos de potencia (en cuanto a la alimentación)
• Disipación de calor
• Protocolo de comunicación (señales digitales, analógicas, software)