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Sensores de calidad del aire que redefinen la detección medioambiental

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Artículo técnico sobre los nuevos sensores de calidad del aire escrito por Bill Schweber para Mouser Electronics y sus posibilidades en el medio ambiente.

Siempre ha habido una necesidad generalizada de contar con sensores electrónicos capaces de controlar diversos fenómenos físicos como la luz, la presión, el sonido y, por supuesto, la temperatura (el parámetro medido con más frecuencia).

La buena noticia es que se han realizado avances significativos en la fabricación de sensores de alto rendimiento, de bajo coste y fáciles de usar para muchas de estas mediciones, cuyo desarrollo se basa frecuentemente en tecnología de sistemas microelectromecánicos (SMEM). Por ejemplo, la detección de la posición y el movimiento —dos parámetros físicos muy relacionados tradicionalmente entre los más difíciles de medir— ahora resulta muy sencilla gracias a la amplia disponibilidad de diminutos acelerómetros y giroscopios basados en silicio, empleados frecuentemente para la navegación en drones y la seguridad de los automóviles.

Sin embargo, existe un área de detección que ha quedado durante mucho tiempo relegada en el ámbito del desarrollo de los sensores de alto rendimiento, bajo coste y baja potencia: los sensores de vapor y gas (olor). Todavía estamos muy lejos de lograr una capacidad olfativa sensible y universal semejante a la de la nariz de un sabueso o incluso a la de un ser humano. Los sensores de gases, compuestos orgánicos volátiles (COV) e incluso de humedad han sido especialmente difíciles de desarrollar y más aún difíciles de usar, calibrar e integrar que los sensores de temperatura. Además, cada sensor de gas suele tener un formato de salida analógica diferente que requiere graduación, voltaje frente a corriente, sincronización y otras variaciones (Figura 1).

Figura 1: Se suelen usar diferentes interfaces analógicas para los sensores, incluidas las salidas de corriente de tres cables, cuatro cables y dos cables desde 4 mA hasta 20 mA. Integrar un conjunto de sensores diferentes puede suponer un desafío para la entrada/salida (E/S) analógica. (Fuente: TE Connectivity)
Figura 1: Se suelen usar diferentes interfaces analógicas para los sensores de calidad del aire, incluidas las salidas de corriente de tres cables, cuatro cables y dos cables desde 4 mA hasta 20 mA. Integrar un conjunto de sensores diferentes puede suponer un desafío para la entrada/salida (E/S) analógica. (Fuente: TE Connectivity)

El problema se acentúa cuando se precisa medir una serie de variables distintas en un solo lugar. Interactuar de forma sencilla y eficaz con la variedad de soluciones de detección disponibles requiere limitar las opciones de los sensores, añadir circuitos adaptadores para obtener un solo formato de salida o interactuar con varios formatos de salida.

Sin embargo, a lo largo de la última década se han registrado avances significativos como resultado de la evolución espectacular de los SMEM y los semiconductores asociados, que han proporcionado sensores de bajo consumo y bajo coste para gases específicos. Cabe destacar que estos avances comenzaron con sensores de impacto y presión para aplicaciones específicas dirigidas a activar airbags, a diferencia de los sensores de gas. Estos trabajos de investigación, desarrollo y comercialización han allanado el camino para el avance de los sensores SMEM en relación con la presión, los COV y el dióxido de carbono (CO2).

El resultado ha generado una amplia disponibilidad de sensores de calidad del aire basados en microchip para la detección básica de gases y líquidos, así como para su calibración, características adicionales integradas y más funciones incorporadas.

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