2.3 Automatismos electronicos

AUTOMATISMOS ELECTRONICOS

1.- SENSORES DE HUMEDAD

Fundamentos básicos

Un sensor de humedad es un dispositivo que mide la humedad relativa en un área dada. Un sensor de humedad puede ser utilizado tanto en interiores como en exteriores. Los sensores de humedad están disponibles en formas tanto analógicas como digitales.

Cómo funcionan los sensores analógicos de humedad

Un sensor analógico de humedad mide la humedad del aire relativo usando un sistema basado en un condensador. El sensor está hecho de una película generalmente de vidrio o de cerámica. El material aislante que absorbe el agua está hecho de un polímero que toma y libera el agua basándose en la humedad relativa de la zona dada. Esto cambia el nivel de carga en el condensador del circuito en el cuadro eléctrico.

Cómo funciona un sensor digital de humedad

Un sensor digital de humedad funciona a través de dos micro-sensores que se calibran a la humedad relativa de la zona dada. Estos se convierten luego en el formato digital a través de un proceso de conversión de analógico a digital que se realiza mediante un chip situado en el mismo circuito. Un sistema basado en una máquina hecha de electrodos con polímeros es lo que constituye la capacitancia del sensor.

Circuito detector de humedad

Consiste en dos electrodos que trasmiten una señal a través de la tierra que previamente ha sido mojada para disminuir su resistencia (utilizando la propiedad conductora del agua).

La tierra tiene una resistencia que normalmente es muy alta, pero si humedecemos con bastante agua, la tierra variará su resistencia eléctrica de forma considerable, y si colocamos dos electrodos a una distancia predeterminada y la conectamos a la base de un transistor (que en el caso de nuestro circuito es Q2), éste empezará a conducir (vea el circuito de la figura 1). Y si llevamos la señal a un pequeño amplificador de uso general con otro transistor (Q1 en nuestro caso), la corriente de este último será capaz de excitar y hacer funcionar a un zumbador conectado al colector de dicho transistor (el montaje Darlington consiste en conectar dos transistores en “serie” de modo que multiplicamos sus ganancias).

FUNCIONAMIENTO

Para hacer funcionar el detector, se introducen los electrodos en la tierra, a la profundidad donde se quiere medir la humedad existente, procurando que las puntas metálicas, hagan contacto en su totalidad con la tierra.

Se presiona el botón pulsador, BP, con lo que se iluminará el led.

Tenga en cuenta que solo se “cierra” la primera parte del circuito, que consiste en la batería, la resistencia R1 y el pulsador, lo cual indicará el buen estado de la batería. Tomando en consideración el resto del circuito, si las puntas del medidor siguen introducidas en la tierra y está mojada en exceso, el zumbador emitirá un sonido intenso; si el zumbido es débil, indicará que el nivel de humedad es bajo y si no emite zumbido alguno, pero esta encendido el led, significa que no hay humedad suficiente.

Circuito detector de humedad (con circuito integrado digital)

Este sencillo detector de humedad nos informa de manera visual el nivel de humedad que tiene un terreno bajo prueba, tiene mucha utilidad en el sector agrario. Para lograr el objetivo se acoplan al circuito un par de puntas, colocadas como se muestra en el diagrama. Estas puntas se colocan en el terreno a probar.

El circuito utiliza dos diodos led, que alternan su iluminación a una velocidad que depende del grado de humedad del suelo. Es muy útil para saber cuándo es necesario regar.

- Con un terreno totalmente seco el circuito mostraría un solo led encendido.
- Cuando el terreno está muy húmedo, la velocidad de la alternancia de iluminación entre los leds es muy alta.

FUNCIONAMIENTO

Para el funcionamiento de este circuito, se utiliza un circuito integrado.

Creamos un oscilador con el circuito integrado. La velocidad de oscilación será proporcional a la resistencia que tiene el terreno bajo prueba, cuando por él pasa la corriente (se obtiene con ayuda de las puntas de prueba), o sea, al grado de humedad del material a medir, es decir cuanto más húmedo, más rápido será la oscilación y se puede visualizar en los diodos led verde y rojo.

Dependiendo del grado de humedad del terreno, la resistencia de éste variará y por ende la frecuencia de oscilación, visualizándose en los diodos LED. Los diodos LED pueden ser del mismo color, pero en este caso se puso uno verde y uno rojo para hacer más notoria la visualización.

Luego amplificamos esta señal y colocamos en la salida un relé para aplicar este circuito al control real de aparatos tales como motores, aspersores, bombas, etc.

2.- CIRCUITOS INTEGRADOS

Un circuito integrado es aquel en el cual todos los componentes, incluyendo transistores, diodos, resistencias, condensadores y alambres de conexión, se fabrican e interconectan completamente sobre un chip o pastilla semiconductor de silicio. Una vez procesado, el chip se encierra en una cápsula plástica o de cerámica que contiene los pines de conexión a los circuitos externos.

Los Circuitos Integrados han ido evolucionando con el paso del tiempo, sus funciones han crecido y su tamaño ha disminuido considerablemente, la llamada “Miniaturización”.

Estos circuitos están formados por una delgada oblea de silicio sobre la cual se fabrican los transistores; la técnica llamada fotolitografía ha permitido a los diseñadores crear centenares de miles de transistores en un solo chip situando de forma adecuada las numerosas regiones.   

El primer circuito Integrado fue creado por Jack Kilby en la empresa Texas Instruments en el año de 1959. Se fabricó sobre una pastilla de germanio cuadrada; cada lado medía 6 milímetros y lo componían un condensador, tres resistencias y un transistor. El debut fue todo un éxito, lo cual permitió a este revolucionario ingeniero continuar investigando y mejorando su invento. En el año 2000 Kilby fue galardonado con el Premio Nobel de Física por la enorme contribución de su invento al desarrollo de la tecnología. Cabe mencionar que el nombre de “chip” deriva del término inglés homónimo utilizado para referirse a las astillas, entre otras cosas.

Los circuitos integrados comenzaron a producirse en masa y el mundo pudo comprobar que además de su evidente ventaja con respecto a las válvulas, eran fiables y fáciles de complejizar.

Al día de hoy, encontramos esta tecnología en los microprocesadores de dispositivos tan dispares como ordenadores y teléfonos móviles, y también en memorias digitales, las cuales utilizan un chip en lugar de partes mecánicas.

Los circuitos integrados han hecho posible el desarrollo de muchos nuevos productos, como computadoras y calculadoras personales, relojes digitales y videojuegos. Se han utilizado también para mejorar y rebajar el costo de muchos productos existentes, como los televisores, los receptores de radio y los equipos de alta fidelidad. Los chips de memorias digitales son otra familia de circuitos integrados que son de importancia crucial para la moderna sociedad de la información.

El desarrollo de los circuitos integrados ha revolucionado los campos de las comunicaciones, la gestión de la información y la informática. Los circuitos integrados han permitido reducir el tamaño de los dispositivos con el consiguiente descenso de los costes de fabricación y de mantenimiento de los sistemas. Al mismo tiempo, ofrecen mayor velocidad y fiabilidad.

De hecho, muchos estudiosos piensan que la revolución digital causada por los circuitos integrados es uno de los sucesos más significativos de la historia de la humanidad.