Transductores

Un transductor es un dispositivo capaz de transformar o convertir una determinada manifestación de energía de entrada, en otra diferente a la salida, pero de valores muy pequeños en términos relativos con respecto a un generador.

El tipo de transductor ya nos indica cual es la transformación que realiza (por ejemplo electromecánico, transforma una señal eléctrica en mecánica o viceversa). Es un dispositivo usado principalmente en la industria, en la medicina, en la agricultura, en robótica, en aeronáutica, etc., para obtener la información de entornos físicos, químicos y conseguir (a partir de esta información) señales o impulsos eléctricos o viceversa. Los transductores siempre consumen cierta cantidad de energía por lo que la señal medida resulta atenuada.

Tipos de transductores

Existen dos tipos de transductores: los sensores y los actuadores:

  • Los sensores detectan formas de energía, como pueden ser luz o fuerza, y las convierten en una salida de información legible por un sistema electrónico. Por ejemplo, un termopar que produce un cambio medible en la tensión eléctrica cuando se calienta o enfría. O la carga que se genera cuando se aplica una fuerza a un anillo piezoeléctrico de medida de fuerzas.
  • Los actuadores también reciben una entrada y generan una salida, pero funcionan en sentido opuesto a un sensor. Un actuador es un transductor que recibe información y produce una salida, consistente en alguna forma de energía física. Por ejemplo, cuando un teléfono móvil vibra en nuestro bolsillo, lo hace por efecto de actuadores.

Los transductores categorizados como sensores que estudiaremos son:

Resistance Temperature Detector (RTD)

Este tipo de sensores se basan en una propiedad de algunos metales, que hace que su resistencia variación en función de la temperatura a la cual se ven sometidos.

Muchas veces, esta variación es lineal.

Los metales que se suelen utilizan son el Pt (platino), y el Ni (Níquel).

Termistor (NTC o PTC)

El termistor también varía su resistencia eléctrica en función de la temperatura, como la RTD, pero con la diferencia de que esta variación no es lineal, sino exponencial.

Cuando la variación de resistencia es inversa a la de temperatura, el termistor es del tipo NTC (negative temperature coefficient), mientras que si esta variación es directa, entonces es del tipo PTC (positive temperature coefficient).

Su resistencia se define como:


Otra diferencia es que T0 no es la temperatura a cero grados centígrados, sino que es la temperatura ambiente expresada en grados Kelvin : T0 = 25C = 273 + 25 = 298K.
Cuando T = 298K (25C), entonces tenemos que R = R0, por lo que R0 es la resistencia a temperatura ambiente (25C).

Light Dependent Resistor (LDR)

La LDR, también conocida como fotoresistencia o fotoconductor, es un sensor cuya resistencia eléctrica varía en función de la intensidad de luz que recibe.

El funcionamiento de este semiconductor se basa en que al incidir fotones sobre el dispositivo, entonces el semiconductor los absorbe en forma de energía, de manera que los electrones de la banda de valencia saltan a la de conducción, siempre que la luz incidente tenga la suficiente frecuencia, o en otras palabras, la suficiente energía.

El resultado es, por lo tanto, la disminución de la resistencia eléctrica del dispositivo, dado que el electrón libre (y el hueco asociado) se genera en la banda de conducción.
Podemos dividir las fotoresistencias en dos tipos, que son los dispositivos intrínsecos, y los extrínsecos.

En el caso de los intrínsecos, los únicos electrones que tienen la capacidad de saltar a la banda de conducción están situados en la banda de valencia, y necesitan una elevada energía para pasar a la banda de conducción.

Los extrínsecos se dopan con impurezas, por lo que los electrones adquieren una energía inicial mayor que en el caso intrínseco, y por lo tanto, es necesaria una energía (frecuencia, intensidad) menor para pasar a la banda de conducción.

La resistencia de la LDR se caracteriza como:

R = AE−α

R : Resistencia de la LDR.
A , α : Dependen del semiconductor utilizado.
E : Densidad superficial de energía recibida.

Galgas extensométricas o extensómetro

Sirven para medir la presión o el esfuerzo aplicado, y se basan en que al someter la galga a presión se produce en ella una variación de su longitud y el diámetro de su sección, y por lo tanto, varia su resistencia eléctrica.


R0 es la resistencia a 25C = 298K.

Para que se produzca linealidad se ha de cumplir que x << k + 1.

(La relación entre la resistencia “de arriba”, y la “de abajo”).

Para la sensibilidad, se utiliza una definición propia:

Otra diferencia es que T0 no es la temperatura a cero grados centígrados, sino que es la temperatura ambiente expresada en grados Kelvin : T0 = 25C = 273 + 25 = 298K.

T es la temperatura a la que está la RTD, y se expresa en grados Kelvin.

Cuando T = 298K (25C), entonces tenemos que R = R0, por lo que R0 es la resistencia a temperatura ambiente (25C).

Cuando utilizamos el divisor de tensión para determinar el esfuerzo a la que está sometida la galga, para tener la máxima sensibilidad conviene tomar Rp = R0(1 + xm), donde xm es el valor medio con el que solemos trabajar.

Ejemplos de transductores

  • Un micrófono es un transductor electroacústico que convierte la energía acústica (vibraciones sonoras: oscilaciones en la presión del aire) en energía eléctrica (variaciones de voltaje).
  • Un altavoz también es un transductor electroacústico, pero sigue el camino contrario. Un altavoz transforma la corriente eléctrica en vibraciones sonoras.
  • Una cámara digital es un transductor fotoeléctrico que convierte la energía lumínica transportada por los fotones en corriente eléctrica.
  • Una pantalla es también un transductor fotoeléctrico, aunque inverso al anterior. Esta transforma la corriente eléctrica en energía lumínica a través de una matriz de puntos luminosos independientes.
  • Los teclados comunes que transforman el impulso de los dedos sobre las membranas y estas generan el código de la tecla presionada.
  • El sistema de alarma de un automóvil, el cual transforma los cambios de presión dentro del vehículo a la activación de dicha alarma. Algunas de estas son termistores, galgas extensiométricas, piezoeléctricos, termostatos, etc.
  • Un ventilador, que convierte la energía eléctrica en energía mecánica (movimiento del aspa del ventilador).
  • Una estufa doméstica, transformando la energía eléctrica en térmica.
  • El termopar, que convierte la energía térmica en energía eléctrica mediante la unión de dos alambres de distintos materiales, es un transductor termoeléctrico.

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