2_Introduccion a Los Sistemas de Medida

TEMA 1:

INTRODUCCIN A LOS SISTEMAS DE MEDIDA

Juan Enrique Garca Snchez, Octubre 2002

Dpto. de Ing. Elctrica, Electrnica y Automtica.

Universidad de Castilla La Mancha

Bibliografa:

Sensores y acondicionadores de sealPalls Areny, R.Marcombo, 1994

Instrumentacin electrnica moderna y tcnicas de medicinCooper, W.D. y otroPrentice-Hall, 1990

Componentes electrnicosSiemensMarcombo,1987

Hojas de caractersticas de los fabricantes


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Introduccin a los sistemas de medida

INSTRUMENTACIN ELECTRNICA Disciplina que se encarga del estudio de los sistemas de medida que utilizan procedimientos

electrnicos.

SISTEMAS DE MEDIDA Se denomina sistema a la combinacin de dos o ms elementos con el fin de realizar una o varias

funciones.

En los sistemas de medida, esta funcin es la asignacin de un nmero a la propiedad o cualidad que se pretende medir, de tal forma que la describa cuantitativamente.

El resultado de la medida debe ser:

Objetivo (independiente del observador)

Emprico (basado en la experimentacin)

Los objetivos de la medida pueden ser:

La vigilancia o seguimiento de un proceso

Ej.: medida de la temperatura ambiente (termmetro)

El control de un proceso

Ej.: Mantenimiento de la temperatura de un recinto (termostato)


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Proceso bajo control

Sensor

Acondicionador Transmisinde seales

CAD

Procesador

Presentacinvisual

Condicionesexternas

DAC

Transmisinde sealesAcondicionador

Actuador

Perturbaciones

ESTRUCTURA GENRICA DE UN SISTEMA DE MEDIDA Y CONTROL

Estudiaremos en Instrumentacin Electrnica

Automatizacin Industrial


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MAGNITUDES Y MEDIDAS. Una magnitud es una propiedad fsica susceptible de ser medida.

Temperatura, presin, velocidad, corriente, etc...

En el mundo fsico existen seis tipos de magnitudes:

Mecnicas ( Ej.: velocidad, fuerza, presin)

Trmicas (Ej.: temperatura, cantidad de calor)

Magnticas (Ej.: intensidad de campo magntico, flujo)

Elctricas (Ej.: tensin, corriente)

pticas (Ej.: color, intensidad luminosa)

Moleculares o qumicas (Ej.: concentracin de una sustancia, acidez)

Medir es comparar la cantidad (de una magnitud) con su respectiva unidad, con el fin de averiguar cuntas veces la segunda est contenida en la primera.

Unidad de longitud Longitud = 8 Unidades

Esta forma de medir se denomina directa.

En las medidas indirectas la cantidad de inters se calcula a partir de otras medidas aplicando la ley que las relaciona. Es el caso, por ejemplo, de la medida de la potencia como producto de la tensin y la corriente.


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TRANSDUCTORES, SENSORES Y ACTUADORES. En el sentido ms amplio, una seal es la variacin temporal de una magnitud.

As, podemos hablar de la seal asociada a una tensin, una corriente, una fuerza, una velocidad, ...

Un transductor es un dispositivo que convierte la seal de entrada procedente de una magnitud fsica, en una seal de salida asociada a una magnitud fsica de otro tipo.

Es decir, la seal de entrada y la de salida son de tipos diferentes y estn relacionadas por una ley, normalmente, de proporcionalidad.

Siempre se produce una transformacin de energa:

Trmicamecnica, magnticamecnica, pticaelctrica,mecnicaelctrica, ...

tiempo (S)te

nsi

n (m

V)

Transductorde

fuerza

+

-TensinFuerza

tiempo (S)

fuer

za (N

w)

Ejemplo:


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TRANSDUCTORES, SENSORES Y ACTUADORES. (Continuacin) Aunque la transduccin puede ser entre dos tipos cualesquiera de seal, normalmente slo se

usan los transductores que ofrecen una seal de salida elctrica o bien que tienen como entrada una seal elctrica.

Transductor de entrada: magnitud fsica seal elctricaTransductor de salida (actuador): seal elctrica magnitud fsica

Un sensor es un dispositivo que, a partir de la energa del medio en el que se mide, proporciona una seal de salida transducible que es funcin de la magnitud que se pretende medir.

Como se puede ver, la definicin de sensor engloba a la de transductor de entrada. De modo que podramos llamar sensor a cualquier transductor de entrada, pero para que un sensor pueda ser denominado transductor es preciso que las magnitudes de entrada y salida sean de tipos diferentes.

El trmino sensor sugiere un significado ms amplio; un sensor proporciona la capacidad para medir cantidades fsicas que, por su tamao o naturaleza, no pueden ser directamente observadas o transducidas a una seal elctrica.

En la obtencin de una seal elctrica funcin de una magnitud fsica cualquiera se pueden dar los siguientes casos:

Magnitudfsica Sensor

Sealelctrica

Magnitudfsica

Trans-ductor

Sealelctrica

Magnitudfsica

Sensorprimario

Trans-ductor

Sealelctrica

Actualmente se emplea el termino sensor para referirse a cualquiera de los casos anteriores


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TRANSDUCTORES, SENSORES Y ACTUADORES. (Continuacin)

Ej.: Medida de la corriente por una lnea utilizando una resistencia de bajo valor.

Magnitudfsica Sensor

Sealelctrica

Intensidad

Resistencia calibrada

+

-

Tensin de salida

Magnitudfsica

Trans-ductor

Sealelctrica

Ej.: Medida de temperatura utilizando una RTD (Detector de Temperatura Resistivo).

Temperatura RTD

Vcc

+

-

Tensin de salida


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TRANSDUCTORES, SENSORES Y ACTUADORES. (Continuacin)

Magnitudfsica

Sensorprimario

Trans-ductor

Sealelctrica

P

Movimiento acelerado

P

Movimiento deceleradoAceleracin

Tensin (mV)

Ej.: Sensor de aceleracin basado en el uso de un gas

P

En reposo

Gas

Transductor de presin diferencial con salida en tensin

mbolo mvil

Sensor primario

mbolo del seccin :S

mbolo del masa :m

aSm

SFP

maF

==

=


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CLASIFICACIN DE LOS SENSORES. El nmero de sensores disponibles para las distintas magnitudes fsicas es tan elevado que, para proceder

racionalmente a su estudio, es preciso clasificarlos previamente segn algn criterio.

Segn el aporte de energa: Moduladores y generadores.

Moduladores: La energa de la seal de salida procede, en su mayor parte, de la fuente de alimentacin. La magnitud de entrada solamente controla (o modula) el nivel de la seal de salida.Ejemplo: Resistencia variable con la temperatura (RTD)

Generadores: La energa de salida del sensor es suministrada por el medio en el que se mide a travs del propio sensor.Ejemplo: Termopares, sensores fotovoltaicos (clulas solares)

Segn la seal de salida: Analgicos y digitales.

Analgicos: La seal de salida vara de forma continua. Normalmente la informacin est contenida en la amplitud de dicha seal.

Digitales: La seal de salida vara de forma discreta; toma un valor de entre un conjunto finito.

Segn la magnitud a medir: De temperatura, de presin, de fuerza, de desplazamiento, develocidad, de aceleracin, de humedad, y de un sin fin de magnitudessusceptibles de ser medidas.


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CLASIFICACIN DE LOS SENSORES (continuacin).

Segn el modo de funcionamiento: de deflexin y de comparacin.

De deflexin: La magnitud medida, produce algn efecto fsico que ocasiona una reaccin en el sensor asociada a una variable til fcilmente medible.Ejemplo: En un dinammetro, una fuerza (magnitud a medir) deforma el muelle hasta que la fuerza de recuperacin, proporcional al incremento de longitud (variable til), iguala la fuerza aplicada.

De comparacin: Se intenta anular el efecto de la magnitud a medir, aplicando una magnitud bien conocida que induce un efecto contrario hasta restablecer el equilibrio. Siempre hay un detector del desequilibrio y un medio para anularlo. Ejemplo: Una balanza manual. La colocacin de la masa a medir en un platillo provoca un desequilibrio indicado por una aguja. El operario coloca pesas, de masa conocida, en el otro platillo hasta anular el desequilibrio.

Segn el parmetro variable: Resistencia, capacidad, inductancia, tensin, corriente, etc.

Desde el punto de vista de la ingeniera electrnica, esta es la clasificacin ms til. Pues permite reducir el nmero de grupos a unos pocos y se presta bien al estudio de los circuitos de acondicionamiento asociados, que son similares para todos los sensores en los que el parmetro variable es el mismo.


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VENTAJAS DE LOS SISTEMAS DE MEDIDA ELECTRONICOS.

Debido a la estructura electrnica de la materia, cualquier variacin de un parmetro no elctrico en un material tiene como consecuencia la modificacin de un parmetro elctrico. Eligiendo el material adecuado, esto permite construir sensores para cualquier magnitud fsica.

En el proceso de medida no conviene extraer energa del sistema donde se mide, de modo que es preciso amplificar la seal de salida del sensor. Utilizando amplificadores electrnicos se pueden obtener fcilmente ganancias de potencia de 1010 en una sola etapa a baja frecuencia.

Adems de la amplificacin, existe una gran variedad de recursos, en forma de circuitos integrados, para acondicionar o modificar las seales elctricas.Incluso hay sensores que incorporan en un mismo encapsulado parte de estos recursos.

Con procedimientos electrnicos, existen numerosas formas fiables y baratas de presentar y almacenar informacin.

La transmisin de seales elctricas es ms verstil que la de seales mecnicas, hidrulicas o neumticas.


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Exactitud o precisin: Indica la capacidad de un sensor o un instrumento de medida para dar lecturas que se aproximen al

verdadero valor de la magnitud medida.

Se considera que el verdadero valor es el que se obtendra si la magnitud se midiera con un mtodo ejemplar. Es decir, aquel que presente una exactitud, al menos, diez veces mayor que la que se considere necesaria para la medida de dicha magnitud.

La exactitud de un sensor se determina mediante la obtencin de la denominada curva de calibracin.Utilizando un patrn de referencia, se hace que la magnitud a medir tome sucesivos valores constantes dentro del margen de medida y se van anotando los valores que toma la salida del sensor. Se obtiene de esta forma la curva de calibracin.

El grado de concordancia entre la curva de calibracin obtenida experimentalmente y la curva de calibracin ideal define la precisin del sensor o instrumento de medida.

La diferencia entre la indicacin del instrumento y el verdadero valor se denomina error absoluto. A veces se expresa como porcentaje del fondo de escala.

Error Absoluto = resultado verdadero valor

CARACTERSTICAS ESTTICAS DE LOS SISTEMAS DE MEDIDA.Las caractersticas estticas describen el comportamiento de un sensor o sistema de medida cuando la magnitud a medir permanece constante en el tiempo o vara tan lentamente que se puede considerar constante.


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Exactitud o precisin: (Continuacin) Lo ms frecuente es especificar el error, de forma relativa, como cociente entre el error absoluto y el

verdadero valor.

En otras ocasiones el error se expresa, tambin de forma relativa, separado en dos trminos: uno constante (K) normalmente expresado como porcentaje del fondo de escala y otro variable (V) dado como porcentaje de la lectura.

valorVerdaderoabsolutoErrorrelativoError =

El trmino K representa la diferencia en el origen entre la curva de calibracin ideal y real.

El trmino V representa el error subyacente, en la curva de calibracin real, despus de eliminar el trmino K.

El fabricante determina estos errores de forma estadstica y asegura que cualquier sensor individual presenta un error inferior o igual al especificado en las hojas de caractersticas.

(Nw)

(mV

)

10 20 30 40

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10

Curva de calibracin de un sensor de fuerza con salida en tensin

5Curva de calibracin ideal

K

V


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Exactitud o precisin: (Continuacin) Para poder comparar varios sensores entre s en cuanto a su exactitud, se introduce el concepto de clase

de precisin. Todos los sensores de una misma clase tienen el mismo error en la medida, que se denomina ndice de clase.Este es el error de medida porcentual referido a la amplitud del margen de medida o fondo de escala.

As, un sensor de posicin de clase 0.2 y un fondo de escala de 10mm presenta un error inferior a 0.02mm.

El valor medido y su error deben darse con valores numricos compatibles. El resultado numrico de la medida no debe tener ms cifras significativas de las que se puedan considerar vlidas a la luz de la incertidumbre sobre dicho resultado.

127 1127.0 0.1127 0.5 127.0 0.5127.3 0.2127.00 0.01

127.11127 0.1127.00 0.5

127.30 0.2127.002 0.01

CorrectoIncorrecto


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Fidelidad: Indica la capacidad de un instrumento de medida para dar el mismo valor de la magnitud medida, al

medir varias veces en las mismas condiciones, prescindiendo de su concordancia o discrepancia con el verdadero valor. Nos da idea de la dispersin en las medidas mantenindose constante la magnitud medir.Es una condicin necesaria pero no suficiente para la exactitud.

X X X X X X X X X X X X X X X X

Verdadero valor Verdadero valorValor medio de los resultados Valor medio de los resultados

Mayor fidelidad y mayor error Menor fidelidad y menor error

Reproducibilidad: Se refiere tambin al grado de coincidencia entre diferentes lecturas, pero en este caso, separadas

temporalmente en un largo plazo y en condiciones diferentes.

Cuantitativamente se expresa: |LecturaI LecturaJ | < d con una probabilidad del x%. Las diferencias entre lecturas tienen una distribucin en campana de gauss.

Cuando el comportamiento del sensor se modifica al variar un factor ambiental (temperatura, presin, tiempo, etc) se dice que el sensor presenta derivas con respecto a dicho factor. Normalmente se expresa en unidades de la magnitud de salida del sensor por unidad del factor considerado (Ej.: 0.01mv / c)

Repetibilidad: Indica el mismo hecho que la Fidelidad, pero cuando las medidas se realizan en un intervalo de tiempo

corto.


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Sensibilidad: Expresa la repercusin que tiene en la salida del sensor un incremento en la magnitud de entrada.

En las inmediaciones del punto xa, un incremento en el valor de la entrada (Xa) produce un incremento en la salida del sensor (Ya). Estos dos valores estn relacionados por la tangente del ngulo que es la denominada sensibilidad en Xa.

En general, la sensibilidad de un sensor para un valor cualquiera xi de la magnitud de entrada, es igual a la derivada de la curva de calibracin en xi.

S(xi) = dy / dx | x = xi Normalmente, interesa tener una sensibilidad alta y

constante.

Si la sensibilidad es constante se dice que el sensor es lineal.

En ocasiones, por simplicidad, un comportamiento ligeramente no lineal es interpretado como lineal. El error que introduce esta simplificacin se denomina error de linealidad y se suele expresar como porcentaje del fondo de escala.

Con el uso de sistemas de adquisicin programables, la linealidad del sensor no es un factor esencial.

Ej.: y(x) = kx + b S(x) = k (constante), y(x) = kx2 + b S(x) = 2kx (variable)

y = f(x)

x ySensor

x

yCurva de calibracin

xa

Tangente

axa X)(TgY =

xa x

S(x) Derivada de la curva de calibracin

S(xa)


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Resolucin o discriminacin: Es el incremento mnimo de la magnitud de entrada que provoca un cambio en la salida.

Cuando el incremento de la entrada se produce a partir de cero se denomina umbral.

En la figura se muestra la curva de calibracin de un sensor de presin que presenta histresis y quetiene la salida en tensin.

Error por histresis

PI Kg/cm2

mV

Histresis: Algunos sensores presentan un comportamiento anlogo al de los materiales ferromagnticos cuando

son magnetizados. Un mismo valor de la magnitud de entrada puede provocar salidas diferentes dependiendo del sentido en el que se haya modificado la entrada (creciente o decreciente) hasta alcanzar dicho valor.


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RS = R0(1 + KT)

A la temperatura de referencia (TR) R1/R2 = R3/RS

Las tolerancias en el valor de las resistencias hacen que en T=TR VS sea distinto de cero.

Errores sistemticos: Se dice que un error es sistemtico cuando en el curso de varias medidas, hechas en las mismas

condiciones, permanece constante en valor absoluto y signo, o bien vara de acuerdo con una ley definida al cambiar las condiciones de medida.

Un error sistemtico produce, pues, un sesgo en las medidas.

La calibracin esttica de un sensor permite detectar y corregir este tipo de errores.

La presencia de errores sistemticos puede descubrirse midiendo la misma magnitud con instrumentos distintos, o con dos mtodos distintos, o cambiando de forma ordenada las condiciones de medida y viendo su efecto en el resultado.

Ej.: Error sistemtico cometido al medir la temperatura con una resistencia RTD en un puente de Wheatstone.

Este error sistemtico se puede eliminar (calibracin) con el potencimetro de ajuste (POT).

No obstante, al ser el coeficiente de temperatura de las resistencias del puente mayor que cero, subsiste un error sistemtico dependiente de la temperatura.


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Errores aleatorios: Se manifiestan cuando se mide repetidamente la misma magnitud y no se obtiene el mismo resultado.

Permanecen una vez eliminadas las causas de errores sistemticos.

Los errores aleatorios positivos y negativos de igual valor absoluto tienen la misma probabilidad de producirse.

Son tanto menos probables cuanto mayor sea su valor.

Al aumentar el nmero de medidas, la media aritmtica de los errores de una muestra tiende a cero. Esta es una forma de filtrarlos.

Los errores aleatorios se denominan tambin errores accidentales o fortuitos y son difcilmente evitables.


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Segn la funcin de transferencia se puede establecer la siguiente clasificacin:

Sistemas de orden cero, y(t) = k x(t)

Ejemplo: potencimetro lineal como sensor de posicin.Se supone que la masa del cursor es muy pequea y, por tanto su inercia es despreciable.

Sistemas de orden uno, a1(dy(t)/dt)+a0y(t) = x(t), o tambin y(t)=(1/a0)x(t)-(a1/a0)dy(t)/dtEl trmino k=1/a0 es la denominada sensibilidad esttica y =a1/a0 se conoce como constante de tiempo del sistema.En un sensor de primer orden hay un elemento que almacena y disipa energa.

Ejemplo: sensor de temperatura basado en RTD. En este caso, cuando la temperatura del medio aumenta, el sensor almacena energa y cuando disminuye la devuelve al medio.

En un sensor de orden N hay N elementos que almacenan y disipan energa.

CARACTERSTICAS DINMICAS DE LOS SITEMAS DE MEDIDA. Las caractersticas dinmicas describen el comportamiento de un sensor o sistema de medida cuando la

magnitud a medir es variable en el tiempo.

La presencia de inercias (masas, inductancias, ...), capacidades (elctricas, trmicas, ...) y, en general, elementos que almacenan energa, hace que la respuesta de un sensor a seales de entrada variables sea distinta a la que presenta cuando las seales de entrada son constantes.

El comportamiento dinmico de un sensor viene descrito por su funcin de transferencia.


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Error dinmico: es la diferencia entre el valor indicado y el valor exacto de la magnitud medida, siendo nulo el error esttico.

Retardo: indica la rapidez con la que el sensor responde a los cambios en la magnitud de entrada.

En los sistemas de orden cero, al no haber almacenamiento de energa, [y(t)=kx(t)] la salida sigue fielmente a la entrada y estos dos errores son nulos.

Veamos lo que ocurre con un sensor de temperatura basado en una RTD con una masa no despreciable (primer orden) cuando es sometido a una entrada de tipo escaln y de tipo rampa.

CARACTERSTICAS DINMICAS. (Continuacin) Para caracterizar el comportamiento de un sensor ante una magnitud de entrada variable en el tiempo se

definen dos parmetros: Error dinmico y Retardo.

kx(t) = kmt

y(t)kx(t)

tiempo

Retardo = y(t)

km

kx(t) = kT

y(t)kx(t)

tiempo

0.63

kT

y(t) = kmt - km(1-e-t/)

Error din. = km(1-e-t/) (tiende a km)Retardo = Error din. = kTe-t/ (tiende a cero)

y(t) = kT(1-e-t/)


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Las variables que representan a las magnitudes fsicas que intervienen en cualquier proceso de medida se incluyen en uno de estos dos grupos:

Variables esfuerzo

Variables flujo.

Son, por ejemplo, variables esfuerzo la tensin elctrica, la presin, la temperatura, la fuerza y el par mecnico. Son variables flujo la corriente elctrica, el caudal, la velocidad, etc.

CARACTERSTICAS DE ENTRADA: IMPEDANCIA.

Si se miden entre dos puntos o regiones del espacio

Si se miden en un punto o regin del espacio

Variables flujo

Si se miden en un punto o regin del espacio

Si se miden entre dos puntos o regiones del espacio

Variables esfuerzo

Variables mecnicas

Variables no mecnicas

En todo proceso de medida es inevitable la extraccin de una cierta cantidad de energa del sistema en el que se mide. Cuando, debido a esta circunstancia, la magnitud medida queda alterada, se dice que hay un error por carga.

Ejemplo: si para medir la temperatura de un lquido se emplea un termmetro, en el que la masa del elemento sensor es comparable a la masa del lquido, al poner en contacto el sensor con el lquido lo enfriar, y obtendremos una lectura de la temperatura inferior a la que realmente tena el lquido antes de hacer la medida.


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En el proceso de medida de una variable X1 siempre interviene adems otra variable X2. Una de ellas ser de tipo flujo y la otra de tipo esfuerzo, de manera que el producto X1*X2 tendr dimensiones de potencia.

As, al medir una fuerza interviene una velocidad (se produce un desplazamiento en un tiempo), al medir un caudal hay una cada de presin, al medir una temperatura hay un flujo de calor, al medir una corriente elctrica se produce una cada de tensin, etc.En todos estos casos, el producto de las dos variables asociadas tiene dimensiones de potencia.

La impedancia de entrada (Z) del sensor sera el cociente entre la variable esfuerzo y la variable flujo. Por ejemplo:

Z_sensor_fuerza = Fuerza / Velocidad, Z_sensor_corriente = V / Corriente

Para que la potencia que se extrae en la medida de X1 sea pequea, hay que reducir en lo posible el producto X1*X2, es decir, hay que minimizar el valor de X2. Por tanto:

En un sensor de una variable esfuerzo X1, la impedancia de entrada (Z=X1/X2) debe ser alta.

En un sensor de una variable flujo X1, la impedancia de entrada (Z=X2/X1) debe ser baja o lo que es lo mismo la admitancia debe ser alta.

Por ejemplo, un sensor que mida tensin elctrica debe extraer poca corriente y un sensor que mida corriente elctrica debe ocasionar una cada de tensin pequea.

Queda, pues, bien claro que no se puede aplicar un sensor directamente sin considerar el efecto de su presencia en el sistema del que se desea obtener informacin.

CARACTERSTICAS DE ENTRADA: IMPEDANCIA. (Continuacin)


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CARACTERSTICAS A CONSIDERAR EN LA ELECCION DE UN SENSORCARACTERSTICAS A CONSIDERAR EN LA ELECCION DE UN SENSORCARACTERSTICAS A CONSIDERAR EN LA ELECCION DE UN SENSORCARACTERSTICAS A CONSIDERAR EN LA ELECCION DE UN SENSOR

Magnitud a medir Margen de medida Resolucin Exactitud deseada Estabilidad ancho de banda Tiempo de respuesta lmites absolutos de la magnitud a medir Magnitudes interferentes

Caractersticas de entrada/salida Sensibilidad Tipo: tensin, corriente, frecuencia Forma de la seal: unipolar, flotante, diferencial Impedancia de entrada y salida Destino: presentacin analgica, digital, telemedida

Caractersticas de alimentacin Tensin Corriente Potencia disponible Frecuencia (si alterna) Estabilidad

Caractersticas ambientales Margen de temperatura Humedad Vibraciones Agentes qumicos Atmsfera explosiva Entorno electromagntico

Peso Dimensiones Vida media Coste de adquisicin Disponibilidad

Tiempo de instalacin Situacin en caso de fallo Coste de Verificacin Coste de mantenimiento Coste de sustitucin

Otros factores


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SENSORES PRIMARIOS. Un sensor primario es un dispositivo que permite obtener una seal transducible a partir de la magnitud

fsica a medir.Las magnitudes de entrada y de salida son de tipo no elctrico.

Seguidamente mostraremos ejemplos para la medida de algunas magnitudes.

Bimetal como sensor de temperatura. Un bimetal es una pieza formada por dos lminas de metales con diferente coeficiente de dilatacin trmica

() unidos firmemente, por ejemplo, mediante soldadura autgena.

Cuando se produce un cambio de temperatura, un metal se dilata ms que el otro y el bimetal se curva. La curvatura es funcin del incremento de temperatura.

Estos elementos se utilizan ampliamente en todo tipo de sistemas de medida y control en los que interviene la temperatura.


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Sensores de presin. La medida de presiones en lquidos o gases es una de las necesidades ms frecuentes, particularmente

en el control de procesos.

El tubo Bourdon (desarrollado por Eugene Bourdon en 1849) consiste en un tubo metlico de seccin transversal no circular, obtenido a base de aplanar un tubo de seccin circular, que tiende a recuperar dicha forma cuando se aplica una diferencia de presin entre el interior y el exterior.Si se cierra el tubo por un extremo y se empotra rgidamente el otro, esta tendencia a recuperar la seccin circular provoca un desplazamiento del extremo libre.

Tubos Bourdon

Manmetro de columna

grefPPh

=

: densidad del lquido

g: aceleracinde lagravedad


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Sensores de presin. (Continuacin)

Cpsula para la medida de presin


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Sensores de presin. (Continuacin)

Fuelle para la medida de presin


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Sensores de flujo y caudal. Se denomina flujo al movimiento de fluidos por canales o conductos abiertos o cerrados.

El caudal es la cantidad de material (en peso o volumen) que fluye por unidad de tiempo.

Las medidas de caudal estn presentes en todos los procesos de transporte de materia y energa mediante fluidos, bien sea para el control de dichos procesos o como simple indicacin con la finalidad de determinar tarifas, como sucede en los casos de agua, gas, gasolina, etc.

Caudalmetro de obstruccin de rea fija

P=f(caudal)

Caudalmetro de obstruccin de rea variable: rotmetro

X=f(caudal)

Los caudalmetros de obstruccin son los ms utilizados. Su funcionamiento se basa en la insercin de un elemento en el canal que provoca una restriccin de flujo de rea fija o variable. En dicho elemento se produce una cada de presin o una variacin del rea, respectivamente, que es funcin del caudal.


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Sensores de nivel. Existen multitud de mecanismos que pueden ser utilizados como

sensores de nivel. En la figura se muestra un ejemplo basado en el uso de un flotador, un contrapeso y una polea graduada. Con un potencimetro solidario con el eje de la polea se tendra una resistencia cuyo valor sera proporcional al nivel.

Sensores de fuerza y par. Un mtodo para medir una fuerza (o un par) consiste

en medir el efecto de la fuerza sobre un elemento elstico, denominado clula de carga. En las clulas de carga elctricas, el efecto es una deformacin o desplazamiento.En las clulas de carga hidrulicas y neumticas, el efecto es un aumento de la presin de un lquido o un gas respectivamente.

Al aplicar un esfuerzo mecnico a un elemento elstico inmvil, ste se deforma hasta que las tensiones generadas por la deformacin igualan a las debidas al esfuerzo aplicado. El resultado es un cambio en las dimensiones del elemento proporcional al esfuerzo.

Voladizo Muelle Barra de torsin

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