Proyectos elctricos con sensores

Proyectos elctricos con sensores

Contenido del artculo

Generalidades

Proyectos prcticos

Interruptor por soplado

Sensor de vibraciones digital

Sensor de vibraciones analgico

Sensor de inclinacin

Interruptor de alarma

Generalidades

Un sensor es un dispositivo que responde a un estmulo externo tal como la luz, una fuerza, vibraciones, temperatura, sonido o un campo magntico generando un cambio en una seal de salida. Este cambio de la seal de salida acoplado a un circuito elctrico adecuado puede usarse para muchos propsitos. En este artculo veremos como construir algunos sensores con materiales de fcil acceso y adems algunos proyectos simples de aplicacin de estos y otros sensores para diferentes propsitos.La mayor parte de los sensores pueden clasificarse en dos grupos:

Sensores de abierto-cerrado como un interruptor.

Sensores analgicos que muestran una salida proporcional al estmulo.

Sensores de apagado-encendido

Tambin conocidos como sensores si-no, sensores 0-1, sensores on-off, o sensores binarios son en general dispositivos mecnicos simples, los mas comunes son:

1. Interruptores Reed que se conectan por la proximidad de un imn.

2. Interruptor de pndulo, donde un peso cuelga de un hilo conductor dentro de un anillo metlico y las vibraciones o movimiento del anillo producen el cierre del circuito.

En las figuras 1, 2 y 3 se muestran esquemas para la comprensin del funcionamiento de cada uno de ellos.

Figura 1

Figura 2

Interruptor Reed

La figura 1 muestra un esquema del Interruptor Reed, tambin conocidos como Rel Reed.

Consta de dos electrodos fijos en los extremos de un bulbo generalmente de vidrio transparente, acoplados a estos electrodos hay dos lminas separadas una de las cuales esta construida muy flexible de un material ferromagntico. Cuando se acerca un imn al rel, la atraccin sobre la lmina ferromagntica la encorva y se produce el contacto con la otra lmina cerrando el circuito. Si se separa el imn, de nuevo vuelve la lmina atrada a su posicin original y el circuito se abre. Estos interruptores son muy utilizados en los sistemas de seguridad y las alarmas para la deteccin de la apertura y cierre de puertas y ventanas.

En la figura 2 se muestra un animado del funcionamiento del rel Reed, observe como se cierra el contacto cuando el imn se acerca y se abre cuando se aleja.

Figura 3

Interruptor de pndulo.

En la figura 3 a continuacin puede verse un esquema del interruptor de pndulo que sirve como sensor de movimiento o de vibraciones.

En l como un conjunto, dentro de un cuerpo metlico conductor con un agujero cilndrico cuelga una bola metlica algo mas pequea que el agujero a travs de un hilo conductor. Los movimientos laterales rpidos o de inclinacin del aparato hacen que la bola haga contacto con el interior del agujero cerrando el circuito. La sensibilidad del dispositivo depender de la diferencia de dimetro entre la bola y el agujero.

Sensores analgicos

En estos sensores se obtiene una salida proporcional a la seal de entrada y pueden ser de muchos tipos, los mas comunes son:

1. Foto resistencias:

Son resistencias elctricas cuyo funcionamiento se basa en el efecto fotoelctrico. En ellas el valor de la resistencia elctrica cambia de acuerdo a la intensidad de la luz que les incide. Generalmente tienen el aspecto de la figura 4.Figura 4

2. Foto diodos:

Estos sensores funcionan como un transistor cuya conduccin va desde circuito abierto en la oscuridad, luego la conduccin vara proporcionalmente a la iluminacin que incide sobre ellos y finalmente a partir de cierta intensidad de luz se comportan como circuito cerrado. Un foto diodo tpico se muestra en la figura 5Figura 5

3. Termistores o termo resistencias:

Son resistencias elctricas fabricadas con ciertos semiconductores cuyo valor depende de la temperatura a que se someten. Figura 6Figura 6

4. Micrfonos:

Los que producen un voltaje o cambio de capacidad en dependencia del nivel de sonido. Figura 7Figura 7

5. Sensores piezoelctricos:

Construidos de ciertos cristales o cermicas que producen un voltaje cuando se doblan o se someten a un impacto mecnico.

En la figura 8 se muestra un dispositivo piezoelctrico que puede servir de sensor. Estos se pueden conseguir en los zumbadores de los aparatos electrodomsticos.Figura 8

6. Extensmetros:

Son resistencias elctricas construidas de alambres sumamente finos en forma de zig-zag adheridas a una lmina de papel o plstica. El estiramiento de la resistencia debido a la aplicacin de una fuerza, estira a su vez los alambres conductores por lo que cambia su resistencia elctrica. Se utilizan con frecuencia para determinar deformaciones mecnicas de piezas a las que son adheridos.

Circuitos bsicos de sensores

Los sensores requieren algn dispositivo que indique cuando algo est siendo sensado.

Sensores de abierto-cerrado

Para un sensor simple de abierto-cerrado tal como un rel Reed este indicador puede ser tan simple como una lmpara incandescente, un LED o un zumbador, como se muestra en la figura 9 con el uso de una lmpara.Figura 9

Sensores analgicos

Para los sensores analgicos se requiere un dispositivo que pueda indicar el valor de la seal procedente del sensor, este puede ser un un medidor digital o analgico.Figura 10

Modificacin de las seales.

La salida de los sensores puede clasificarse en dos grupos:

1. Seales activas; que son aquellas portadores de energa tal como un voltaje.

2. Seales pasivas; que son aquellas no portadoras de energa tales como cambios en la resistencia o capacidad elctrica.

En el caso de seales activas, generalmente pueden ser utilizadas directamente por el medio indicador, pero en ocasiones su potencia es pequea y deben ser amplificadas.Las seales pasivas casi universalmente se convierte a un voltaje proporcional para alimentar el medio indicador.

En la figura 11 se muestra un circuito tpico de amplificacin de voltaje y en la 12 como se convierte un cambio de resistencia elctrica en un voltaje proporcional utilizando amplificadores operacionales.Cuando sea necesario la utilizacin de circuitos convertidores o amplificadores de la seal en los proyectos descritos, se dar en cada caso un prototipo a usar.

Figura 11

Figura 12

Proyectos prcticos

Proyecto 1: Interruptor de soplado.

Un interruptor por soplado se cierra por aire comprimido o simplemente soplando por un tubo, estos interruptores son caros y difciles de conseguir pero puede construirse uno fcilmente. De los muchos posibles, el que se muestra en la figura 13 es uno de los mas realizables.Figura 13

Proyecto 2: Sensor de vibraciones digital

En la figura 14 se muestra un esquema de como construir un sensor del tipo digital, capaz de detectar las vibraciones, que puede ser utilizado con bajo voltaje. A los cables de salida puede conectarse un zumbador una luz o una alarma.

Se unen como se muestra, una placa de circuito con la cubierta de cobre a otra mas pequea sin cobre utilizando un tornillo, este tornillo a su vez aprieta un lazo hecho de alambre conductor que sirve como entrada de la corriente. En el tornillo adems se ha anclado un presilla de oficina de manera que la corriente se conduce a ella.

La presilla sujeta, y conecta a la corriente de entrada, un alambre de acero flexible del tipo de "cuerda de guitarra" con su extremo doblado hacia la cubierta de cobre de la placa de abajo, pero ligeramente separado de esta.

Con el uso de otro tornillo se conecta el cable de salida a la placa de abajo segn se muestra.

Un contrapeso tal como una plomada de pescar montado sobre el alambre aumenta la sensibilidad.Moviendo el contrapeso hacia la presilla o separando la punta del alambre de la superficie de cobre se reduce la sensibilidad.

Cuando se somete el dispositivo a vibraciones el alambre de acero hace contacto con la placa de cobre cerrando el circuito a la misma frecuencia que las vibraciones.

Figura 14

Proyecto 3: Sensor de vibraciones analgico

En la figura 15 se muestra un esquema de otro dispositivo que puede sensar las vibraciones de manera analgica y no necesita alimentacin con electricidad.

Como elemento sensor se usa un platillo piezoelctrico extrado de un zumbador de los utilizados en los aparatos domsticos. Este elemento piezoelctrico se coloca con la mitad de su dimetro debajo de una regla y presionado por dos ladrillos como se muestra, en el extremo de la regla se coloca un contrapeso.

Cuando el dispositivo se somete a vibraciones los movimientos verticales de la regla doblan un tanto el elemento piezoelctrico y este entonces, generar un voltaje proporcional al doblado. Un voltmetro de aguja conectado a los cables de salida del elemento piezoelctrico mostrar su aguja vibrando al mismo ritmo que las vibraciones a que se someta el dispositivo.

Si se conecta un led de alto brillo con la polaridad adecuada a los cables de salida del dispositivo y el extremo de la regla sin contrapeso se golpea ligeramente, se ver al led iluminarse con cada golpe. Usando un osciloscopio como elemento indicador podr determinarse la forma y frecuencia de la oscilacin.

Figura 15

Proyecto 4: Sensor de inclinacin.

Este interruptor de pndulo (figura 16) es ideal para detectar inclinacin o movimientos laterales. Se usa en sistemas de seguridad y sensores ssmicos. Puede construirse partiendo de materiales de fcil acceso.

Utilice arandelas electro-galvanizadas o niqueladas, pguelas sobre los estantes intermedios a los que previamente se han hecho los agujeros para que pase el hilo del pndulo.

El orificio del estante y arandela superiores son mas pequeos que los del estante inferior para lograr una segunda seal opcional si la inclinacin se hace muy grande.

El recipiente lleno de aceite es opcional, y sirve para amortiguar los movimientos del pndulo.

Observe que si el conjunto se inclina, el alambre de la plomada hace contacto con la arandela superior primero, cerrando el circuito, por lo que el zumbador 1 comienza a sonar. Si continua el movimiento entonces har contacto la arandela 2 y sonar tambin el otro zumbador.

El interruptor S1 sirve para poner en marcha el sensor.Figura 16

Proyecto 5: Interruptor de alarma

Muchos sistemas de alarma usan interruptores del tipo abierto-cerrado como los rels Reed, las cintas de metales conductores adheridas a los vidrios (las que se abren cuando los vidrios se rompen) y los sensores de vibracin, para detectar cuando las ventanas o puertas son abiertas o vibran. La figura 17 muestra como se colocan los sensores del tipo rel Reed. Cuando la puerta est cerrada, el imn montado en ella se coloca junto al rel colocado en el marco y lo cierra, si la puerta se mueve el imn se separa, el rel se abre, y hace funcionar la alarma.

En la figura 18 se muestra un diagrama elctrico bsico de como conectar varios sensores de abierto- cerrado a la alarma.

Este circuito tiene un rel que conecta la alarma cuando alguno de los sensores se abre o se corta el cable de conexin. El interruptor S4 debe accionarse momentneamente para activar la alarma, esto alimenta el rel que luego a travs de uno de sus contacto se mantiene auto-alimentado.

Observe que este circuito cuando est activo siempre est drenando la corriente de la bobina del rel de la batera.

A este sistema bsico se le puede adicionar cierto grado de inteligencia, con ello, adems de hacer funcionar la alarma, el sistema puede informar cual o cuales de los sensores han sido accionados y evidentemente con esto, saber cual puerta o ventana se ha abierto. Para ver uno de estos circuitos pinche aqu.

Proyectos con sensores elctricos 2.

Proyecto 6: Sensor de agua o fuego

La figura 1 muestra como puede hacerse un interruptor normalmente cerrado muy simple, capaz de sensar el calor del fuego o la presencia de agua, utilizando un prensa-ropa.

Una presilla para papeles doblada de forma adecuada se atornilla a una de las palancas como se muestra, otro tornillo asegurado a la otra palanca cierra el contacto cuando las palancas se accionan.

Los cables de conexin a la alarma o al indicador se acoplan a los tornillos de las palancas.

Para sensar fuego: Ponga una lasca de cera de una vela entre las piezas de apriete de manera que el contacto se cierre y quede cerrado, la fusin de la cera por el calor del fuego abrir el contacto y se accionar la alarma.

Para sensar agua: Puede usar una tableta soluble en agua tal como una aspirina.Figura 1

Proyecto 7: Sensor de voltaje

En la figura 2 se muestra un esquema de como sensar un valor de un voltaje de manera muy simple. Cuando se supera en umbral de voltaje del diodo zener el led se enciende, mientras tanto permanece apagado. La resistencia

HYPERLINK "http://www.sabelotodo.org/electrotecnia/resistenciaelectrica.html" \t "_new" R sirve para limitar el valor de la corriente.

En la figura 3 se puede ver un diagrama de un indicador luminoso que puede servir para determinar mltiples rangos de valores de voltaje.

A medida que el voltaje de entrada crece se van superando los umbrales de voltaje de los diferentes led y estos se van iluminando consecutivamente.Figura 2

Figura 3

Proyecto 8: Sensor de infrarrojos

En la figura 4 se muestra un esquema de como construir un sensor de rayos infrarrojos muy simple para detectar las radiaciones de una fuente de calor.

En el foco del reflector de una linterna se coloca una termo resistencia con los alambres de salida arrollados en sus electrodos de salida. Estos alambre se doblan adecuadamente y se fijan al reflector con el uso de cinta adhesiva.

Es muy importante para aumentar la sensibilidad del dispositivo colocar el termistor en el foco de la parbola formada por el reflector, este foco es exactamente donde el bombillo original tiene el filamento.Figura 4

Proyecto 9: Interruptor de infrarrojos

Elabore el circuito como se muestra en la figura 5, en ella T1 y T2 son termistores.

Conecte la batera y espere algunos segundos hasta que los termistores se estabilicen. Mueva el potencimetro R2 muy despacio hasta que el LED se apague, luego si acerca la mano al reflector o enciende un fsforo desde la distancia de 1 metro o mas el LED se enciende.

Observe que los cambios de temperatura de la habitacin no influyen, debido a que producen un cambio de resistencia igual en ambos termistores.Figura 5

Proyecto 10: Amplificador de la seal infrarroja.

El circuito de la figura 6 amplifica y convierte en voltaje los cambios de resistencia del termistor T1.

Utilice una amplitud de escala del multmetro de 0-5 0-10 voltios. Ajuste a R1 hasta que la aguja est en el centro de la escala. Una fuente de calor tal como la punta de una pistola de soldar har moverse la aguja de un lado a otro a medida que se acerque o aleje del sensor.

Figura 6

Proyecto 11: Hacer un extensmetro

En la figura 7 aparece un esquema de como puede construirse un extensmetro o sensor de tensin muy simple. En una tira de lmina plstica a la que se ha dada lija para hacer la superficie rugosa (de ser necesario), se dibuja una doble T como se muestra, usando un lpiz de grafito blando. Dada la conductividad elctrica del grafito, este dibujo constituye una resistencia elctrica.

El valor de la resistencia medido entre los extremos de la T cambia si la lmina se dobla o tuerce. El cambio se produce de la manera siguiente:

Cuando se dobla hacia la cara con grafito la resistencia disminuye y cuando se dobla al contrario aumenta.La resistencia deseada puede calibrarse borrando parte del trazo ligeramente con una goma de borrar. Puede aplicarse un capa ligera de barniz para evitar cambios posteriores de la resistencia por la humedad del ambiente.

En la figura 8 se muestra como puede aumentarse la sensibilidad.

Figura 7

Figura 8

Proyecto 12: Sensor para pantalla de vdeo

Pegue con cinta adhesiva a la pantalla del monitor en el lugar adecuado una foto resistencia, o un foto diodo como se muestra en la figura 9. El cambio de resistencia con los cambios de iluminacin en la pantalla pueden servir como seal para alimentar circuitos para propsitos mltiples.

Este simple dispositivo puede servirle para:

1. Conocer cuando un programa que demora mucho tiempo elaborando datos ha terminado, programando adecuadamente la apertura y cierre de las ventanas.

2. Colocado el sensor sobre la luz indicadora del disco duro o reproductor de CDs puede saberse cuando estn trabajando.

3. Para monitorear reas con una cmara. Las cmaras estn siempre enviando imgenes al monitor, pero usted debe estar mirando el monitor para saber si algo pasa. Colocando el sensor sobre el rea de la pantalla donde los cambios o movimientos son mas probables de ocurrir, puede hacerse sonar un zumbador o alarma luminosa al cambio de la imagen.Figura 9

Proyecto 13: Generador de tonos para sensor de pantalla.

El circuito que se muestra en la figura 10, genera un tono diferente en el parlante para los diferentes niveles de iluminacin de la pantalla.

Puede reemplazar el parlante por un zumbador piezoelctrico.Incrementando el valor de C1 se reduce la frecuencia del tono.Figura 10

Proyecto 14: Rel accionado por sensor de pantalla.

En la figura 11 se muestra un circuito para disparar un rel por cambios de la iluminacin de una zona de la pantalla del monitor. Este circuito est mejorado con respecto al anterior ya que utiliza dos foto-resistencias en lugar de una, de esta forma los cambios de iluminacin en la habitacin no influyen en el funcionamiento del circuito, ya que estos cambios se producen por igual en ambas foto-resistencias. Solo cuando la foto-resistencia de arriba recibe mas luz que la de abajo, el circuito se desbalancea y se conecta el rel.

Otros proyectos aqu. Para ir a otros temas de electrotecnia aqu.Para ir al ndice general del portal aqu.

Sensores de inclinacin caseros

Para un proyecto de la facultad, decidimos hacer unos sensores para detectar en qu orientacin (dentro de un plano vertical) estaba un proyecto. Investigando encontramos unos simples sensores, basados en las comunes tiras de pines:

Basicamente son dos pares de tiras, con una esfera conductora en el medio. Dichos sensores fueron armados y funcionaban ms o menos, a veces era necesario hacer mucha fuerza lateral para activarlos, por lo que no se suelen activar solo con la gravedad.

Por lo tanto decidimos rearmarlos de otra forma: con un tubo conductivo y una esfera que conecta el tubo con dos terminales laterales.

Para detectar en qu posicin est el proyecto, se utilizaron dos de estos sensores, ubicados a 90, a 45 respecto de la placa. De esta forma en cada una de las 4 posibles orientaciones siempre hay 2 contactos conectados:

A la hora de implementarlo, se encontraron con dos problemas principales: El primero es que es necesario lijar el tubo de forma tal de eliminar el xido y as ayudar a la conduccin. El segundo es el rebote luego de girada la placa, causado por el propio rebote de la esfera sobre los contactos. Para resolverlo, se sobremuestrearon los sensores y se esper a que ambos estuvieran en un estado estable durante un cierto tiempo para cambiar la imagen.

Para evitar el problema de la mala conduccin, es posible usar sensores pticos reflectivos, y una esfera coloreada de tal forma que se detecte la distancia a la esfera. Con eso podra implementarse un sistema ms robusto, aunque quizs convenga reemplazarlos directamente por un acelermetro y un microcontrolador que lea la aceleracin en cada eje y estime la rotacin de la placa.