DEPARTAMENTO DE ELCTRICA Y ELECTRNICA

CARRERA DE ING. EN ELECTRNICA E INSTRUMENTACIN

ASIGNATURA: Sensores

Unidad III

TEMA: Consulta

Responsable de la Prctica: Ing. Jos Bucheli

Nombre Estudiantes:

1) Alex Haro

Fecha: 05/ 08/2015

SENSOR PIEZOELCTRICO

Un sensor piezoelctrico es un dispositivo que utiliza el efecto piezoelctrico para medir

presin, aceleracin, tensin o fuerza; transformando las lecturas en seales elctricas. El

efecto piezoelctrico consiste en la aparicin de una polarizacin elctrica en un material

al deformarse bajo la accin de un esfuerzo. Es un efecto reversible de modo que al aplicar

una diferencia de potencial elctrico entre dos caras de un material piezoelctrico, aparece

de una deformacin.

Aplicacione

Los sensores piezoelctricos son catalogados como herramientas verstiles para la

medicin de varios procesos. Son utilizados para garantas de calidad, procesos de

control, investigacin y desarrollo en diferentes campos industriales. Aunque el efecto

piezoelctrico fue descubierto por Curie en 1880, ste comenz a ser implementado en

las areas sensoriales de la industria solamente a partir del ao 1950. Desde entonces, el

uso de este principio de medicin se ha incrementado, ya que puede ser considerado como

una tecnologa madura gracias a su fcil manejo y su alto nivel de confiabilidad. Tiene

aplicaciones en campos como la medicina, la industria aeroespacial y la instrumentacin

nuclear, as como pantallas tctiles de telfonos celulares. En la industria automovilstica,

los elementos piezoelctricos son utilizados para monitorear la combustin durante el

desarrollo de motores de combustin interna. Los sensores pueden estar, bien sea

montado directamente en hoyos adicionales en la culata o en las bujas las cuales estn

equipadas con un sensor piezoelctrico en miniatura.

El ascenso de la tecnologa piezoelctrica est directamente relacionado a un conjunto de

ventajas inherentes. A pesar de que los sensores piezoelctricos son sistemas

electromecnicos que reaccionan a la compresin, los elementos sensoriales muestran

casi una deflexin nula. Por esta razn los sensores piezoelctricos son tan precisos,

tienen una frecuencia natural extremadamente alta y una excelente linealidad en amplio

rango. Adems, la tecnologa piezoelctrica es insensible a campos electromagnticos y

radiacin, facilitando mediciones bajo condiciones adversas. Algunos materiales usados

(especialmente fosfato de galio [2] o turmalina), poseen un alto grado de sensibilidad

incluso al ser expuestos a altas temperaturas, permitiendo que el sensor sea eficiente hasta

temperaturas de 1000 C. La turmalina tambin posee piroelectricidad; gracias a esta

caracterstica se genera una seal elctrica cuando la temperatura del cristal es alterada.

Este efecto es muy comn en materiales piezocermicos.

Una desventaja de los sensores piezoelctricos es que no se pueden usar para tomar

mediciones de esttica verdadera. Una fuerza esttica resultara en una cantidad fija de

cargas sobre el material piezoelctrico. Trabajar con dispositivos de visualizacin

convencionales, materiales aislantes imperfectos, as como la reduccin de la resistencia

interna del sensor, resulta poco eficiente debido a la prdida constante de electrones y el

bajo rendimiento de la seal. Adems las temperaturas elevadas causan una falla adicional

en la resistencia interna y en la sensibilidad de la medicin. El mayor efecto del efecto

piezoelctrico es que cuando aumenta significativamente la presin y la temperatura, la

sensibilidad se reduce debido a un montaje gemelo (twin-formation).

SENSOR AUTORRESONANTE

En el principio de funcionamiento de los sensores autorresonantes se basa en un fenmeno

fsico resonante ofrecen una frecuencia de salida que depende de una magnitud de inters

que afecta a la frecuencia de oscilacin. Todos requieren un frecuencimetrocontador para medir bien la frecuencia o bien el periodo de oscilacin- La eleccin de uno u otro

mtodo depende de la resolucin deseada y del tiempo disponible para la medida. Las

estructuras resonantes basadas en monocristales de silicio se prestan bien a la realizacin

de circuitos integrados. En sensores se emplean tanto osciladores armnicos como de

relajacin. En los primeros hay una energa almacenada que cambia de una u otra forma

de almacenamiento, por ejemplo de energa cintica en el movimiento de una masa a

energa potencial en la tensin de un muelle. En los segundos hay una nica forma de

almacenamiento, y la energa almacenada se disipa peridicamente mediante algn

mecanismo de puesta a cero.

Tipos de Sensores Autorresonantes

Sensores Basados en ondas superficiales

Los sensores SAW basan su principio de operacin en velocidad de propagacin de las

ondas Rayleigh en piezoelctrico debido a la presencia de una cantidad sobre la misma.

Los dispositivos SAW son estructuras la modificacin de la superficie de un de masa

depositada interdigitadas que se realizan sobre substratos piezoelctricos para que las

ondas acsticas superficiales puedan ser generadas mediante una excitacin elctrica. Se

pueden utilizar como substratos o medio de soporte el Si y ste no es un material

piezoelctrico, por lo que se requiere una capa adicional piezoelctrica sobre el silicio

para desarrollar los sensores SAW. Para ello pueden utilizarse diferentes materiales

piezoelctricos, tales como, CdS, AIN y en particular el ZnO. Por otra parte el AIN

presenta las ventajas de que sus constantes piezoelctricas tienen muy baja dependencia

con la temperatura (como el cuarzo) y una velocidad de propagacin de las ondas

acsticas de hasta tres veces superior al cuarzo por lo que se incrementara la sensibilidad

de estos dispositivos.Son sensores que operan en frecuencias altas, barren el rango entre

100 y 500 MHz y aunque pueden llegar, incluso, hasta pocos GHz tales frecuencias

requieren un sofisticado diseoo del circuito oscilador. Los transductores interdigitados

(IDT) son los que se usan para excitar y detectar una onda acstica superficial sobre un

substrato piezoelctrico.

Sensores Basados en ondas superficiales (SAW).

APLICACIONES:

La aplicacin ms extendida de este mtodo es, sin embargo, la medida continua de la

densidad de lquidos, con una disposicin como la indicada en la figura x Consiste en dos

conductores en paralelo, como por los que fluye el lquido, sujetos por cada extremo a una

base fija y acoplados al conducto principal, con una junta flexible en cada extremo.

SENSOR TIPO VRTICE

Los medidores de flujo tipo vortex, son un tipo de sensor de flujo que mide la frecuencia

de los vrtices a traves de un dispositivo de farol ubicado en el caudal del flujo. En el rea

del dispositivo del farol la frecuencia del vrtice es una proporcin de la velocidad del

flujo. Los medidores de flujo tipo vortex son utilizados para medir el flujo de lquidos y/o

gases.

Teoria de trabajo

Como se muestra en la imagen, el dispositivo con forma de farol es ubicado en el tubo.

Lneas regulares de los remolinos de los vrtices se causan por la separacion del flujo de

un fluido sobre el dispositivo con forma de farol. Estos vrtices se conocen como Calle

de Vrtices de von Karman, el cual es un termino utilizado en la dinamica de fluidos. En

la parte posterior del dispositivo con forma de faro, las lneas del flujo del vortice son

asimtricas. Asumiendo que f es la frecuencia de los vortices, U es la velocidad media de

la medicion del fluido antes del dispositivo en forma de faro, d es el frente de amplitud

del dispositivo y D es el dimetro del dispositivo del medidor, la siguiente es la ecuacin.

f=SrU1/d=SrU/md

donde:

U1 es la media del flujo cerca a los dos lados del dispositivo en m/s,

Sr es el nmero de Strouhal

m s el radio del rea en forma de arco a los dos lados del dispositivo en forma de farol y

el rea del tubo y

La ecuacin del flujo de volumen (qv)en el tubo es:

qv=D2U/4=D2mdf/4Sr K=f/qv= [D2md/4Sr]-1

donde:

K es el coeficiente de la medida del flujo del vortice en P/m3

Por la ecuacin anterior, conocemos que las seales de frecuencia de impulso, producidas

por el medidor de flujo tipo vortex no se determinan por las propiedades de los

componentes del fluido. Por lo tanto, el coeficiente solo se relaciona con el dispositivo en

forma de farol y el tamao del tubo en ciertos rangos de los nmeros Reynolds. Sin

embargo, en relacin con el balance material y la medicin de energa, la medicin del

flujo masico es requerido. En esta situacin, los medidores de flujo tipo vortex deben

monitorear simultneamente, tanto el volumen del flujo como la densidad. La medicin

puede ser afectada por propiedades fsicas de los componentes del fluido.

Aplicaciones

El medidor de flujo tipo vortex de la serie BF50 es apropiado para mediciones de todo

tipo de lquidos, gases y vapores (vapores saturados y vapores a altas temperaturas).

Clasificacin por especificacin, tenemos un tipo de medidor inteligente pasivo y un tipo

dividido. Por ejemplo: el medidor de flujo tipo vortex tipo inteligente pasivo se dise

especialmente para utilizarse sin fuente de energa. Al compararse con otras series, el

medidor de flujo tipo vortex es ms econmico. Su desempeo esta entre el nivel medio-

alto. El precio del medidor de flujo tipo vortex y sus costos de operacin y mantenimiento

son relativamente bajos. Si nuestros clientes utilizan este tipo de medidor como

instrumento de deteccin en un sistema de operacin, le recomendamos buscar un medio

representativo para disminuir costos.

BIBLIOGRAFIA:

http://www.booccaflow.es/1-vortex-flow-meter-6.html

http://www.investigacion.frc.utn.edu.ar/sensores/Tutorial/TECNO5.pdf

https://prezi.com/tu7awtfieuew/sensores-autorresonantes/

http://medicionindustrialachm.blogspot.com/2008/04/sensor-autorresonante.html

http://medicioni2007.blogspot.com/2007/06/sensor-piezoelctrico-de-presin.html