Unidad_1

1. DEFINICIONES Y GENERALIDADES

SENSORES Y TRANSDUCTORES1. DEFINICIONES Y GENERALIDADES.2. PRINCIPIOS DE TRANSDUCCIÓN3. CARACTERISTICAS DE LOS

TRANSDUCTORES.4. CLASIFICACIÓN.

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Ing. Julio Zambrano A

EL PROCESO DE MEDICIÓN GENERALMENTE REQUIEREEL USO DE UN INSTRUMENTO COMO MEDIO FISICOPARA DETERMINAR LA MAGNITUD DE UNADETERMINADA VARIABLE


SENSORES Y TRANSDUCTORES

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En los inicios de la era industrial, el operario llevaba el control manual de varios procesos basado en la información captada por sus sentidos

Hoy en día se puede contar con instrumentos de medición sofisticados que proporcionan valores con bastante exactitud

1. DEFINICIONES Y GENERALIDADES.2. PRINCIPIOS DE TRANSDUCCIÓN3. CARACTERISTICAS DE LOS




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Los valores ¨captados¨ no solo son utilizados para brindar visualización al operario.

Estos son enviados a dispositivos como controladores lógicos los cuales pueden toman decisiones sobre el proceso

CONTROL DE LAZO CERRADO



SENSOR

Es el elemento que está "en contacto" con el elemento físico a medir y proporciona esa magnitud física al transductor.



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TRANSDUCTOR

Un transductor es un dispositivo que convierte una señal de un tipo a otro, es decir convierte una magnitud en otra que resulte más apta para el análisis de un fenómeno físico.

Las más utilizadas dentro de la industria son las eléctricas y ópticas





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Un transductor ideal es aquel que para producir su señal de salida no disminuye la energía de la señal de entrada

señales físicas en señales eléctricas

• Fácilmente amplificable.• Variedad de dispositivos para

acondicionamiento• Facilidad de transmisión.

ventajas



2. PRINCIPIOS DE TRANSDUCCION


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Fundamento físico sobre el cual se asienta la conversión de una magnitud física en otra distinta.

Un transductor para detectar una misma variable física pueden estar basados en principios de transducción diferentes.

• Elementos de transducción capacitiva.• Elementos de transducción inductiva.• Elementos de transducción reluctiva.• Elementos de transducción

electromagnética. • Elementos de transducción

piezoeléctrica • Elementos de transducción por galgas

extensométricas.• Elementos de transducción

fotovoltaica.





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Elementos de transducción capacitiva.

Convierten un cambio de la magnitud a medir en un cambio de capacidad.

El cambio de capacidad se produce por la variación de la distancia de las placas del capacitor o por el cambio de dieléctrico entre las dos





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Elementos de transducción inductiva.

Convierten un cambio de la magnitud a medir en un cambio de la auto inductancia de un devanado único, provocado por el movimiento de un núcleo ferromagnético





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Elementos de transducción reluctiva.

Convierten un cambio de la magnitud a medir en un cambio de tensión c.a, debido al cambio de la reluctancia del camino magnético entre dos o más devanados

La reluctancia depende de la longitud, del área y del material. Es equivalente al concepto de resistencia en el caso de la corriente





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Elementos de transducción magnética.

Convierten un cambio de la magnitud a medir en una fuerza electromotriz (tensión de salida) inducida en un conductor, debido a un cambio en el flujo magnético en ausencia de excitación





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Elementos de transducción piezoeléctrica.

Convierten un cambio de la magnitud a medir en un cambio en la carga electrostática (Q) o tensión (E) generados en ciertos materiales cuando están sometidos a esfuerzos mecánicos





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Elementos de transducción por galgas extensométricas.

Convierten un cambio de la magnitud a medir en un cambio de resistencia debido a una deformación de dos o cuatro brazos de un puente de Wheatstone.





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Elementos de transducción fotovoltaica.

Convierten un cambio de la magnitud a medir en un cambio en la tensión generada cuando la iluminación incidente sobre una unión entre ciertos materiales cambia



3. CARACTERÍSTICAS DE LOS TRANSDUCTORES


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CAMPO DE MEDIDAEspectro o conjunto de valores de la variable medida.

ALCANCE Es la diferencia algebraica entre el valor superior e inferior del campo de medida.

EXACTITUDAproximación con la cual la lectura de un instrumento se acerca al valor real de la variable medida.

CARACTERISTICAS ESTÁTICAS




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PRECISIONDado el valor fijo de una variable, la precisión es una medida del grado con el cual las mediciones sucesivas difieren una de otra.

SENSIBILIDAD Respuesta del instrumento respecto al cambio de la entrada o variable medida.

RESOLUCIÓNCambio más pequeño en el valor medido al cual responde el instrumento.






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ERRORDiferencia algebraica entre el valor leído o transmitido por el instrumento y el valor real de la variable medida.

Si el error está en condiciones de régimen permanente se denomina ERROR ESTÁTICO

Siempre que las condiciones sean dinámicas se llamará ERROR DINAMICO






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NO LINEALIDADEs la máxima desviación de la curva característica en su tramo ascendente o descendente, respecto de la línea recta que une los puntos ¨cero¨ y ¨fondo escala¨






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TIEMPO DE RESPUESTALa medición de cualquier variable de proceso puede implicar una demora que debe ser definida adecuadamente. Los tiempos de respuesta se definen en base al tiempo necesario para obtener una medida satisfactoria.






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Transductor de orden cero.Transductor de primer orden.Transductor de segundo orden.Transductor de orden superior


CARACTERISTICAS DINAMICAS

El orden depende del número de elementos almacenadores de energía que posee. Estos repercuten en su exactitud y velocidad de respuesta

Masas, inductancias, capacidades eléctricas, capacidades térmicas, etc.




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La presencia de elementos almacenadores de energía implica una ecuación diferencial que relaciona la salida y entrada que maneja el transductor



Para determinar las características dinámicas de un transductor que cumple el principio de superposición (lineal), se debe aplicar señales de prueba típicas en su entrada:

Impulso, escalón, rampa, senoidal, etc.




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TRANSDUCTOR DE ORDEN CERO

Es aquel cuya salida está relacionada con la entrada mediante una ecuación tipo:



Su comportamiento queda caracterizado por su sensibilidad K y se mantiene constante ante variaciones de la entrada.

Error dinámico y retardo son nulos




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TRANSDUCTOR DE PRIMER ORDEN

Posee un elemento almacenador de energía y otro que la disipa. La relación entrada salida viene determinado por la forma:






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TRANSDUCTOR DE SEGUNDO ORDEN

Posee dos elemento almacenadores de energía y dos que la disipan. La relación entrada salida viene determinado por la forma:






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MODULADORES O ACTIVOS: La energía de la señal de salida procede, en su mayor parte de una fuente de energía auxiliar.

Por lo tanto estos sensores requieren de mas hilos ya que la alimentación suele suministrarse mediante hilos distintos a los empleados para la señal.

Su sensibilidad se puede ajustar mediante la señal de alimentación.

4. CLASIFICACION

SEGÚN EL APORTE DE ENERGIA




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GENERADORES O PASIVOS: La energía de la señal de salida es suministrada por la entrada.

Dado a que se basan en efectos reversibles, están relacionados con diversos tipos de actuadores.

Ejemplo: SENSORES DE FUERZA, TACO-GENERADORES, TERMOPARES

4. CLASIFICACION

SEGÚN EL APORTE DE ENERGIA




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ANALOGICOS: La salida varía de forma continua y la información esta contenida en la amplitud de la señal.

4. CLASIFICACION

SEGÚN LA SEÑAL DE SALIDA



DIGITALES: La salida varía de forma de pasos o saltos discretos. Su transmisión es mas sencilla. Brindan mayor fiabilidad y exactitud, sin embargo es complicado contar con un modelo.


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DEFLEXION: La magnitud medida produce algún efecto físico, que engendra algún efecto similar, pero opuesto, en alguna parte del instrumento, y que esta relacionado con alguna parte útil.

Un dinamómetro para la medida de fuerzas es un sensor de este tipo. La fuerza aplicada deforma un muelle hasta que la fuerza de recuperación iguala la fuerza aplicada.

4. CLASIFICACION

SEGÚN EL MODO DE FUNCIONAMIENTO




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COMPARACIÓN: Se intenta mantener nula la deflexión mediante la aplicación de un efecto bien conocido, opuesto al generado por la magnitud a medir.

En una balanza manual la colocación de una masa en un platillo provoca un desequilibrio, indicado por una aguja sobre una escala. El operario coloca entonces una o varias masas en el otro platillo hasta alcanzar el equilibrio, que se juzga por la posición de la aguja.

4. CLASIFICACION

SEGÚN EL MODO DE FUNCIONAMIENTO




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Los sensores pueden ser de orden cero, de primer orden, de segundo orden o de orden superior. El orden está relacionado con el número de elementos almacenadores de energía independientes que incluye el sensor, y repercute en su exactitud y velocidad de respuesta.

4. CLASIFICACION

SEGÚN EL TIPO DE RELACIÓN ENTRADA - SALIDA




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DESDE EL PUNTO DE VISTA DE LA INGENIERIA ELECTRONICA, ES MAS ATRACTIVA LA CLASIFICACIÓN DE LOS SENSORES DE ACUERDO CON EL PARAMETRO VARIABLE: RESISTENCIA, CAPACITANCIA, INDUCTANCIA.

4. CLASIFICACION




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BIBLIOGRAFÍA



[1] E. B. Zanón y U. P. de V. D. de I. Eléctrica, Sensores: conceptos y

características generales. Editorial de la UPV, 2003.

[2] E. G. Moreno, Automatización de procesos industriales: robótica

y automática. Universidad Politécnica de Valencia, 1999.

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