Componentes Electrónicos · Tema 30

Taller sensores

Luz y temperatura medidas con tester: divisor, tabla, calibración de dos puntos y dictamen.

01 · Punto de partida

Del sensor al número con tester

Sin micro y sin ADC igual se mide: LDR y NTC en divisor dan tensiones que el multímetro lee y la tabla convierte a luz y grados. Este taller monta los dos, los tabula con calibración de dos puntos y deja dictamen de cada uno.

Diseño base de ambas: divisor 10k a 5 V, sensor arriba, multímetro en el nodo. Difiere solo la tabla.

  • ¿Cómo monto cada divisor?
  • ¿Qué tabla uso para convertir V a unidades?
  • ¿Cómo calibro con dos puntos conocidos?
  • ¿Cuándo el sensor se calienta solo?

02 · LDR día/noche

Luz en tres lecturas

Montaje: LDR arriba, fija 10k abajo, 5 V. A más luz menos R y más Vout (el sensor manda).

Lecturas típicas (orientativas, calibrar las tuyas).
LuzR aprox.Vout
Día (ventana)≈ 2 kΩ≈ 4,2 V
Interior tarde≈ 20 kΩ≈ 1,7 V
Noche (tapado)≈ 200 kΩ≈ 0,2 V

Verificación: 5/2k... con 2k: Vout = 5×10000/12000 ≈ 4,17 ✓; 20k: 5×10000/30000 ≈ 1,67 ✓; 200k: 5×10000/210000 ≈ 0,24 ✓. Umbral día/noche para comparador: ~2,5 V en el medio (curso 4).

03 · NTC termómetro

Grados con tester

Montaje: NTC 10k arriba, fija 10k abajo, 5 V. Tabla con β 3950 (Vout = 5×10000/(R+10000)):

Termómetro manual (verificar con código).
TR NTCVout
0 °C (hielo)≈ 33,6 kΩ≈ 1,15 V
25 °C10,0 kΩ2,50 V
50 °C≈ 3,6 kΩ≈ 3,68 V

Calibración de dos puntos: hielo (0 °C) y ambiente con termómetro clínico/casero. Si tu tabla difiere > 5 %, tu β no es 3950: anotá el real.

Autocalentamiento
P = V²/R en el NTC: a 25 °C son 0,6 mW (despreciable). Con divisores de 1k bajaría a mW serios: usar ≥ 10k para no medir tu propio calor.
Tiempo de respuesta
Segundos en aire quieto: esperar estable antes de anotar. Soplar o sumergir (bolsa) acelera.
Histéresis y repetibilidad
Volver al ambiente y releer: si no repite ±0,1 V, hay falso contacto o NTC dañado.
De tabla a grados
Interpolar lineal entre puntos cercanos (error chico) o invertir β con código (Tema 29). Lineal solo de a tramos.

04 · Protocolo

Rutina de taller de sensores

  1. 1
    Montar divisor 10k.

    Sensor arriba, fija abajo, 5 V. Verificar 5 V en bornes primero.

  2. 2
    Medir extremos.

    LDR: tapado y al sol. NTC: hielo y ambiente. Anotar Vout de cada extremo.

  3. 3
    Tabular el medio.

    2–3 puntos intermedios (tarde, mano tibia). Interpolar con criterio.

  4. 4
    Dictaminar.

    ¿Excursión útil (> 1 V)? ¿Repetible? ¿Calibrado? Verde o rediseñar divisor.

Extremos→medio→tabla→dictamen

05 · Tablas en código

Termómetro y día/noche tabulados

Generar la tabla NTC completa e interpolar lecturas a grados:

Python en tu navegador. Generá tu tabla y convertí tus medidas.

import math

def tabla_ntc(vs=5.0, r_fija=10000, r0=10000, beta=3950, desde=0, hasta=50, paso=5):
    print(f"NTC {r0} + {r_fija} a {vs}V (beta {beta}):")
    for t in range(desde, hasta + 1, paso):
        r = r0 * math.exp(beta * (1 / (t + 273.15) - 1 / 298.15))
        v = vs * r_fija / (r + r_fija)
        print(f"  {t:2}°C: R={r:6.0f} Vout={v:.2f}V")
    return True


def v_a_temp(v_med, vs=5.0, r_fija=10000, r0=10000, beta=3950):
    # OJO: sensor ARRIBA (a Vs) y fija abajo: Vout = Vs*R_fija/(Rn+R_fija)
    r = r_fija * (vs - v_med) / v_med
    t = 1 / (1 / 298.15 + math.log(r / r0) / beta) - 273.15
    print(f"V={v_med}V -> R={r:.0f} -> T={t:.1f}°C")
    return t


tabla_ntc()
v_a_temp(2.5)
v_a_temp(1.15)

¿Qué temperatura da 3,68 V? ¿Y si tu NTC real es β 3435 en vez de 3950?

Día/noche con umbral

Clasificar lecturas LDR en estados con histéresis conceptual:

def estado_luz(vout, umbral=2.5):
    print(f"V={vout}V -> {'DÍA' if vout > umbral else 'NOCHE'} (umbral {umbral}V)")
    return vout > umbral


for v in [4.2, 2.6, 2.4, 0.2]:
    estado_luz(v)

06 · Analogía programador

Calibración y lookup

  1. 1
    Tabla = lookup table.

    Interpolar entre puntos medidos es más robusto que fórmulas con β incierto: datos sobre teoría.

  2. 2
    2 puntos = two-point calibration.

    Hielo + ambiente calibran offset y ganancia juntos, como calibrar un sensor industrial.

  3. 3
    Umbral = feature flag.

    Día/noche con 2,5 V es un booleano con histéresis futura (curso 4): clasificar, no medir.

07 · Exploración

Laboratorio: predecir lecturas

Elegí condición: el laboratorio predice R y Vout del sensor correspondiente, con criterio de aprobado para tu taller.

LABORATORIO 30

Condición → lectura

tabla → Vout

Sensor / fijaLDR / 10k
Vout predicho4,17 V
LecturaDía claro
Excursión útil4 V entre extremos

Día: LDR 2k → Vout 4,17 V.

Preguntas para explorar

  1. ¿Qué par de condiciones usarías para calibrar cada sensor?
  2. ¿Por qué la excursión útil decide si el taller sirve?
  3. ¿Qué pasa si la fija es 1k en vez de 10k?
Ver respuestas sugeridas
  1. LDR: tapado total y sol directo. NTC: hielo y ambiente con termómetro. Extremos conocidos y repetibles.
  2. Si día y noche difieren 0,2 V, el ruido la tapa: excursión de voltios = taller útil.
  3. Más corriente (5 mA): autocalienta el NTC y gasta pila. 10k mantiene mW y precisión.

08 · Comprensión

Confusiones frecuentes

«Lux exactos sin calibrar»

Sin curva del fabricante y calibración, tu “lux” es inventado. Reportar Vout + condiciones es honesto; convertir sin calibrar es ficción.

«NTC lineal entre 0 y 50»

Exponencial: interpolar lineal en todo el rango falla grados. Lineal por tramos cortos o fórmula β.

«Autocalentamiento despreciable siempre»

Con 10k a 5 V sí (0,6 mW). Con 1k a 12 V no: varios mW falsean grados. Calcular P siempre (Tema 4, curso 2).

«Luz parásita no importa»

La LDR ve tu lámpara de mesa: medir día/noche con la misma iluminación de fondo o con tubo opaco. Entorno controlado o dato inútil.

09 · Práctica guiada

Ejercicios de taller

Ejercicio 1: tabla propia LDR

Montá LDR + 10k a 5 V y anotá Vout en 3 luces (sol/tarde/tapado). Compará con la tabla del tema. ¿Coincide el orden? ¿Los valores?

Ver solución razonada

El orden (alto→bajo con menos luz) debe coincidir; los valores dependen de tu LDR y tu luz: tu tabla reemplaza a la del tema desde hoy.

Ejercicio 2: termómetro de 3 puntos

Con tabla_ntc() generá 0/25/50 °C y medí los 3 (hielo/ambiente/mano tibia ~37 °C interpolada). ¿Error? ¿β real?

Ver solución

Si a 37 °C medís lo predicho ±0,2 V, tu β ≈ 3950. Si difiere sistemáticamente, despejá tu β con dos puntos y re-tabulá.

Ejercicio 3: umbral noche

Elegí umbral 2,5 V para encender “modo noche”. ¿Con qué R fija centrás la transición al atardecer? Justificá con números.

Ver solución

Si al atardecer tu LDR ≈ 20k, fija 20k centra 2,5 V ahí (divisor simétrico en el punto de interés). La fija se elige para el umbral, no al azar.

10 · Síntesis

Ideas para recordar

  • Divisor 10k a 5 V + tabla propia: instrumento manual completo.
  • Calibrar con 2 extremos conocidos; interpolar con criterio.
  • NTC exponencial con β; LDR orientativa sin curva.
  • Autocalentamiento y luz parásita bajo control siempre.
  • Excursión de voltios = taller útil; mV = rediseñar divisor.

Sensores medidos con tester. Ahora, los que actúan: en el próximo tema, actuadores, motores y avisos.