sensores

Sensor Los sensores son dispositivos que al estar en contacto con la variable a medir utilizan o absorben energía del medio controlado para dar al sistema de medición una “señal” de indicación en respuesta al

cambio que presenta la variable controlada.

Hojas de datos de sensor Es muy importante para un ingeniero el entender la función de la hoja de datos del fabricante de un sensor, aunque no debemos de olvidar que la hoja de datos no es más que un documento de marketing, típicamente diseñado para destacar los atributos positivos de un sensor y hacer hincapié en algunas de las posibles aplicaciones del sensor dejando, por lo general, el comentar algunos de las características negativas del sensor. En muchos casos los sensores se diseñan con el propósito de satisfacer una aplicación en particular, enalteciendo algunas especificaciones de rendimiento muy particulares las cuales resultan de mayor interés para un cliente en concreto En este caso, el vendedor y el cliente se han acostumbrado a definiciones inusuales para determinados parámetros de rendimiento del sensor. Los posibles nuevos usuarios de este sensor deben de reconocer esta situación e interpretar la información de manera razonable.

Características de rendimiento del sensor Las siguientes son algunas de las características más importantes de un sensor: 

Función de Transferencia

La función de transferencia define la relación entre la señal física de entrada y la señal eléctrica de salida de un sensor. Por lo general esta relación se representa como un gráfico que muestra la relación entre las señales de entrada y salida. Los detalles de esta relación pueden constituir una descripción completa de las características del sensor.

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

Sensibilidad

La sensibilidad se define en términos de la relación entre la señal física de entrada y la señal de salida de la señal eléctrica. Como tal puede expresarse como la derivada de la función de transferencia con respecto a la señal física. Unidades típicas son V/ oK, mV/kP, etc. Un termómetro presenta alta sensibilidad si ante un pequeño cambio de temperatura resulta una gran tensión de cambio.

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Span o Rango Dinámico

A el rango de entrada de las señales físicas que pueden ser convertidas en señales eléctricas por el sensor se le denomina como rango dinámico o span. Las señales que se encuentren fuera de este rango se espera que causen una gran e inaceptable imprecisión. El span es normalmente especificado por el proveedor de sensores como el rango sobre el cual se espera que las características de funcionamiento del sensor, descritas en las hojas de datos, se apliquen.



Exactitud o incertidumbre

La incertidumbre se define generalmente como el más grande error esperado entre la señal de salida de un sensor y la señal de salida ideal. Exactitud es considerado generalmente por los Metrólogos como un indicador cualitativo del sensor, mientras que la incertidumbre es más bien un término cuantitativo. Por ejemplo un sensor puede tener mejor precisión que otro si su incertidumbre es de 1% en comparación con otros que cuenten con una incertidumbre del 3%.

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Histéresis

Algunos sensores no presentan la misma señal de salida cuando el valor de entrada del estímulo se presenta de manera cíclica ascendente-descendente. La amplitud del error esperado en términos de la cantidad medida se define como histéresis.

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

No linealidad (Linealidad)

Se le denomina así a la máxima desviación que presenta una función de transferencia lineal en función de un rango dinámico especificado. Existen varios métodos para determinar este error. Los más comunes comparan la función de transferencia con la "mejor línea recta" que se encuentra a mitad de camino entre las dos líneas paralelas que abarcan toda la función de transferencia sobre el rango dinámico del dispositivo. Esta elección de método de comparación es popular porque hace que la mayoría de los sensores se vean de una forma excelente.



Ruido

El ruido se define como cualquier perturbación eléctrica o señal accidental no deseada que modifican la señal de salida de un sensor.



Resolución

La resolución de un sensor se define como la mínima fluctuación de la señal física a medir que provoca una señal de salida de este.



Ancho de banda

Todos los sensores presentan respuestas finitas ante un cambio instantáneo de la señal física a medir. Además, muchas veces los sensores presentan una característica denominada como decaimiento la cual representa el tiempo que requiere un sensor para volver a su valor original cuando la señal de entrada presente un cambio a manera de escalón. La reciprocidad de estos tiempos corresponde a la parte superior e inferior de las frecuencias de corte del sensor. El ancho de banda de un sensor es el rango de frecuencias comprendido entre estas dos frecuencias.

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Clasificación de sensores De acuerdo al tipo de acondicionamiento de señal utilizado los sensores se pueden clasificar en: a) Sensores resistivos

En este terreno los acondicionadores de señal más usuales se pueden resumir en:   

Divisores de tensión. Puentes de Wheatstone. Generadores de corriente constante.

Es fundamental la consideración de las impedancias así como la disipación de energía en el propio sensor y electrónica asociada.

b) Sensores que entregan tensión

Englobamos aquí los sensores que ya entregan una tensión proporcional al parámetro físico en cuestión. Su acondicionamiento está orientado a la amplificación de la señal así como a la adaptación de impedancias.

c) Otros sensores que entregan tensión

No siempre los sensores que entregan tensión presentaran las condiciones ideales para su amplificación y/o adaptación de impedancias. Un caso particular muy significativo son los termopares debido a la peculiaridad de que necesitan realizar compensaciones de “efectos de termopar” no deseados en las conexiones. El acondicionami ento de este tipo de sensores es muy específico y ha dado lugar a acondicionadores clásicos dedicados. Existen otros acondicionadores para sensores específicos ó para condiciones especiales. Por ejemplo: amplificadores de carga, amplificadores de aislamiento, seguidores, etc.

d) Sensores que entregan corriente

En este caso el acondicionamiento está orientado a la obtención de convertidores corriente/  tensión. Un acondicionador a destacar son los llamados bucles de corriente de 4 a 20mA en procesos de control que si bien no están asociados generalmente al sensor resultan en una técnica de transmisión muy utilizada debido a ventajas tales como:  

La corriente al transmitirse en serie es menos susceptible a caídas. El establecimiento de 2 niveles permite detectar un tercer nivel como apertura del bucle (0 mA).

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e) Sensores monolíticos

Estos van incluidos en un C.I. por lo que suelen incluir la electrónica asociada requerida y proporcionar salidas adaptadas como tensión ó como generador de corriente.

f) Sensores digitales

Este tipo de sensores entrega una información digital por lo que su acondicionamiento se orientará a la conexión a la familia lógica asociada. Entre éstos podemos destacar los siguientes: 

Codificadores: Rotativos ó selectores, entregan un código digital en función de un ángulo, desplazamiento ó posición de unos microinterruptores.



Encoders: Son codificadores de posición que entregan impulsos en lugar de códigos. El acondicionamiento asociado consiste en contadores que cuenten el número de impulsos recibidos. Cabe destacar los encoders que pueden indicar un sentido de giro mediante el uso de dos señales desfasadas. El acondicionamiento asociado se basa en la utilización de contadores UP/DOWN.



Frecuencia: Consiste en la entrega de una frecuencia proporcional al parámetro medido. La entrada de frecuencia es característica típica de los SAD ( Sistema de Adquisicion de Datos, conversión F/V).

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Entradas/Salidas digitales: En la mayoría de los sistemas de adquisición de datos, así como en las tarjetas, módulos y demás elementos relacionados, será normal disponer de entradas/salidas digitales, puertos caracterizados por el número de bits, el sentido (I/O) y la electrónica asociada (TTL, open collector, optoacopladas, relés, ...).

g) Otros sensores (capacitivos, piezoeléctricos, magnéticos)

Existen multitud de sensores que no entregan directamente una variación de tensión, corriente ó resistencia sino que pueden afectar a otros parámetros. Ello implicará una electrónica asociada específica para cada caso. Destacaremos, a modo de ejemplo los siguientes: 

Sensores capacitivos: Entregan una variación de capacidad en función de la variación del parámetro. Uno de los circuitos electrónicos asociados más utilizados consiste en implicar a dicha capacidad en la constante RC de un oscilador para obtener una frecuencia proporcional al parámetro y posteriormente conectar un convertidor frecuencia/tensión. Así mismo pueden utilizarse puentes de Wheatstone.



Sensores inductivos, magnéticos: Similares al caso capacitivo. En ambos casos suele ser normal encontrar el acondicionamiento incluido en el propio sensor.



Sensores piezoeléctricos: Ofrecen una variación de carga en función del parámetro. El acondicionamiento más usual consiste en un amplificador con diseño específico.

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h) LVDT

Un caso particular de sensor es el LVDT, sensor de posición basado en un transformador con dos devanados en contrafase. El movimiento del núcleo permite inducir más o menos tensión en cada devanado obteniéndose una amplitud diferencial y fase en función de la posición de dicho núcleo. El acondicionamiento es muy específico y generalmente va incluido en el sensor.

Tipo de señales de sensores 

Analógicas y digitales

El acondicionamiento de señales digitales generalmente se resume en el cumplimiento de las especificaciones de las familias lógicas implicadas (niveles lógicos, independencia, carga, frecuencia, etc.). Cabe destacar el empleo de términos como numero de entradas, entradas optoacopladas, salidas a rele, compatibles TTL, etc. El acondicionamiento de señales analógicas se orienta a la obtención de una tensión proporcional a las variaciones del parámetro físico a medir y a la eliminación de ruidos y caídas que son los principales problemas del entorno analógico. 

Unipolares y diferenciales

Ya en el terreno analógico podemos disponer de señales unipolares (referidas a una masa común) o de señales bipolares (referidas entre 2 niveles flotantes). La ventaja de las señales diferenciales radica en la mayor inmunidad a los ruidos en modo común. 

De alta y baja impedancia

Uno de los problemas asociados al campo analógico es la adaptación de impedancias y la dependencia de caídas de tensión con estos. La impedancia de salida de los sensores es uno de los parámetros a tener en cuenta en el diseño de los acondicionadores tanto por las caídas (modelo de thevenin) como por la corriente y disipación que puede afectarlo. 

Estáticas y dinámicas

Podemos considerar como estáticas a aquellas señales cuyas variaciones de tiempo es despreciable respecto a la velocidad de adquisición de la señal para efectos de su medición, p. ej.: la temperatura, una presión, una distancia, etc. Consideremos dinámicas a aquellas señales que varían o que pueden variar durante la conversión, p.ej. una señal alterna, las revoluciones de un motor, un desplazamiento, etc.

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Acondicionamiento de señal Introducción En cualquier tipo de proceso los sensores se utilizan para obtener una forma mesurable de energía que resulte proporcional al cambio que presente una variable física. Esta forma de energía se puede utilizar para obtener, directamente o indirectamente, una indicación visual, una señal hacia un actuador o una señal a un controlador.

Debido a que la mayoría de los sensores no son capaces de proporcionar una salida que pueda ser utilizada directamente para una representación visual o para la aplicación de algún tipo de control es necesario realizar la acción de acondicionamiento de señal, la cual se refiere a las modificaciones o a los cambios necesarios aplicados a las características de salida que presenta un sensor de modo que podamos obtener una respuesta en forma lineal de acuerdo con los cambios que presente la variable y así adaptarla, en forma conveniente, para su uso con otros elementos en el lazo de control del proceso.

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Clasificación 

CAMBIOS EN NIVELES DE SEÑAL AMPLIFICACIÓN. o ATENUACIÓN o ELIMINACIÓN DE OFFSET o

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LINEALIZACIÓN



INTERFASE DIGITAL MULTIPLEXORES. o MUESTREO Y MANTENIMIENTO. o CONVERSIÓN A/D. o CONVERSIÓN D/A. o



FILTRADO Y AJUSTE DE IMPEDANCIA

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CONVERSIONES DE SEÑALES CONVERSIÓN o CORRIENTE/PRESIÓN. PUENTES DE DESEQUILIBRIO o (WHEATSTONE, ETC)

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TRANSMISIÓN DE SEÑAL CONVERSIÓN o TENSIÓN/CORRIENTE. CONVERSIÓN o CORRIENTE/TENSIÓN. CONVERSIÓN o TENSIÓN/FRECUENCIA. MODULACIÓN. o

Implementación 

Analógica Circuitos pasivos (con resistencias, condensadores y bobinas). Circuitos activos (con Amplificadores operacionales). Menor coste. Menor tiempo de procesado. o o o o

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Digital o o o o

Menor incertidumbre (menor influencia de ruidos, impedancias, etc.). Rápido aumento del uso de computadores para medida y control. Posibilidad de implementar procesamientos más complejos. Siempre es necesario un primer procesado analógico aun cuando la mayor parte del procesado sea digital.

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Relación señal-ruido (SNR, S/N) Concepto que se define como el margen que existe entre la potencia de una señal (información significativa) y la potencia del ruido de fondo que corrompe a esa señal en un determinado sistema.

En términos no tan técnicos el SNR compara el nivel de una señal deseada con el nivel del ruido de fondo. Entre más grande sea este margen el ruido de fondo presentara menos interferencia con la transmisión de la señal. Matemáticamente el SNR se define como:

Donde P es la potencia promedio y A es la amplitud en r m s . Por definición la formula de potencia siempre es válida, sin embargo para la formula de amplitud se debe cumplir que tanto la señal como el ruido se midan a través de la misma impedancia.

Debido a que muchas señales cuentan con un amplio rango dinámico el SNR se expresa usualmente en términos de la escala logarítmica de decibeles.

En decibeles el SNR es, por definición, 10 veces el logaritmo de margen de potencia. Si la señal y el ruido son medidos a través de la misma impedancia el SNR puede ser obtenido mediante el cálculo de 20 veces el logaritmo Base10 de la amplitud de la relación:

The SCM30 analog voltage input module has a maximum output of 2.2 VPP and a maximum noise output of 150 VPP. Calculate the SNR from this device.

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En la siguiente figura R = 0.001, R = 100 y E=10v, determine el valor de la salida: E1 –E2.

La salida de voltaje de un sensor presenta una señal que varia de 0.2 a 0.8 V cuando la variable cambia del nivel bajo al nivel alto sobre su rango de medida. Sin embargo esta señal debe de ser ruteada a un equipo que requiere un voltaje de 0-10V para indicar el rango de la variable, diseñe un circuito acondicionador de señal que permita realizar esta conexión.

Un sensor presenta una salida que varía de 0.7 a 0.35 volts cuando la variable que este mide presenta un incremento positivo del 100%, si la señal del sensor se tiene que dirigir a un instrumento registrador-indicador, que maneja un rango de 0 a 5 volts en su entrada, diseñe un circuito acondicionador de señal que permita realizar esta conexión.

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Sensores Químicos Sensores químicos son aquellos que responden a ciertos estímulos físico-químicos provocados por reacciones químicas particulares o la sustancia química en si. Estos sensores son desarrollados para la identificación y cuantificación de sustancias químicas en su fase liquida y gaseosa ya que no es común aun contar con un sensor químico para sustancias químicas en estado sólido. Entre las principales aplicaciones en que actualmente se utiliza y experimenta el uso de sensores químicos podemos mencionar:



Investigación y desarrollo o

Monitoreo atmosférico de emisiones contaminantes.

o

Detección de explosivos.

o

Caracterización de muestras de gas en experimentos de laboratorio.

o

Rastreo de químicos peligrosos en suelos.

o

o



Monitores del ciclo menstrual para mejoramiento de la inseminación artificial.

Industria o

o

o



Rastreo y localización de infestaciones de insectos tales como las termitas debido a las características de las expulsiones de gas provocadas por la digestión de celulosa.

Control de calidad en procesos de manufactura de plásticos así como la en fundición de metales en donde la concentración de gases difusos puede afectar características del metal tales como su fragilidad. Monitoreo de las condiciones ambientales de las zonas de trabajo con el fin de controlar la exposición a gases peligrosos para la salud. electrónica”, usadas para la prueba y control d e desperdicios de comida, distribución de pesticidas en aplicaciones de agricultura así como en la cata de bebidas.

En el diseño de “nariz

Medicina o

Monitoreo de oxigeno.

o

Rastreo de ciertos contenidos de gas en pulmones así como muestras de sangre. 11



o

Alcoholímetros para medir la concentración de niveles de alcohol.

o

Indicadores de problemas digestivos.

Militar o

Abastecedores de combustible.

o

Armas químicas.

o

Monitoreo de la contaminación de aguas subterráneas.

o

Aplicaciones experimentales de monitoreo de tóxicos producidos por refinerías y plantas nucleares para verificar si cumplen con los tratados internacionales de no-proliferación de armas nucleares.

Características de los sensores químicos La mayoría de los sensores químicos se pueden describir usando los mismos criterios aplicables a cualquier sensor tales como: 

Estabilidad



Repetividad



Linealidad



Histéresis



Saturación



Tiempo de respuesta



Span

Sin embargo hay dos características que son únicas y significativas en la detección química: la  selectividad y la sensibilidad . La selectividad nos describe el grado de capacidad con la que un sensor nos responde al estimulo de una sustancia química en particular dentro de una mezcla conformada por varias sustancias químicas. Sin embargo la selectividad absoluta de un sensor no existe en realidad, siempre existe algo de interferencia, por lo que es importante verificar muy detenidamente la hoja de especificaciones proporcionada por el fabricante. La sensibilidad nos describe tanto las concentraciones mínimas así como los cambios de concentración que pueden ser detectados por un dispositivo sensor.

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Aquí es importante aclarar que aunque en la mayoría de los sensores el termino sensibilidad se usa como sinónimo de pendiente cuando la función de transferencia de un sensor es lineal en los sensores químicos la sensibilidad es sinónimo de resolución.

Clasificación de los mecanismos de sensado químico De acuerdo a la estrategia de medición los sensores químicos se pueden clasificar en directos  (modo simple) e indirectos  (modo complejo) así como en dispositivos de reacción química y dispositivos de reacción física.

Los sensores químicos directos son aquellos que basan su funcionamiento en una reacción química que afecta directamente las características de una forma de medida eléctrica tal como resistencia, potencial, corriente o capacitancia. Estos dispositivos requieren de algo de acondicionamiento de señal mas no ameritan el empleo de un transductor.

Dispositivos directos 

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Los sensores químicos complejos utilizan fenómenos que no afectan en forma directa alguna variable eléctrica por lo que requieren de un acondicionamiento de señal que utilice un transductor para una obtener una señal eléctrica medible

Dispositivos complejos 

Los sensores químicos de reacción química basan su operación en la reacción que presenta el elemento sensor al estar en contacto con la sustancia a analizar provocando así una forma de cambio medible. Este tipo de sensor presenta un deterioro irreversible muy considerable en su respuesta de salida, así como inestabilidad, al estar expuesto de manera prolongada y repetida a reacciones químicas, en ocasiones muy severas, por lo que su tiempo de vida útil es muy limitado. Por el contrario los sensores químicos de reacción física presentan una mejor estabilidad y mayor tiempo de vida debido a que estos presentan una forma de cambio físico ante la presencia de una sustancia química, sin embargo presentan tiempos de respuesta lentos así como la necesidad de una cantidad mayor de circuitería para su instrumentación.

Sensores químicos de Metal-Oxido ( SnO2-Dioxido de estaño) Diseñados desde los años 60’s este sensor del tipo directo se desempeña en forma muy

razonable con un diseño de electrónica relativamente simple. Los óxidos metálicos cuentan con ciertas propiedades eléctricas que cambian en presencia de gases reducibles (oxidables) tales como el alcohol etílico ( C2H5OH). Cuando un cristal de oxido metálico, tal como el SnO 2, es calentado a una cierta temperatura en aire el oxigeno que lo rodea es absorbido en la superficie del cristal formando un potencial superficial que inhibe el flujo de electrones. Si la superficie es expuesta a un gas reducible el potencial superficial decrece logrando un incremento en conductividad el cual puede ser medido. La relación entre la resistencia eléctrica de este sensor ante una determinada concentración se describe mediante la siguiente formula de carácter empírico.

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donde: RS = Resistencia eléctrica del sensor. A = Constante específica para la composición del sensor. C = Concentración del gas.  = Pendiente característica de la curva de R S ante el gas. A continuación se muestra un circuito típico de acondicionamiento de señal para este sensor utilizando un puente de Wheatstone a modo de detectar el cambio de resistencia por el desbalanceo de voltaje provocado ante la presencia de cierta concentración de gas.

Sensor de SnO 2  con puente de Wheatstone

Respuesta ante diferentes gases 

ChemFET Podemos denominarlo como un transistor de efecto de campo químico el cual está constituido por un recubrimiento gas-selectivo entre la compuerta del transistor y la sustancia a analizar.

Construcción y conexión eléctrica de un ChemFET líquido.

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Este recubrimiento proporciona al dispositivo una entrada de control que modifica la conducción fuente-drenaje en relación con la sustancia química seleccionada. La aplicación de diferentes recubrimientos en la compuerta permite la interacción con diferentes sustancias químicas (líquidos o gases) a modo de lograr una amplia gama de sensores. en el ambiente, concentración de O 2 en la sangre, gases nerviosos militares, NH 3, CO2 y gases explosivos. ChemFET’s pueden ser usados para la detección de H 2

Sensor Amperométrico Este tipo de sensor presenta un cambio en la corriente eléctrica que pasa a través de el al presentarse una reacción química. Un ejemplo de este tipo de sensor es el sensor de Oxigeno de Clark el cual basa su principio de operación en el uso de una solución electrolítica, contenida dentro de un electrodo, para transportar oxigene desde una membrana permeable, ante el oxigeno, hacia un cátodo de metal originando así una corriente en este debido al proceso de reducción del oxigeno. En la siguiente figura se muestra la construcción básica de un sensor de Clark. Tanto el cátodo como el ánodo se encuentran dentro del ensamblaje del sensor sin ningún contacto eléctrico con la muestra exterior.

Electrodo de Clark 

Algunos sensores de glucosa se construyen mediante el empleo de dos electrodos de oxigeno de Clark realizando la medición de una deficiencia relativa de oxigeno ocasionada por una reacción enzimática. Estos sensores de glucosa consisten de dos electrodos de oxigeno idénticos donde uno (A) es recubierto con una capa activa oxidante y el otro (B) con una capa inactiva enzimática. El sensor utiliza un encapsulado plástico con tubos de vidrio coaxiales sosteniendo dos cátodos de Pt y un ánodo de Ag. 16

En ausencia de una reacción enzimática, sin presencia de glucosa, el flujo de oxigeno a esos electrodos es el mismo provocando corrientes iguales en ambos electrodos. Cuando la glucosa es presente en la solución electrolítica se genera una reacción enzimática que provoca que la cantidad de oxigeno que llega a la superficie del electrodo activo se vea reducida en proporción con el oxigeno consumido por esta, dando lugar a un desbalance de corriente.

Esquema simplificado de sensor de Clark adaptado para la detección de glucosa.

Sensores Termales Este es un sensor del tipo complejo el cual se basa en el cambio de estado de un indicador, en este caso la temperatura, en función de una reacción química. Su principio de operación es sencillo: se cuenta con una punta de prueba recubierta con una capa químicamente selectiva la cual al estar en contacto con una sustancia en particular generara una liberación de calor, durante el tiempo que dure la reacción, la cual puede ser detectada por un sensor térmico.

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Sensores químicos ópticos Este tipo de sensores se basa en la interacción de la radiación electromagnética con la materia, lo cual resulta en una alteración (modulación) de algunas propiedades de la radiación tales como variaciones de intensidad, polarización, velocidad de la luz en el medio, por mencionar algunas. La modulación óptica es estudiada por la espectroscopia la cual provee información de diferentes estructuras microscópicas, desde átomos hasta la dinámica de los polímeros. El funcionamiento básico de este tipo de sensores consiste en hacer pasar una radiación monocromática a través de una muestra, en forma líquida, gaseosa o solida, examinando posteriormente las propiedades de la radiación de salida.

Configuración simplificada de un sensor óptico de CO 2 

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Los sensores de fibra óptica utilizan una fase químico reactiva a modo de alterar la cantidad o longitud de onda de la luz reflejada, absorbida o trasmitida a través de un guía-onda de fibra. Un sensor de fibra óptica se conforma típicamente de tres partes:   

Una fuente de luz incidente. Un optrode. Un transductor detector.

En el optrode se encuentra la membrana reactiva que cambia sus propiedades ópticas de acuerdo con la sustancia a analizar.

Configuración básica de un sensor de fibra óptica.

Cateter Opticath 

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Sensores catalíticos de gas La principal aplicación de este tipo de sensores consiste en el monitoreo del nivel de oxigeno en los gases de escape de los automóviles. En un automóvil la etapa de combustión se realiza mediante la inyección de una mezcla de combustible y aire hacia los cilindros. Esta mezcla puede contener demasiado combustible (mezcla rica) o demasiado aire (mezcla magra). En los coches más antiguos esta mezcla se ajustaba manualmente obteniéndose un rendimiento óptimo para una mezcla ligeramente rica, maximizando así la relación de compresión. Sin embargo cuando la EPA comenzó a controlar las emisiones de automotores esta determinó que una mezcla rica deja una gran cantidad de hidrocarburos indeseables en los gases de escape, los cuales contaminan el aire y dañan la capa de ozono. Así durante los años 70 ’s y 80 ’s se exigió que se contara con un sistema de control que lograra mantener la relación aire-combustible en un valor preciso que consiguiera una óptima combustión. En esos tiempos el determinar de forma precisa la medida de combustible y el aire de entrada hacia la cámara de mezcla consistía de un procedimiento muy caro. Sin embargo el realizar la medición en el sistema de escape, después de la combustión, consistía en un procedimiento más práctico y económico esto debido a que durante la combustión de una mezcla rica el oxígeno es consumido casi en su totalidad mientras que durante combustión de una mezcla pobre la concentración de oxígeno a la salida es casi el mismo que el oxigeno presente en la atmósfera (1-10%). Por lo tanto, es posible determinar el estado de la mezcla de forma muy precisa haciendo una simple medición del oxígeno en los gases de escape. En un buen sistema automotor la relación de concentración de oxigeno entre una mezcla rica y mezcla magra puede diferenciarse por una magnitud del orden de 10 a 20. Un sensor electroquímico que realice la comparación de concentración de oxígeno de los gases de escape con respecto al aire circundante puede producir tensiones en un rango de 0 V a 1 V para las dos condiciones. El oxigeno se puede difundir en cerámica de modo que los sensores de oxígeno se pueden construir como un “nipple” de cerámica, cuya superficie interior es recubierta con un electrodo de metal. El potencial entre la superficie interior y la superficie expuesta a los gases de escape es utilizados para medir y controlar la mezcla combustible / aire.

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Sin embargo esta tecnología presenta algunas características indeseables ya que el sensor presenta una respuesta muy diferente a diferentes temperaturas por lo que los coches no están optimizados en su mezcla hasta que el sistema automotor no alcanza una temperatura óptima. En la actualidad la mayoría de las emisiones contaminantes de un automóvil tienen lugar en los primeros minutos al encender. En los próximos años es casi seguro que la EPA emita una resolución que obligue a los fabricantes el introducir un sistema que consiga el calentamiento más rápido de estos sensores. En la siguiente figura se muestra un sensor catalítico de gas mejorado el cual cuenta con un elemento calefactor y un sensor de temperatura RTD en un lado, mientras que al lado opuesto se encuentra un electrolito solido de película delgada.

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Sensor de gas alcohol MQ-3 Este sensor de alcohol es adecuado para la detección de concentración de alcohol en el aliento. Tiene una alta sensibilidad y tiempo de respuesta rápido. El sensor proporciona una salida analógica resistiva de acuerdo con la concentración de alcohol. El circuito de acondicionamiento es muy simple, requiriendo solamente de una resistencia. Una interfaz simple puede ser un 0-3.3V ADC. Por favor, lea la hoja informativa para las conversiones a Wikipedia.org ppm luego de la tasa de alcoholemia. Características eléctricas:    

Circuito de 5V DC o AC. Requiere calentador de tensión. Temperatura de Operación de -10 a 70 oC. Consumo del calentador de menos de 750mW.

Circuito de acondicionamiento de señal

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