Sensor piezoeléctrico para niños
Un sensor piezoeléctrico es un aparato especial que usa algo llamado efecto piezoeléctrico. Este efecto permite que ciertos materiales generen una pequeña corriente eléctrica cuando se les aplica una fuerza, presión o cuando cambian de forma. Así, el sensor puede medir cosas como la presión, la fuerza o la aceleración, y convertir esas mediciones en señales eléctricas que otros dispositivos pueden entender.
Contenido
¿Para qué se usan los sensores piezoeléctricos?
Los sensores piezoeléctricos son muy útiles y se usan en muchos lugares. Aunque el efecto piezoeléctrico fue descubierto por Pierre Curie en 1880, no se empezó a usar mucho en la industria hasta los años 1950. Desde entonces, su uso ha crecido porque son fáciles de manejar y muy confiables.
Usos en la vida diaria y la industria
Estos sensores se encuentran en campos como la medicina, la industria aeroespacial (para naves espaciales y aviones) y en la instrumentación nuclear. También los encuentras en las pantallas táctiles de tus teléfonos móviles, donde detectan dónde tocas la pantalla.
En la industria automovilística, se usan para revisar cómo funciona la combustión dentro de los motores de los coches. Se pueden colocar en partes del motor o incluso en las bujías (que son como las "chispas" del motor) para obtener información.
Ventajas de los sensores piezoeléctricos
Aunque estos sensores son sistemas electromecánicos que reaccionan a la presión, casi no se deforman. Esto los hace muy precisos. Tienen una frecuencia natural muy alta y miden de forma muy lineal en un rango amplio.
Además, la tecnología piezoeléctrica no se ve afectada por los campos electromagnéticos (como los que producen los imanes o la electricidad) ni por la radiación. Algunos materiales que se usan, como el fosfato de galio o la turmalina, son muy sensibles incluso a temperaturas muy altas, ¡hasta 1000 °C! La turmalina también tiene una propiedad llamada piroelectricidad, que significa que genera una señal eléctrica cuando su temperatura cambia.
Limitaciones de los sensores piezoeléctricos
Una desventaja de estos sensores es que no son buenos para medir cosas que no cambian, es decir, fuerzas estáticas. Esto se debe a que la carga eléctrica que producen se va perdiendo poco a poco. Además, las temperaturas muy altas pueden hacer que el sensor sea menos sensible.
Mientras que algunos sensores de cuarzo necesitan enfriarse a 300 °C para funcionar bien, hay otros cristales como el fosfato de galio que pueden soportar temperaturas mucho más altas sin problemas. Se cree que en la naturaleza también existen materiales piezoeléctricos, como la smithsonita, que podrían funcionar como sensores biológicos de fuerza.
¿Cómo funcionan los sensores piezoeléctricos?
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Símbolo y modelo electrónico de un sensor piezoeléctrico.
La forma en que se corta el material piezoeléctrico determina cómo funciona el sensor. Hay tres maneras principales de operación: transversal, longitudinal o tangencial.
Efecto Longitudinal
En este modo, la cantidad de carga eléctrica que se produce es directamente proporcional a la fuerza que se aplica. No importa el tamaño o la forma del material piezoeléctrico. Si se usan varios elementos juntos, se puede aumentar la carga eléctrica que se genera.
Efecto Tangencial
De nuevo, las cargas eléctricas producidas son proporcionales a las fuerzas aplicadas y no dependen de la forma o el tamaño de los elementos.
Materiales que se usan en los sensores
Hay dos grandes grupos de materiales que se usan para fabricar sensores piezoeléctricos: las cerámicas piezoeléctricas y los materiales de un solo cristal.
- Cerámicas piezoeléctricas: Como la cerámica PZT, son muy sensibles y se pueden fabricar de forma económica. Sin embargo, su alta sensibilidad puede disminuir con el tiempo, especialmente si se exponen a altas temperaturas.
- Materiales de un solo cristal: Como el fosfato de galio, el cuarzo o la turmalina, son menos sensibles que las cerámicas, pero son mucho más estables a largo plazo.
Galería de imágenes
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Transmisor piezoeléctrico en una guitarra acústica.
Véase también
En inglés: Piezoelectric sensor Facts for Kids
