Los sensores para medir gas y presión son componentes fundamentales en una amplia variedad de industrias, desde la petroquímica hasta la automotriz y la sanitaria. Estos dispositivos permiten monitorear y controlar procesos críticos, garantizando la seguridad, eficiencia y cumplimiento de normas. Muchos de nuestros dispositivos de medición portátiles funcionan con diferentes tipos de sensores para la detección de gases y la medición de la presión. En este artículo, profundizaremos en cada uno de ellos y explicaremos los principios de cada uno de estos sensores.
Tipos de sensores de gas
Los sensores para gases son esenciales para monitorear la seguridad en diversas aplicaciones, desde entornos industriales hasta instalaciones domésticas. La detección de gases es crucial para prevenir accidentes, garantizar la seguridad y proteger la salud humana y el medio ambiente. Estos utilizan diversos principios físicos y químicos para identificar la presencia de gases en el aire. A continuación, veremos 5 ejemplos de sensores de gases.
Sensor infrarrojo o tecnología IR, uno de los tipos de sensores más polivalentes
Un sensor de infrarrojos mide longitudes de onda que no son visibles para el ser humano porque están por debajo de la luz roja visible para los humanos. La medición se utiliza para detectar el calor y el movimiento de cuerpos y objetos. La detección se realiza sin contacto.
Esta función permite medir la temperatura sin contacto, la transmisión inalámbrica de datos, por ejemplo, para cámaras termográficas, y el movimiento en la oscuridad. Los productos cotidianos más conocidos que incluyen sensores de infrarrojos son los mandos a distancia y los detectores de movimiento.
Sensores de gas infrarrojos
Los sensores de infrarrojos adecuados para medir gases funcionan según el principio de medición de absorción de infrarrojos no dispersivos (NDIR). También se utilizan, por ejemplo, para analizar los gases de escape de los motores de combustión.
Nuestros aparatos de medición (GOLIATH y OLLI) están equipados con sensores IR que funcionan según el principio NDIR. Normalmente, este sensor está diseñado para un gas objetivo, al que es sensible y muestra la concentración, por ejemplo, metano, propano o dióxido de carbono.
Un sensor Dual-IR es capaz de medir dos componentes de gas diferentes al mismo tiempo, dos sensores para dos gases diferentes se colocan en una carcasa de sensor. En el OLLI, el sensor IR dual mide simultáneamente gases combustibles (por ejemplo, metano) y CO₂.
Sensor láser
¿Cómo funciona un sensor láser?
En un sensor láser, los diodos láser emiten impulsos o haces de luz. Éstos son reflejados por un objeto que se desea medir y luego son devueltos al sensor. La distancia entre el sensor y el objeto medido se mide mediante esta reflexión de la luz. Además de la distancia, un sensor láser también puede detectar distancias y posiciones sin contacto. Este sensor tiene un gran alcance, así como una alta resolución y precisión.
El sensor láser se utiliza, por ejemplo, en la construcción de maquinaria e instalaciones, en la industria química, en la construcción de carreteras, en la industria de la automatización, en la tecnología de almacenamiento y embalaje y en la detección de fugas.
Uno de nuestros dispositivos portátiles de medición por láser es el ELLI. La tecnología de sensores utilizada en el dispositivo (láser de diodo ajustable – espectroscopia de absorción) sirve para detectar fugas de metano o acumulaciones de metano y puede detectar metano incluso en concentraciones muy bajas.
El indicador láser de fugas ELLI de Esders se utiliza principalmente en la detección a distancia. El sensor láser permite detectar metano a distancias mayores, de hasta 30 metros.
Sensor de calor
Este sensor funciona según el principio de medición de la combustión catalítica y se utiliza en instrumentos de medición de gases y vapores explosivos. El principio de medición consiste en una rama de puente con dos sensores compuestos por un pellistor activo y otro pasivo (sensor de gas) en una espiral de platino. Es lo que se denomina un circuito de puente de Wheatstone.
¿Qué puede medir los tipos de sensores como este?
Este principio incluye la detección de sustancias inflamables sin incluir la temperatura ambiente en el resultado. La pequeña espiral de platino está rodeada por un catalizador cerámico y se calienta mediante una corriente controlada a varios cientos de grados, lo que calienta el pellistor activo a unos 450 grados centígrados. El catalizador provoca una reacción de los gases combustibles con el oxígeno por debajo de la temperatura real de ignición. Esta reacción es una combustión sin llama que genera calor. El calor modifica la resistencia del hilo de platino y, por tanto, puede medirse y visualizarse.
Nota: Para la medición se necesita oxígeno (aire). En concentraciones > 5% (calibración de metano) no es posible realizar mediciones precisas debido a la falta de oxígeno.
Un rasgo característico de este método de medición es la indicación fiable de todos los gases combustibles. Sin embargo, no debe olvidarse que la indicación sólo es correcta para el gas para el que se ha calibrado el instrumento. Por ejemplo, un instrumento calibrado para el metano mostrará el propano y el butano del mechero. Sin embargo, la pantalla nunca mostrará la concentración correcta en % de volumen o % de LEL.
Las propiedades del método de medición de la combustión catalítica o del tintado térmico pueden recordarse fácilmente al pensar en el catalizador del automóvil. Incluso con el convertidor autocatalítico, los hidrocarburos no quemados sólo pueden oxidarse si hay suficiente aire. Por ello, la concentración de aire se mide mediante la llamada sonda Lambda. Al igual que ocurre con el convertidor autocatalítico, el catalizador de la sonda puede ser envenenado por determinadas sustancias.
Además de los vapores de plomo (antiguamente equiparables a los de la gasolina con plomo), también hay que mencionar aquí la silicona y los halógenos.
Una gran ventaja de este sensor es la robustez y precisión que necesitamos para mediciones en el rango LEL. Un campo de aplicación típico es: medición de peligro – LEL. En nuestras matrices de sensores utilizamos un sensor de tono térmico.
Sensor electroquímico, uno de los tipos de sensores más desconocidos
Este sensor consta de al menos tres electrodos: un electrodo activo, un contraelectrodo y un electrodo de referencia. Estos tres electrodos se encuentran con electrolitos líquidos en la carcasa.
¿Cómo funciona un sensor electroquímico?
El principio de medición se basa en el paso de gas a través de una membrana hasta el electrodo activo. La membrana es permeable al gas, pero no a los electrolitos. Este proceso desencadena una reacción electroquímica. O bien el electrodo de trabajo libera electrones, en cuyo caso se produce una oxidación, o bien acepta electrones, en cuyo caso se produce una reducción. El flujo de electrones genera corriente eléctrica, que es proporcional a la concentración de gas y puede medirse.
¿Qué pueden medir los tipos de sensores electroquímicos para gases?
El sensor electroquímico proporciona alta sensibilidad y fácil manejo. Mide el monóxido de carbono (CO), el sulfuro de hidrógeno (H₂S) y el oxígeno (O₂). Lo utilizamos, por ejemplo, en el GOLIATH o en el OLLI.
Este sensor también se utiliza en seguridad, diagnóstico medioambiental, control de procesos y tecnología médica.
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Sensor semiconductor, uno de los tipos de sensores de temperatura más utilizados
Un sensor semiconductor es un sensor de temperatura con materiales semiconductores de óxidos metálicos. Durante la medición, los sensores se calientan para que se produzca la conductividad intrínseca, ya que un semiconductor sólo conduce la electricidad a determinadas temperaturas. Las moléculas de gas chocan con la superficie del semiconductor, provocando un cambio en la resistencia eléctrica, que a su vez puede medirse.
Los ámbitos de aplicación del sensor semiconductor son la ingeniería de seguridad, el aseguramiento de la calidad, la tecnología de medición de procesos y la vigilancia de emisiones y mercancías transportadas por el aire. Las ventajas de este sensor son su alta sensibilidad y su larga vida útil. Los sensores semiconductores tienen un consumo de energía extremadamente bajo y una baja selectividad, ya que otros gases ajenos a la medición también pueden acumularse en la superficie.
La sensibilidad de los sensores semiconductores puede verse reducida temporalmente o dañada permanentemente por la exposición a sustancias tóxicas o inhibidores del sensor. Entre los inhibidores se encuentran el sulfuro de hidrógeno, los vapores de silicona, los aceites, los ésteres de fosfato, los halógenos y otras sustancias químicas.
Utilizamos sensores semiconductores en nuestra serie HUNTER y en el GasTest delta3 porque tienen una alta sensibilidad en el rango de ppm y pueden detectar concentraciones muy bajas de gases de combustión.
Sensor o detector de conductividad térmica
Las concentraciones de gas pueden determinarse mediante un sensor de conductividad térmica, ya que los gases tienen distinta conductividad térmica. Si un gas fluye alrededor de un hilo calentado, éste se enfría en función de la conductividad térmica del gas. El hilo cambia entonces su resistencia. Este cambio puede medirse y visualizarse.
La medición de la conductividad térmica no es lo suficientemente precisa para mediciones en el rango LEL. Una ventaja del sensor de conductividad térmica es que no necesita oxígeno para medir gases
Aplicación común: Medición de gases con altas concentraciones.
Los gases ligeros como el hidrógeno o el helio también pueden detectarse con gran sensibilidad mediante el sensor de conducción térmica. El HUNTER H2, por ejemplo, es un dispositivo de medición que puede utilizarse para localizar trazas de hidrógeno. Los sensores de conductividad térmica también se utilizan en los dispositivos de medición SIGI-EX y OLLI.
Tipos de sensores de presión
En el ámbito de la medición de presión, diversos tipos de sensores desempeñan un papel fundamental para capturar con precisión las variaciones en la fuerza ejercida por un fluido o gas. Estos dispositivos emplean diferentes principios físicos y tecnologías para traducir la presión en señales eléctricas que pueden interpretarse fácilmente. Entre los tipos de sensores para medir la presión se encuentran los siguientes:
Sensor de presión relativa o manométrica, uno de los tipos de sensores para medir presiones bajas (mbar)
Con ayuda de este sensor se mide la presión en comparación con la presión atmosférica ambiente. El cambio de presión se observa mediante la deformación de una membrana. Un lado de la membrana se expone a la presión de prueba y el otro a la presión ambiente. El resultado de este principio de medición es la diferencia de presión respecto a la presión ambiente. La presión relativa de un sistema que está conectado a la atmósfera (por ejemplo, un regulador de presión de gas en una casa) es la presión absoluta más la presión atmosférica. Si puedo medir ambas magnitudes, puedo calcular la presión relativa.
La presión atmosférica fluctúa debido a los cambios en las condiciones meteorológicas, es decir, un cambio en la presión atmosférica tiene un efecto directo en el resultado de la prueba.
Campo de aplicación: Medición en reguladores e instalaciones domésticas. Dado que en la instalación doméstica sólo se realizan pruebas de presión relativamente cortas, la prueba de estanqueidad y la prueba de carga, una variación de la presión atmosférica sólo tiene efecto en circunstancias muy desfavorables. En nuestros aparatos GasTest delta3 y LeckOmiO utilizamos sensores de presión manométrica (relativa).
Sensor de presión absoluta, el tipo de sensor perfecto para medir altas presiones (bar)
En los sensores de presión absoluta, el lado interno del sensor está vacío y herméticamente cerrado. La deformación medida de la membrana consiste siempre en la diferencia de presión entre la presión de prueba y el vacío, por lo que es independiente de la presión ambiente. Por lo tanto, el resultado medido es siempre la diferencia de presión respecto al vacío.
Para la prueba de presión hay que tener en cuenta:: Los gases se calientan por la compresión del aire – compresión. Después es necesario un tiempo de adaptación para el enfriamiento, de modo que la presión en la tubería desciende. La caída de presión se debe al enfriamiento del aire hasta la temperatura ambiente.
El sensor de presión absoluta se utiliza para realizar pruebas de presión en tuberías. Los sensores externos de presión absoluta se utilizan cuando se trabaja con nuestro smart memo y GasTest delta3.
Otros tipos de sensores de presión
Además de los sensores de presión mencionados anteriormente, que son principalmente los que se incluyen en nuestros dispositivos, existe una gran variedad de sensores, como por ejemplo:
- Sensores de presión diferencial
- Sensores de presión de vacío
- Sensores de presión hidrostática
- Sensores de presión de sellado