Dr. PEDRO CORDOVA MENDOZA

ICA-PERU

CURSO:

INSTRUMENTACION Y CONTROL DE

PROCESOS AMBIENTALES

17 de Abril del 2013

TEMA:

SENSORES Y TRANSDUCTORES

1

UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” DE ICA

FACULTAD DE INGENIERIA AMBIENTAL Y SANITARIA

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AMBIENTAL Y

SANITARIA

17/04/2013

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Hemos sido llamados al concierto de este mundo para tocar de la mejor

manera posible nuestro

instrumento

Función del Sensor/Transductor

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Variable:

Proceso

– temperatura

– presión

– caudal

– nivel

– pH

– peso

– corriente

– tensión

– radiación

– etc.

Sensor/

transductor

Señal

eléctrica17/04/2013

Tipos de Sensores

• Activos:

No requieren de alimentación externa (Ejm.

Termocupla)

• Pasivos:

Requieren de una fuente de energía externa

(Ejm. Termoresistencia)

417/04/2013

Sensores ActivosTipo Principio físico Aplicaciones

Termo-eléctrico Fuerza electromotriz producida

entre dos metales diferentes

(termocupla)

Temperatura

Piezo-eléctrico F.e.m. producida cuando se

aplica fuerza o presión a ciertos

cristales

Cambios de presión,

aceleración,

vibración, sonido

Foto-voltaico Tensión producida en un

elemento semiconductor cuando

incide radiación en éste

Luz, presencia,

posición

Electro-dinámico Tensión producida por un

generador en movimiento

Velocidad, flujo,

posición

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Sensores PasivosPropiedad Principio físico Aplicaciones

Resistencia Varía con la temperatura

(termorresistencia +, termistor –)

Temperatura (RTD, ECT),

flujo (MAF)

Varía con la posición del cursor de un

potenciómetro

Desplazamiento

Varía con la intensidad de luz (mat.

fotoconductores)

Detección e intensidad de

luz

Capacitancia Varía con la distancia de las placas de

un condensador

Desplazamiento, presión

Depende del dieléctrico entre dos

cilindros concéntricos

Nivel de líquido

Inductancia Depende del mov. de una barra de alta

permeabilidad

Desplazamiento, posición,

fuerza

Diferencia de tensiones de dos bobinas

depende de la posición del núcleo de

hierro

LVDT: desplazamiento,

posición, presión, fuerza

Memristencia Memoria resistiva (Nuevo….2008)

Nature 464, 873-876 (8 April 2010)

????„Memristive‟ switches

enable „stateful‟ logic

operations via material

implication 617/04/2013

Características de los Sensores

• Dinámicas:

– Velocidad (tiempo de

respuesta)

– Estabilidad (medio

ambiente)

– Histéresis (error en

medición creciente o

decreciente)

• Estáticas:

– Exactitud (error)

– Precisión

– Rango de medición (espacio muerto, umbral)

– Resolución

– Sensibilidad(función de transferencia, ganancia)

– Repetibilidad

– Alinealidad

– RuidoS/N = 20 log(Vs/Vn)

717/04/2013

Ejm. de sensores

• Temperatura

– Termocupla

– Termorresistencias

– Termistores

– S. Infrarrojos

– S. Estado Sólido

• Presión

– “Strain Gages”

– S. piezoeléctricos

– S. estado sólido

• Flujo

– DP

– Ultrasonido

– De efecto Doppler

– De efecto Coriolisis

– Vórtex

– Turbinas

• Peso / Fuerza

– Celdas de carga

• pH

– Electrodos de ión-

selectivo

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Termocuplas

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I

Efecto Seebeck: f.e.m. = f(T)

10 - 50 mV

Rangos:–200 a 2000 °C

Sensibilidad:10 a 50 µV/°C

V

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Algunos Materiales de Termocuplas

• J: Fe-Constantan (Fe-C)

• K: Cr-Alumel (Cr-Al)

• T: Cu-Constantan (Cu-C)

• Otros: W, Rh, Pt

• Exactitud : 1 - 3%

• Respuesta : Lenta (seg.)

• Linealidad : No muy buena

1017/04/2013

Curvas de Calibración

Tipo Composición Rango °C Rango °F

B PtRh6 / PtRh30 700 – 1820 1290 – 3310

E Cromel / Constantan -175 – 1000 -285 – 1830

J Fe / Constantan -185 – 1200 -300 – 2190

K Cromel / Alumel -175 – 1370 -285 – 2502

R Pt / PtRh13 125 – 1770 255 – 3214

S Pt / PtRh10 150 – 1770 300 – 3214

T Cu / Constantan -170 – 400 -275 – 750

11

–500 0 500 1000 1500 2000

80

70

60

50

40

30

20

10

µV/°C

T (°C)

E

TJ

K

N

R

S B

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Termoresistencias (RTD)• Principio:

– R = f(T)

• Materiales:

– Pt (más usada)

– W (T altas)

– Otros: Ni, Cu

• Pendiente: + (siempre)

• Linealidad:

– Buena

• Forma:

– Alambre enrollado

– Film metálico

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Film:

Respuesta rápida

Bajo costo

Alta resistencia

Alambre:

Masivo

Más estable en el tiempo

Autocalentamiento

Bajo

Valores típicos

100, 200

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RTD

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Aislante Cu Pt

0,0005” diam.

0.010” espesor

Ag

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Sensores de Fuerza y Presión

• “Strain Gauges”

– Tensión mecánica --> R = f(F)

• Estado Sólido

– Efecto piezoeléctrico (materiales cerámicos)

– Rpta.: Carga eléctrica --> Voltaje

– Alta sensibilidad

– Respuesta rápida

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Ejm.: Presostato

1517/04/2013

Sensores de Caudal

• Presión diferencial (Venturi, placa de orificio, Pitot)

• Ultrasónicos

• Efecto Doppler

• Electromagnéticos

• Turbina

• Resistencia

• Efecto Coriolis

• Vórtex

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Sensores de Nivel

17

Hidrostático

Magnético

Ultrasónico

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Sensores de Nivel

18

Hidrostático

Magnético

Ultrasónico

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Sensores de Nivel

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Ejm.:

Sensor óptico

(digital)

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Ejm.: Sensores de Nivel (variedad)

2017/04/2013

Sensores de Posición y Presencia

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Limit switches

(sensores de fin

de carrera)

Sensores inductivos

de proximidad

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Tenemos que cuidarlo esta en nuestras manos!!!!!!!

pcordovam@hotmail.com

Gracias

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Cel. 956-04124317/04/2013