CLASE 2

Sensores y acondicionadores

2Sensor/Transductor

3Funcin del sensor/transductor

Variable:

ProcesoProceso

temperatura presin caudal nivel pH peso corriente tensin radiacin etc.

Sensor/Sensor/transductortransductor

Sealelctrica

4Tipos de seales Digital:

No lleva informacin en su valor.

Representa dos estados posibles: Abierto/Cerrado Si/No O/1 Positivo/Negativo Presente/Ausente etc.

Analgica: S lleva informacin

de la variable medida en su valor.

Representa infinitos estados posibles: Temperaturas: 0-100

C Presin: 1 a 10 psi Peso: 50 a 150 kg Apertura: 0-100% etc.

5Seales digitales

t

V

0-

5-

threshold (umbral)

Sealelctrica

Informacin

0 1 0 1 0 1 0 0

0-

1-

6Seales analgicas

InformacinV: 0.0 2.6 4.0 2.2 4.1 5.8 3.5 3.0 2.2

C: 0 52 80 44 81 116 70 60 44

t

V

0-

5-Seal

elctrica

1-2-3-4-

7Ejemplo de seal digital

Seal derespuesta

Apagado Apagado

Prendido

Seal de respuesta:Seal de respuesta: Corriente en el cable Energa generada en la

resistencia Luz

8Ejm.: Digital + analgico

Motor

Temp.

Temperatura: analgica

Agitacin: digital analgica

Caudal: digital analgico

Nivel: digital

9Tipos de sensores

Activos:No requieren de alimentacin externa

(Ejm. Termocupla)

Pasivos:Requieren de una fuente de energa

externa (Ejm. Termoresistencia)

10

Velocidad, flujo, posicin

Tensin producida por un generador en movimiento

Electro-dinmico

Luz, presencia, posicin

Tensin producida en un elemento semiconductor cuando incide radiacin en ste

Foto-voltaico

Cambios de presin, aceleracin, vibracin, sonido

F.e.m. producida cuando se aplica fuerza o presin a ciertos cristales

Piezo-elctrico

TemperaturaFuerza electromotriz producida entre dos metales diferentes (termocupla)

Termo-elctrico

AplicacionesPrincipio fsicoTipo

Sensores activos

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LVDT: desplazamiento, posicin, presin, fuerza

Diferencia de tensiones de dos bobinas depende de la posicin del ncleo de hierro

Desplazamiento, posicin, fuerza

Depende del mov. de una barra de alta permeabilidad

Inductancia

Nivel de lquidoDepende del dielctrico entre dos cilindros concntricos

Desplazamiento, presinVara con la distancia de las placas de un condensador

Capacitancia

Deteccin e intensidad de luz

Vara con la intensidad de luz (mat. fotoconductores)

DesplazamientoVara con la posicin del cursor de un potencimetro

Temperatura (RTD, ECT), flujo (MAF)

Vara con la temperatura (termorresistencia +, termistor )

Resistencia

AplicacionesPrincipio fsicoPropiedad

Sensores pasivos

12

Caractersticas de los sensores

Dinmicas: Velocidad (tiempo de

respuesta) Estabilidad (medio

ambiente) Histresis (error en

medicin creciente o decreciente)

Estticas: Exactitud (error) Precisin Rango de medicin

(espacio muerto, umbral) Resolucin Sensibilidad

(funcin de transferencia, ganancia)

Repetibilidad Alinealidad Ruido

S/N = 20 log(Vs/Vn)

13

Ejm. de sensores

Temperatura Termocupla Termorresistencias Termistores S. Infrarrojos S. Estado Slido

Presin Strain Gages S. piezoelctricos S. estado slido

Flujo P Ultrasonido De efecto Doppler De efecto Coriolis Vrtex Turbinas

Peso / Fuerza Celdas de carga

pH Electrodos de in-

selectivo

14

Informacin complementaria

15

Termocuplas o termopares

Efecto Seebeck (1821):Por un circuito formado por dos metales distintos con uniones a distinta temperatura, se genera una corriente cuya f.e.m. est en funcin de la temperatura.

Unin fra(de referencia)

Unin caliente(de medicin)

Tensin generada:10 - 50 mV

16

Exactitud : 1 - 3% Sensibilidad: baja (V/C) Rango: 270 a 1800 C (distintos materiales) Respuesta : lenta ( > 1 s) Linealidad : no muy buena

Caractersticas

17

Tipos de termocuplas

270 a 400Cu / ConstantanT

50 a 1760Pt / PtRh10S

50 a 1760Pt / PtRh13R

-175 1370Cromel / AlumelK

210 a 1200Fe / ConstantanJ

270 a 1000Cromel / ConstantanE

0 a 1820PtRh6 / PtRh30B

Rango CComposicinTipo

18

Curvas de calibracin

19

Curvas de sensibilidad

20

Termmetros de resistencia o RTDs

Principio: La resistencia de un metal aumenta casi linealmente con la temperatura

Materiales: Pt (ms usada: 100) W (Temp. altas) Otros: Cu, Ni, Fe-Ni

Pendiente: + (siempre) Linealidad: Buena Autocalentamiento: bajo

21

Tipos de RTDs

Alambre enrollado (wound coil) Masivo Mayor estabilidad (vibracin, choque trmico, etc.)

Film metlico (thin film) Fabricado sobre sustratos de semiconductores Mayor resistencia Respuesta rpida Bajo costo

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Termistores (Thermally sensitive resistors)

NTC (Negative Temperature Coefficient)

PTC (Positive Temperature Coefficient)

Dispositivos de estado slido (semiconductores o cermicos) que detectan cambios trmicos por variacin de su resistencia. Tipos:

23

Sensores de fuerza y presin

Strain Gages Tensin mecnica --> R = f(F)

Estado Slido Efecto piezoelctrico (materiales

cermicos) Rpta.: Carga elctrica --> Voltaje Alta sensibilidad Respuesta rpida

24

Sensores de caudal

Presin diferencial (Venturi, placa de orificio, Pitot)

Ultrasnicos Efecto Doppler Electromagnticos Turbina Resistencia Efecto Coriolis Vrtex

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Sensores de nivel

Hidrosttico

Magntico

Ultrasnico

26

Sensores de nivel

Ejm.:Sensor ptico(digital)

27

Sensores de posicin y presencia

Limit switches(sensores de finde carrera)

Sensores inductivosde proximidad

28

Compensacin (puente Wheatstone,puentes de C.A.)

Amplificacin Linealizacin Conversin (V/I, I/P, D/A, A/D) Atenuacin Filtrado Modulacin Muestreo y retencin Multiplexado

Acondicionamiento de seal

29

Ejm.: Compensacin de celdas de carga

30

Multiplexor Muestreo yretencin

ConversinA/D

Entradasanalgicas

Secuenciade seales

digitalizadas

Ejm.: Conversin A/D con multiplexado

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