Fundamentos

Según la Real Academia Española, un transductor se puede definir como:

• Dispositivo que transforma el efecto de una causa física, como la presión, la temperatura, la dilatación, la humedad, etc., en otro tipo de señal, normalmente eléctrica. 

Buscando la raíz etimológica de esta palabra la podemos dividir en dos elementos:

Transductor : Trans y Ductor

Trans es un prefijo, que proviene del latín Trans, que significa: ''Al otro lado'' o ''A travéz de''

Ductor es una palabra proveniente del latín Ductor, -ōris, el cual significa ''Guía o caudillo''

Transductor es una palabra compuesta, el cual puede relacionarse con un ''Guía que te lleva al otro lado''

 
Este dispositivo es usado en varios ciencias, para diversas aplicaciones, como por ejemplo:

En industrias, medicina interna, agricultura, robótica, aeronáutica, y muchos más.

Algunas aplicaciones comunes son:

• Un tostador, transformando la energía eléctrica en térmica. Esto es gracias al calentamiento de una resistencia.
• Un micrófono, transformando la energía acústica en energía eléctrica. Siendo este un transductor electroacústico (por raíz etimológica, electro de electricidad o electrones, y acústica de la misma; es en fin una palabra compuesta para definir la relación entre dos energías totalmente distintas)
• Un ventilador, convierte la energía eléctrica en mecánica.
• Una nevera, pasa de energía eléctrica a térmica.

Este es uno de varios tipos de transductor que analizaremos en este blog. Este es de presión.
Podemos apreciar su cuerpo y los componentes o las funciones que hace:


De arriba hacia abajo tenemos:

• Conexión eléctrica
• Filtro
• Condicionamiento de  señales 
• Presión absoluta
• Una galga extensiométrica
• Un aislador
• Puerto de presión

Ahora, veremos mediante una imagen el proceso que se efectúa con el transductor:

      Observamos la salida de una energía acústica, que pasa por un proceso, y luego vuelve a ser acústica.
Este puede ser el proceso para un teléfono celular.

      Primero emitió una señal en energía acústica, pasa por un transductor para pasar a ser energía eléctrica la cual, como señal electrónica pasa por un circuito, el cual pasa al transmisor que la lleva a la línea, y de la línea pasa al recibidor como la misma señal electrónica, la cual pasa por un transductor que hace la función, mas al inverso del primer transductor para que el receptor puede discernir el mensaje enviado.

Como los transductores trabaja como convertidor de energía, necesitamos saber qué energías existen:

1. Energía eléctrica
2. Energía luminosa
3. Energía mecánica
4. Energía térmica
5. Energía eólica
6. Energía solar
7. Energía nuclear
8. Energía cinética
9. Energía potencial
10. Energía química
11. Energía hidráulica
12. Energía sonora
13. Energía radiante
14. Energía fotovoltaica
15. Energía de reacción
16. Energía iónica
17. El petróleo como energía
18. El gas natural como energía
19. El carbón como energía
20. Energía geotérmica
21. Energía mareomotriz
22. Energía electromagnética
23. Energía metabólica
24. Biomasa
25. Energía hidroeléctrica
26. Energía biovegetal
27. Energía marina
28. Energía libre
29. Energía magnética
30. Energía calorífica

      Obviamente, el transductor no usará todos estos tipos de energía mas que las más comunes, que son la eléctrica, mecánica, electromagnética, lumínica, química, acústica, térmica.

Transductores de Presión y Flujo

Transductor de Presión

La función de este tipo de transductor es transformar la presión en una señal eléctrica analógica.
Hay extensos tipos de transductores de presión, mas el más común es el extensiométrico.

Un extensómetro es un instrumento de precisión con el cual se miden las deformaciones de las piezas sometidas a esfuerzos de tracción o de compresión, diferencias de dilatación de los ensayos de metales, etc...

Como se ve en la palabra Extenso y Metro. Medida de extensión.

La conversión de la presión en una señal eléctrica se consigue mediante la deformación física de los extensómetros que están unidos en el diafragma del transductor de presión y cableados en una configuración de puente de Wheatstone. La presión aplicada al transductor de presión produce una deflexión del diafragma, que introduce la deformación a los medidores. La deformación producirá un cambio de resistencia eléctrica proporcional a la presión.

 También se les hace llamar a ellos sensores de presión.

Una aplicación muy común de ellos son en los pesos digitales 

Sentirá nuestro peso y enviará una señal al display. Así de sencillo.

Transductor de Flujo

Los transductores de flujo, también conocidos como de caudal, recogen las velocidades de flujo de aire o líquidos. Los sensores de caudal usan diferentes principios de medición. Mediante la velocidad del flujo las unidades de análisis calculan el caudal o determina mediante un contador la cantidad corrida.

Cuando se quiere medir un flujo, se usan transductores cuando el tipo de medición es mediante ultrasonido.
Este tipo de medición puede ser de dos maneras:

• Doppler: este mide los cambios de frecuencia causado por los cambios del líquido. žSe colocan dos sensores cada uno a un lado del flujo a medir y se envía una señal de frecuencia conocida a través del líquido. Sólidos, burbujas y discontinuidades en el líquido harán que el pulso enviado se refleje, pero como el líquido que causa la reflexión se está moviendo la frecuencia del pulso que retorna también cambia y ese cambio de frecuencia será proporcional a la velocidad del líquido.  

El transductor en este caso es el sensor, porque mediante convierte la energía en una señal eléctrica que se proyectará en el display.

• Tránsito: tienen transductores colocados a ambos lados del flujo. Su configuración es tal que las ondas de sonido viajan entre los dispositivos con una inclinación de 45 grados respecto a la dirección de flujo del líquido. La velocidad de la señal que viaja entre los transductores aumenta o disminuye con la dirección de transmisión y con la velocidad del líquido que está siendo medido    

Transductores de Temperatura y Humedad

Transductor de Temperatura

Existen varios tipos de transductores de temperatura:

• Detectores de temperatura de resistencia
• Termistores
• Sensores de IC
• Termopares

Transductores detectores de temperatura de resistencia se basa en el principio según el cual la resistencia de todos los metales depende de la temperatura. La elección del platino en los RTD de la máxima calidad permite realizar medidas más exactas y estables hasta una temperatura de aproximadamente 500 ºC. Los RTD más económicos utilizan níquel o aleaciones de níquel, pero no son tan estables ni lineales como los que emplean platino.

Los Termistores son semiconductores electrónicos con un coeficiente de temperatura de resistencia negativo de valor elevado y que presentan una curva característica lineal tensión-corriente siempre que la temperatura se mantenga constante.

La relación entre la resistencia y la temperatura viene dada por la expresión.


En la que:

Rt= Resistencia en ohmios a la temperatura absoluta Tt.
R0= Resistencia en ohmios a la temperatura absoluta de referencia T0.
b = constante dentro de un intervalo moderado de temperaturas.
Hay que señalar que para obtener una buena estabilidad en los termistores es necesario envejecerlos adecuadamente.

      Los termistores de conectan a puentes de Wheatstone convencionales o a otros circuitos de medida de resistencia. En intervalos amplios de temperatura, los termistores tienen características no lineales. Al tener un alto coeficiente de temperatura poseen una mayor sensibilidad que las sondas de resistencia estudiadas y permiten incluso intervalos de medida de 1°C (span). Son de pequeño tamaño y su tiempo de respuesta depende de la capacidad térmica y de la masa del termistor variando de fracciones variando de fracciones de segundo a minutos.

     La distancia entre el termistor y el instrumento de medida puede ser considerable siempre que el elemento posea una alta resistencia comparada con la de los cables de unión. La corriente que circula por el termistor a través del circuito de medida debe ser baja para garantizar que la variación de resistencia del elemento sea debida exclusivamente a los cambios de temperaturas del proceso.

      Los termistores encuentran su principal aplicación en la compensación de temperatura, como temporizadores y como elementos sensibles en vacuómetros.

Sensores de CI

Los sensores de circuitos integrados resuelven el problema de la linealidad y ofrecen altos niveles de rendimiento. Son, además, relativamente económicos y bastante precisos a temperatura ambiente.
Sin embargo, los sensores de CI no tienen tantas opciones de configuraciones del producto o de gama de temperaturas, y además son dispositivos activos, por lo que requieren una fuente de alimentación.

Éstos forman parte de la tendencia hacia los "sensores inteligentes", que son unos transductores cuya inteligencia incorporada facilita las actividades de reducción y análisis de datos que el usuario debe realizar normalmente en el sistema de adquisición de datos.

Termopares

Se utilizan extensamente, ya que ofrecen una gama de temperaturas mucho más amplia y una construcción más robusta que otros tipos. Además, no precisan alimentación de ningún tipo y su reducido precio los convierte en una opción muy atractiva para grandes sistemas de adquisición de datos. Sin embargo, para superar algunos de los inconvenientes inherentes a los termopares y obtener resultados de calidad, es importante entender la naturaleza de estos dispositivos.

 

Transductor de Humedad

      Aplicaciones comunes para este tipo de transductor, es en lugares donde la humedad tiene que permanecer constante (laboratorios). Los transductores se suelen conectar a una unidad de control separada. Los transductores de humedad convierten la magnitud física de humedad del aire en una señal normalizada, que la transfiere a un sistema de control.

Transductor de sonido

      El sonido en transductores de energía eléctrica es el micrófono, y los tipos de micrófonos son clasificados por el tipo de transductor que usan. Sin embargo el micrófono se usará como filtrado acústico, entradas cuyas ondas y dimensiones modifican la respuesta del sistema. Se necesitan porque cada transductor tendrá su propia respuesta que está determinada por resonancias en los materiales. Este tipo de compensación es preferible a usar métodos eléctricos, porque los filtros acústicos pueden tener muchos efectos estafadores con menos impacto en el resto del rango de frecuencias.

Algunos tipos son: 

Electrostático o de condensador: cuando la separación entre las placas del condensador varía, también varia su capacidad, lo que a su vez provoca una variación en voltaje entre las placas (micrófono). A la inversa, cuando una de las placas recibe una cantidad variable de carga eléctrica, la fuerza con la que atrae a la otra placa cambia, y como consecuencia ésta vibra (altavoz)

Piezoeléctrico: cuando un material piezoeléctrico se comba, aparece una cierta cantidad de carga positivia en uno de sus lados,  la misma cantidad de carga negativa en el lado opuesto. Esta polarización puede ser recogida por un circuito eléctrico (micrófono). A la inversa, cuando el material piezoelectrico es polarizado por un circuito externo, se deforma (altavoz).

Dinámico: cuando una corriente alterna recorre una bobina, un campo magnético externo ejerce sobre ella una fuerza, que también es alterna (micrófono). Cuando una espira conductora se mueve en el seno de un campo magnético externo, de forma que el flujo del campo magnético varíe con el tiempo, en la espira se induce una fuerza electromotriz (altavoz).

Magnético: es similar al dinámico; existe una pieza de material magnético (armadura) que se mueve  mientras que la espira o arrollamiento permanece en reposo.

De carbón: se utiliza un recipiente lleno de gránulos de carbón. Cuando se aplica una presión en una de las paredes del recipiente, el área de contacto entre los gránulos de carbón y sus vecinos también  aumenta, favoreciendo el paso de corriente eléctrica de una a otro (micrófono).

Transductores Luminosos

      Los transductores de luz se usan en aquellos lugares donde por ejemplo es necesario activar una fuente luminosa artificial cuando disminuye la intensidad de luz diurna. Los transductores de luz captan la intensidad luminosa y la convierten en una señal eléctrica para que un controlador pueda trabajar los valores de medición. 

      Esto permite, por ejemplo, que una nave de producción mantenga la misma claridad, lo que asegura que las condiciones del puesto de trabajo sean iguales. En conexión con un registrador de datos puede almacenar los valores de luminosidad a través de un periodo de tiempo, lo que permite por ejemplo determinar las horas de luz solar.

      La luz es uno de los fenómenos más importantes y significativo para el ser humano. Los transductores cuantifican la luz en una unidad, haciendo posible que máquinas e instalaciones eléctricas distingan entre ambientes claros y oscuros. No importa que se trate del control de marquesinas o persianas, o determinar las horas de luz antes de construir una instalación fotovoltáica, o simplemente necesite un interruptor crepuscular, todas estas aplicaciones requieren un transductor de luz. La conversión de luz en una señal eléctrica puede ser efectuada por ejemplo mediante fotoresistencias (LDR = light dependent resistor). Con el aumento de luz baja la resistencia eléctrica. Además puede usar semiconductores que, en caso que cambie el nivel del luz, variarán también ciertas propiedades eléctricas. La electrónica conectada a los sensores tendrán como tarea de linealizar la señal en caso necesario y convertirla en una señal normalizada.