En el ámbito de la instrumentación y el control, es fundamental comprender las diferencias entre transductor, sensor y captador. Aunque a menudo se usan indistintamente, cada término tiene una connotación específica:

  • Un transductor es un dispositivo que convierte una magnitud física (como temperatura, presión, luz, etc.) en una señal eléctrica proporcional a dicha magnitud. Su función principal es transformar un tipo de energía en otro, generalmente para facilitar su procesamiento o medición electrónica.
  • Un sensor es el elemento primario que detecta directamente la variable de entrada a medir. Su modificación o respuesta a esta variable se convierte posteriormente en una señal que puede ser interpretada por un transductor o un sistema de control. A diferencia del transductor, el sensor no necesariamente transforma la magnitud a una señal eléctrica, sino que reacciona a ella.
  • Un captador es un término comúnmente utilizado para referirse tanto a un sensor como a un transductor, especialmente cuando su función es medir una variable de salida y retroalimentarla a un comparador en sistemas de lazo cerrado.

Tipos de Transductores y Sensores

Transductores Resistivos

Estos transductores basan su funcionamiento en la variación de su resistencia eléctrica en función de la magnitud física que miden.

Termómetros de Resistencia de Alambre Metálico (RTD)

La resistencia de la mayoría de los metales aumenta con la temperatura de manera lineal. Este tipo de termómetro, como el de platino, ofrece una relación resistencia-temperatura muy lineal y puede utilizarse en un amplio rango de temperaturas, aunque su costo es más elevado.

Fotorresistencias (LDR)

Las LDR (Light Dependent Resistors) son componentes cuya resistencia varía inversamente con la intensidad de la luz incidente. En ausencia de luz, tienen pocos electrones libres y su resistencia es elevada; al incidir la luz, liberan un gran número de electrones, facilitando la conducción. Se aplican en circuitos de control y alarma que actúan según la intensidad luminosa.

Termistores

Al igual que los RTD, los termistores se utilizan para medir la temperatura. Son pequeñas piezas de material semiconductor hechas de mezclas de óxidos metálicos (como Cr, Co, Ni, Fe, Mn). Pueden adoptar formas como perlas, discos o varillas. La resistencia de los termistores generalmente disminuye con un aumento de temperatura (NTC) o aumenta (PTC).

Galga Extensométrica

Una galga extensométrica es un dispositivo que consiste en un alambre, lámina o tira semiconductora que se adhiere a una superficie. Su resistencia cambia cuando está sujeta a tensión o deformación. El cambio en la resistencia es directamente proporcional a la tensión (ε) a la que está sometida, es decir, a la deformación o alargamiento que sufre el material.

Potenciómetros

Un potenciómetro giratorio consta de una pista circular de hilo conductor sobre la cual se desplaza un contacto eléctrico (cursor). Si la pista tiene una resistencia constante por unidad de longitud, el desplazamiento angular del cursor (ángulo Ø) es proporcional a la resistencia que opone. De esta forma, un desplazamiento angular puede convertirse en una diferencia de resistencia.

Resistencias No Lineales (NTC / PTC)

Fabricadas a partir de materiales semiconductores, estas resistencias tienen la propiedad de variar su valor en función de variables como la temperatura, la tensión o la luz.

  • La resistencia NTC (Negative Temperature Coefficient) aumenta su resistencia óhmica cuando la temperatura disminuye.
  • La resistencia PTC (Positive Temperature Coefficient) aumenta su resistencia óhmica cuando la temperatura aumenta.

Transductores Capacitivos

Estos transductores se basan en la variación de la capacidad eléctrica de un condensador.

Transductor de Separación de Placa Variable

Los condensadores están formados por dos placas de material conductor separadas por un dieléctrico (material aislante). Su capacidad depende de la separación entre las placas; por lo tanto, una alteración en esta separación produce un cambio en la capacidad eléctrica. Si la separación aumenta un valor ‘x’, la capacidad varía proporcionalmente. Este tipo de transductor puede emplearse para medir desplazamientos, como el nivel de líquidos.

Transductores Inductivos

Estos transductores operan mediante la variación de la inductancia o la reluctancia en un circuito magnético.

Transductor de Reluctancia Variable

La reluctancia en un circuito magnético es análoga a la resistencia en un circuito eléctrico. La reluctancia del camino del aire depende de su longitud y, en este transductor de desplazamiento, se modifica por el movimiento de una placa ferromagnética. Puede utilizarse para la medición de desplazamientos y fuerzas, abarcando rangos desde aproximadamente un cuarto de milímetro hasta 250 milímetros.

Transductores Activos Eléctricos

A diferencia de los pasivos, los transductores activos generan su propia señal eléctrica sin necesidad de una fuente de energía externa.

Transductores Termoeléctricos (Termopares)

Si dos metales diferentes se unen, se produce una diferencia de potencial (voltaje) a lo largo de la unión, conocida como efecto Seebeck. Esta diferencia de potencial depende de los metales utilizados y de la temperatura de la unión. Un termopar es un circuito completo que implica dos de dichas uniones. Si ambas uniones están a la misma temperatura, no hay diferencia de potencial neta. Sin embargo, si existe una diferencia de temperatura entre las dos uniones, se generará una diferencia de potencial cuyo valor dependerá de los metales en cuestión y de las temperaturas en ambas uniones.

Transductores Piezoeléctricos

Cuando un cristal es estirado o aplastado, sus iones se desplazan de sus posiciones normales. En algunos cristales, esto provoca que una cara del cristal se cargue positivamente y la cara opuesta negativamente. Esta diferencia de carga resulta en una diferencia de potencial (voltaje) a través del cristal (efecto piezoeléctrico). Los cristales más adecuados son el cuarzo y las cerámicas piezoeléctricas. Se utilizan comúnmente para medir aceleración, vibración y presión.

Transductores Mecánicos (Sensores Mecánicos)

Aunque a menudo se les denomina transductores, estos dispositivos son más propiamente sensores, ya que no transforman la variable medida en una magnitud de naturaleza electrónica, sino que reaccionan mecánicamente a ella.

Transductores Elásticos

El dinamómetro es un dispositivo utilizado para la medición de fuerzas que producen cambios en la forma de un objeto, como un resorte. Para la medición de presión, se utiliza comúnmente la deformación elástica de diafragmas, cápsulas, fuelles y tubos.

Transductores de Presión Diferencial

Cuando un fluido incompresible pasa a través del estrechamiento de un tubo (como en un Venturi), su velocidad aumenta y su presión disminuye (Principio de Bernoulli y Ley de Continuidad). La diferencia de presión resultante entre la sección ancha y el estrechamiento puede utilizarse como una medida de la velocidad de flujo del fluido.

Transductores de Turbina

Consisten en un rotor de cuchilla múltiple (una turbina) montado en el centro de un tubo por el cual pasa el fluido. La rotación de la turbina se produce como resultado del flujo del fluido, y su velocidad angular de rotación es aproximadamente proporcional a la velocidad de dicho flujo.

Sistemas de Control

Un sistema de control requiere la integración de varios componentes clave: una unidad de medida (sensor/transductor), una unidad de control, y un elemento de potencia o actuador. En el caso de los sistemas de lazo cerrado, también se incluye un comparador.

Podemos clasificar los sistemas de control en dos grandes grupos:

Sistemas de Control de Lazo Abierto (Open-Loop)

En estos sistemas, se aplica una señal de entrada o de control que, tras ser procesada (normalmente amplificada), produce una salida. La característica principal es que la salida no influye en la acción de control; no hay retroalimentación.

El flujo básico de un sistema de lazo abierto es:

Entrada → Dispositivo de Control → Actuador → Salida

Los elementos que lo componen son generalmente:

  • Dispositivo de Entrada: Genera o acciona la señal de control.
  • Sensor / Captador / Transductor: Capta y, si es necesario, transforma la señal de entrada en una señal equivalente (a menudo electrónica).
  • Controlador: Procesa la señal y genera la señal de control para el actuador.
  • Dispositivo de Salida de Potencia (Actuador): Recibe la señal adecuada del controlador y proporciona la forma de potencia de salida deseada (mecánica, eléctrica, etc.).

Sistemas de Control de Lazo Cerrado (Closed-Loop)

Básicamente, están formados por los mismos elementos que los sistemas de lazo abierto, pero con una adición crucial: la salida real se mide y una señal proporcional a esta medida se realimenta al dispositivo de entrada. Allí, se compara con la señal de entrada deseada. El error (ε) así determinado se utiliza para controlar el sistema, permitiendo que este corrija automáticamente cualquier discrepancia entre la salida real y la deseada.

El flujo básico de un sistema de lazo cerrado es:

Entrada Deseada → Comparador → Error (ε) → Controlador → Actuador → Proceso → Salida Real → Sensor/Transductor → Retroalimentación al Comparador