sensores de temperatura
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sensotes de temperaturaTRANSCRIPT
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CLASE 2
Sensores y acondicionadores
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2Sensor/Transductor
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3Funcin del sensor/transductor
Variable:
ProcesoProceso
temperatura presin caudal nivel pH peso corriente tensin radiacin etc.
Sensor/Sensor/transductortransductor
Sealelctrica
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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.
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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-
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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
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8Ejm.: Digital + analgico
Motor
Temp.
Temperatura: analgica
Agitacin: digital analgica
Caudal: digital analgico
Nivel: digital
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9Tipos de sensores
Activos:No requieren de alimentacin externa
(Ejm. Termocupla)
Pasivos:Requieren de una fuente de energa
externa (Ejm. Termoresistencia)
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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
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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)
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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
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Informacin complementaria
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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
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Exactitud : 1 - 3% Sensibilidad: baja (V/C) Rango: 270 a 1800 C (distintos materiales) Respuesta : lenta ( > 1 s) Linealidad : no muy buena
Caractersticas
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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
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Curvas de calibracin
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Curvas de sensibilidad
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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
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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:
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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
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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
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Sensores de nivel
Ejm.:Sensor ptico(digital)
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Sensores de posicin y presencia
Limit switches(sensores de finde carrera)
Sensores inductivosde proximidad
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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
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Ejm.: Compensacin de celdas de carga
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Multiplexor Muestreo yretencin
ConversinA/D
Entradasanalgicas
Secuenciade seales
digitalizadas
Ejm.: Conversin A/D con multiplexado
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