10.4: Sensores resistivos

Los sensores pueden estar hechos de materiales capacitivos, inductivos o resistivos. Estos sensores pueden implicar conversión directa de energía o pueden implicar múltiples procesos de conversión de energía. En los capítulos 2 y 3 se discutieron los dispositivos capacitivos de conversión de energía. La capacitancia\(C\) de un condensador de placa paralela viene dada por

\[C= \frac{\epsilon A}{d_{thick}}. \nonumber \]

Si la permitividad\(\epsilon\), el área\(A\) de sección transversal o la separación de las placas\(d_{thick}\) cambian con respecto a cualquier efecto, podemos hacer un sensor capacitivo. Los sensores capacitivos son dispositivos calibrados que implican la conversión de energía entre la electricidad y la polarización del material. Si bien la mayoría de los dispositivos de conversión de energía inductiva están fuera del alcance de este libro, algunos de estos dispositivos se discutieron en los capítulos 4 y 5. La inductancia\(L\) de un inductor de una sola vuelta viene dada por

\[L= \frac{\mu d_{thick}}{w}. \nonumber \]

Si la permeabilidad\(\mu\), el grosor\(d_{thick}\) o el ancho\(w\) cambian con respecto a cualquier efecto, podemos hacer un sensor inductivo que utilice la conversión de energía entre electricidad y energía magnética. Del mismo modo, la resistencia\(R\) de un dispositivo resistivo uniforme viene dada por

\[R= \frac{\rho l}{A}. \nonumber \]

Si la resistividad\(\rho\)\(l\), longitud o área de sección transversal\(A\) cambian con respecto a cualquier efecto, podemos hacer un sensor resistivo. Cuando se aplica una corriente a través de un sensor resistivo, la energía se convierte de electricidad a calor, y se calibra un sensor resistivo para que una caída de voltaje dada corresponda a un cambio conocido en algún parámetro.

Hay muchos sensores resistivos disponibles. Un potenciómetro es una resistencia variable. A medida que la corriente fluye a través de ella, la energía se convierte de electricidad a calor. Cuando se gira la perilla de un potenciómetro, se cambia la longitud del material a través del cual fluye la corriente, por lo que cambia la tasa de conversión de energía a través del dispositivo. Un detector de temperatura por resistencia convierte una diferencia de temperatura en electricidad [37, p. 88]. Los detectores de temperatura de resistencia funcionan con base en la idea del efecto Thomson discutida en la Sección 8.5.1. En estos dispositivos, la resistividad varía con la temperatura. Cuando se aplica una deformación a una galga extensiométrica resistiva, tanto la longitud como el área de la sección transversal del dispositivo cambian. Los medidores de alambre caliente Pirani se utilizan para medir la presión en ambientes de baja presión [37, p. 97]. En un calibre Pirani, la corriente se aplica a través de un filamento metálico, y el filamento se calienta. A medida que las moléculas de aire golpean el filamento, el calor se transfiere lejos de él. La resistencia del filamento depende de la temperatura, y el filamento se enfría más rápidamente en un ambiente con más moléculas de aire que en un ambiente a menor presión. Al monitorear la resistencia del filamento, se puede determinar la presión.