Transductor: definición, funcionamiento, componentes y aplicación

Índice de contenidos

Definición:
- Explicación del transductor:
Componentes de un transductor:
- Elemento de detección:
- Elemento de transducción:
Principio de funcionamiento del transductor:
- ¿Por qué los cambios físicos se convierten en señales eléctricas?
Aplicación del transductor:

Definición:

Un transductor se define como un dispositivo que convierte una forma de energía en otra. La definición amplia de transductor incluye dispositivos que convierten fuerzas mecánicas o cambios físicos en una señal eléctrica proporcional. Básicamente, esto significa que la entrada del transductor puede ser cambios físicos y la salida es una señal eléctrica. La salida puede ser tensión, corriente o frecuencia.

Explicación del transductor:

De la definición, uno puede pensar que la entrada del transductor es siempre un cambio físico. Esto no es verdad. Un transductor puede tener entrada eléctrica y salida eléctrica. Supongamos que desea medir el voltaje del Bus de 220 kV e indicarlo en la Sala de Control. Necesitarás un voltímetro y un transductor. Si verifica la especificación de un voltímetro, notará que toda la escala (por ejemplo, 0-250 kV) se divide para el rango de corriente de entrada de 4-20 mA. Esto significa que necesitará tener un transductor que convierta el voltaje en corriente. Similar puede ser el caso en la medición de otros parámetros eléctricos.

Sin embargo, existen varios otros casos en los que uno puede querer convertir un cambio físico en una señal eléctrica. Por ejemplo, es posible que necesite controlar la temperatura de un sistema. Se puede usar un RTD o termopar para este propósito. Aquí, RTD y termopares son ejemplos de transductores que convierten la temperatura en una señal eléctrica. De manera similar, para medir el flujo de un fluido, se necesita un transductor (flujómetro) cuya salida sea nuevamente una señal eléctrica.

Componentes de un transductor:

Un transductor, por definición, convierte el cambio físico en la señal eléctrica correspondiente. Esto significa que debe tener dos componentes: uno que pueda responder al cambio físico y otro que pueda convertir la respuesta del primero en una señal eléctrica. Estas dos partes/componentes se denominan Elemento de detección y Elemento de transducción, respectivamente.

Elemento de detección:

El elemento de detección también se conoce como elemento de detección del transductor. Es una parte del transductor que responde a un fenómeno físico o cambio en los fenómenos físicos. La respuesta del elemento sensor debe estar estrechamente relacionada con los fenómenos físicos para tener una medición precisa.

Un elemento sensor es el primero en el proceso de conversión de una forma de energía en otra, también se le conoce como transductor primario.

Elemento de transducción:

Un elemento de transducción es la parte del transductor que convierte la salida del elemento sensor en una señal eléctrica. Dado que es el segundo componente utilizado en el proceso de conversión, también se conoce como transductor secundario.

Principio de funcionamiento del transductor:

Un transductor, combinación de elemento de detección y transducción, tiene que cambiar una forma de energía a otra. El elemento sensor responde al cambio físico y genera su salida. Esta salida puede ser en forma de desplazamiento, desplazamiento angular, tensión, etc. La salida del elemento de detección se vincula luego al elemento de transducción. Este elemento está diseñado para actuar sobre la respuesta del elemento sensor y generar una salida proporcional en forma de señal eléctrica.

Tomemos un ejemplo para comprender mejor el funcionamiento de un transductor. LVDT (Transformador diferencial variable lineal) es un transductor que convierte el desplazamiento lineal en voltaje de salida. En LVDT, se une un brazo al núcleo de hierro dulce. Este brazo responde al movimiento lineal. Por lo tanto, es el elemento sensor o detector.

Debido al movimiento del brazo, se produce el desplazamiento del núcleo de hierro dulce, lo que provoca un cambio en la fem generada en el secundario del transformador. Aquí, el transformador junto con el núcleo es el elemento de transducción.

En la mayoría de los sistemas de medición, existe una combinación de trabajo adecuada en la que un dispositivo mecánico actúa como detector primario y el dispositivo eléctrico actúa como transductor secundario con el desplazamiento mecánico sirviendo como etapa intermedia.

¿Por qué los cambios físicos se convierten en señales eléctricas?

Hay una serie de transductores que transforman una variedad de cantidades y fenómenos físicos en una señal eléctrica. Las razones para transformar un fenómeno físico en formas eléctricas son numerosas. Las ventajas de convertir cantidades físicas en cantidades eléctricas analógicas son las siguientes:

La amplificación y atenuación eléctrica se pueden realizar fácilmente.
El efecto de inercia de masa se minimiza. Esto se debe a que, cuando se trata de señales eléctricas, los efectos de inercia se deben a los electrones que tienen una masa despreciable. En muchas situaciones, no encontramos ningún problema de masa o inercia.
Los efectos de la fricción se minimizan.
El procesamiento y control de la señal eléctrica requiere menos energía.
La salida eléctrica se puede utilizar, transmitir y procesar fácilmente con fines de medición. Las computadoras digitales modernas hacen uso de estos transductores absolutamente esenciales.

Aplicación del transductor:

Un transductor encuentra una gran aplicación en las industrias. De hecho, el control y la automatización no habrían sido posibles sin el uso del transductor. Algunas de las principales aplicaciones de los transductores son las siguientes:

Se utiliza en varios electrodomésticos, como el aire acondicionado, para detectar la temperatura ambiente y controlarla.
En el micrófono, la onda de sonido es convertida por un transductor en una señal eléctrica. Del mismo modo, en el altavoz, la señal eléctrica se convierte en onda de sonido.
Los termopares/RTD se utilizan en industrias para monitorear y controlar la temperatura del sistema.
En la industria médica, aceleromiógrafo se utiliza para medir el movimiento muscular después de la estimulación nerviosa.
En las industrias, varios tipos de transductores a saber. Los transductores de frecuencia, potencia activa, potencia reactiva, voltaje, amperios y factor de potencia se utilizan junto con CT y/o PT para indicar estos valores en los medidores de la sala de control.
La temperatura del devanado y del aceite del transformador se mide utilizando OTI y WTI respectivamente.
Se utiliza para detectar la presión del fluido del proceso (gas/líquido) y la convierte en una señal eléctrica.
En el sistema de comunicación, la onda electromagnética se convierte en señal eléctrica utilizando un transductor en la antena.
En termómetro digital, la temperatura corporal se convierte en señal eléctrica.
Celda fotovoltaica es un ejemplo de transductor que convierte la luz solar en señal eléctrica.
Los cambios alrededor de la circunferencia del pecho se miden con un neumógrafo que tiene un fotodiodo que actúa como transductor.
Utilizado en Robótica y Automatización para convertir el movimiento en señal eléctrica.
La radiación nuclear se mide utilizando un transductor que transforma la energía de la radiación en una señal eléctrica en Dosímetro de lectura directa (DRD).