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Universidad Nacional de IngenieríaFacultad de Electrotecnia y Computación

Departamento de ElectrónicaSistemas de Control

Unidad II: Sensores y

Acondicionadores de Señal

Presentado por:

Ing. Alvaro Antonio GaitánEncargado de Cátedra FEC-UNI

11,12 de mar de 2015 Ing. Electrónica



Objetivos de la Unidad II

Describir un proceso de medición de la vida diaria, estableciendo losprincipios que se aplican y los elementos que lo conforman.

Calcular la incertidumbre de una medición, evaluando los factores dedesviación a través de las herramientas estadísticas correspondientes.

Distinguir los elementos que conforman un sistema de medición yadquisición, sus características relevantes y estándares utilizados.

Seleccionar los diferentes elementos que componen un sistema deadquisición de datos para una aplicación dada.



Definición de S.M

Elementos de un S.M

Estándares de Medición

Características Estáticas y Dinámicas de los instrumentos

Errores en la medición

Conferencia 2.1



Definición de Sistema de Medición

“La medición es la forma de determinar tamaños lacantidad o la extensión de algo. Es la manera dedescribir un objeto”.

En otras palabras, una medición es la determinaciónde la proporción entre la dimensión o suceso de unobjeto y una determinada unidad de medida.




Medir es seguridad: Al transcurrir el tiempo, las sucesivas mediciones suministran unavaliosa información permitiendo desarrollar proyectos más acertados, mejorar costes ysatisfacer mejor las necesidades .

Medir es eficiencia: Las mediciones acertadas y en el momento oportuno evitan costesinnecesarios y facilitan la toma de decisiones.

Medir es desarrollo: No es muy desacertado pensar que el desarrollo de la humanidadestá en cierta forma relacionado con los avances en materia de mediciones. Muchosfenómenos serían imposibles de analizar y, por consiguiente, de estudiar, si no existieraalgún medio para observarlos o medirlos.




En el proceso de medición intervienen tres elementos:

• La propiedad o fenómeno que se desea medir.• El instrumento o aparato de medición utilizado.• La unidad de medida que se toma como base de comparación.

Las unidades de una medición indican su naturaleza y la escala con la cual secalculan. Esto es, si se dijera que un objeto mide 2.5 ello no tendría sentido físico,pero se transformaría en una descripción de la magnitud si se añadiera la unidad demedida: 2.5 gramos.




Medición directa: Cuando el valor de lamagnitud desconocida es obtenido porcomparación con una unidad conocida(patrón) ; grabada en el instrumentode medida. Por ejemplo, para medir lalongitud de una mesa se realiza unamedición directa con una reglagraduada.

Medición indirecta : Cuando el valor seobtiene calculándolo a partir de fórmulasque vincula una o más medidas directas.Por ejemplo: para medir el área de uncírculo se determina la longitud de suradio con una medición directa y elempleo de la fórmula A = Pi* r^2.

El proceso de medición se divide en medición directa y medición indirecta.



Elementos de un Sistema de Medición.

Elemento Sensor

Primario

Elemento de conversión de variable

Elemento de procesamiento

de variable

Elemento de presentación

de datos

Elemento de transmisión de

datos

Elemento de almace-namiento de datos

Medio Medido

Sistema de Control

Observación




El sensor da una salida que es una funcióndel la variable de entrada aplicada a éste.Para la mayoría de los sensores esta funciónes aproximadamente lineal.




Un elemento convertidor de variable esnecesario donde la variable de salida deun transductor primario está en una formainconveniente y debe ser convertida a unaforma más conveniente.




Puente de WheastoneLinealizado




El elementos de procesamiento de señal existe para mejorar la calidad de la variable desalida del transductor primario de alguna manera. Un ejemplo común de éste es elamplificador de instrumentación.




El filtrado de señales consiste en el procesamiento de una señal para remover ciertas bandas de frecuencia dentro de éste.




Removedor de Cero




Transmisión como variación de voltaje: Como lamayoría de las señales existen en forma eléctricacomo una variación de voltajes analógicos, el modomás simple de transmisión es mantener las señalesen la misma forma.

Sin embargo, la transmisión eléctrica sufreproblemas de atenuación de la señal, y tambiénexpone las señales a la corrupción a través de ruidoinducido.



Características Estáticas de los Sistemas de Medición

Exactitud

La exactitud de un instrumento es la medida de que tan cerca la lectura de salida delinstrumento está del verdadero valor. La inexactitud es el límite en, el cual, la lecturapodría ser incorrecta, y es citada a menudo como un porcentaje de la escala completadel instrumento.

Precisión

Precisión es el término que describe el grado de libertad de un instrumento de erroresaleatorios. Los términos repetibilidad y reproducibilidad están asociado a la precisión.




Rango

El rango de un instrumento define los valores mínimos y máximos de una cantidad queel instrumento está diseñado para medir.

Linealidad

Es la característica del instrumento de proporcionar una lectura de salidaproporcionalmente lineal al valor de la variable que está siendo medida. La nolinealidad se define como la máxima desviación de algunas de las lecturas de salida desu línea recta.




Sensibilidad de la Medición

La sensibilidad de la medición es la medida del cambio en la salida de un instrumentoque ocurre cuando la cantidad que está siendo medida cambia en cierta cantidad. Así, lasensibilidad es la relación:

Deflexión de la escala-----------------------------

Valor de variable medida produciendo la deflexión




Umbral

El umbral es el nivel mínimo, incrementada la entrada de cero, que el instrumentorequiere para presentar una lectura en su salida.

Resolución

La resolución es el límite inferior de los cambios de la variable de entrada que produce uncambio observable en la salida del instrumento.




Histéresis es la capacidad de un instrumento de repetir la salida cuando se llega a lamedición en ocasiones consecutivas bajo las mismas condiciones generales pero una vezcon la me dición de la variable en un sentido y en la siguiente con la variable en sentidocontrario.



Ejercicio # 1



Características Dinámicas de los Sistemas de Medición

•Instrumentos de orden cero•Instrumentos de primer orden•Instrumentos de segundo orden



Errores en la Medición

Errores Sistémicos Errores Aleatorios



Ejercicio # 2



Ejercisio # 3



• RTD

• Termocuplas

• Termistores

Medición de Temperatura

• Potenciómetros

• Galgas Extensométricas

Medición de Deformación y Desplazamiento

Conferencia 2.2



Medición de Temperatura.

Fundamentalmente, la temperatura es unapropiedad que poseen los sistemas físicos anivel macroscópico, la cual tiene una causaa nivel microscópico, que es la energíapromedio por partícula.



Medición de Temperatura/RTD

Los RTD están construidos de platino, cobre o niquel, cada tipo de metal tiene diferentesensibilidad, exactitud y rango de temperatura



Medición de Temperatura/RTD



Medición de Temperatura/Termocupla.

La fem termoeléctrica es un efectodistribuido a lo largo de cada alambrede metal único y existe aun cuando elmetal no esté conectado a algo.

Su magnitud depende de la propiedaddel material llamada coeficiente deSeebeck absoluto y de la distribución detemperatura a lo largo del alambre. Elefecto Seebeck está sustentado en losefectos Peltier y Thompson




Compensación por uniones de referencia

Compensación analógica



Medición de Temperatura/Termistores

0T

1

T

1B

0T RR e

Para las NTC en un margen de temperaturareducido (50ºC), la dependencia puedeconsiderarse de la forma:

Si por analogía con las RTD se defineun coeficiente de temperaturaequivalente o sensibilidad relativa:

T

T

RT

R

En este caso se obtiene

2TB




Los PTC de tipo cerámico presentan uncambio brusco de resistencia cuandoalcanza la temperatura de Curie, sedenominan a veces “posistores”.

Los PTC que emplean silicio comomaterial semiconductor sonllamados Silistores



Medición de Deformación y Desplazamiento/Potenciómetros

Los sensores de desplazamiento resistivos son conocidos como potenciómetros o pots.Un potenciómetro es un dispositivo electromecánico que contiene un deslizadoreléctricamente conductivo que divide un elemento resistivo de acuerdo a la posición.

http://asterion.almadark.com/wp-content/uploads/2009/12/pots-f5.jpg

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Tipos de potenciómetros de precisión.

Potenciómetros rotatorios.Potenciómetros de movimiento lineal.Potenciómetros de cadena.




Elemento Resistivo.

• Elementos embobinados• Elementos de Plástico Conductivo• Elementos Híbridos• Elementos de cermet• Elementos de carbón



Medición de Deformación y Desplazamiento/Galgas Extensométricas



Medición de Deformación y Desplazamiento/Galgas Extensométricas

Puente de 4 brazos

Puente de 2 brazos



Resumen

unidad ii: sensores y - … · la exactitud de un instrumento es la medida de que tan cerca la...

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