Embed Size (px)
Citation preview
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN
DE UN MÓDULO DE ENTRENAMIENTO DIDÁCTICO DE SENSÓRIC A PARA
EL LABORATORIO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA DE LA U NIVERSIDAD
DE SAN BUENAVENTURA
INTEGRANTES:
ROOSEVELT ALEXANDER RUBIO URIBE
DAVID VEGA BONILLA
UNIVERSIDAD DE SAN BUENAVENTURA
FACULTAD DE INGENIERÍA
INGENIERÍA ELECTRÓNICA
BOGOTÁ D.C.
MAYO 2006
2
Nota de Aceptación
________________________
________________________
________________________
________________________
Jurado
________________________
Jurado
________________________
Jurado
3
DEDICATORIA
A nuestros padres que nos prestaron su apoyo durante toda nuestra carrera y nos
ayudaron a superar las dificultades cuando se nos presentaron y a las personas
que incondicionalmente estuvieron con nosotros.
4
AGRADECIMIENTOS
Al Ingeniero Fernando Moreno, director de carrera, por su
Colaboración y total disposición durante el desarrollo del mismo.
Al Ingeniero Antonio J Albarracin, por toda su gran ayuda y respaldo en
cada una las dificultades que se presentaron durante el desarrollo del
proyecto.
Al Ingeniero Pedro Luis Muñoz por su constante apoyo e
interés frente al avance del proyecto.
A la C.S. Patricia Carreño Moreno, por su
Colaboración y gran ayuda en el desarrollo del documento.
A la Universidad de San Buenaventura y a la Facultad de Ingeniería por
su respaldo.
5
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN
DE UN MÓDULO DE ENTRENAMIENTO DIDÁCTICO DE SENSÓRIC A PARA
EL LABORATORIO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA DE LA U NIVERSIDAD
DE SAN BUENAVENTURA
6
RESUMEN
El presente proyecto muestra el análisis de señales mediante un módulo de
entrenamiento didáctico que consta de tres sensores, el primero de temperatura
(DS18S20), el segundo de presión (MPX5700) y el tercero de humedad (HIH3610)
que procesan la variable que cada uno mide para poder manipularla y comparar
las unidades de medición con los voltajes que suministran; así mismo se visualiza
en una pantalla de cristal líquido el valor medido y por medio de una aplicación en
Visual Basic verificar el comportamiento de las variables y ver su respuesta en el
tiempo.
El sensor de temperatura tiene un rango de operación de -500C hasta 1270C, el
sensor de humedad tiene un rango de operación entre 0% y 100% de humedad
relativa, el sensor de presión posee un rango de operación entre 0 y 250 Kpa
cuyos niveles de operación son adecuados para la realización de practicas de
laboratorio.
7
TABLA DE CONTENIDO
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA.............................................................13
1.1. ANTECEDENTES ...................................................................................13
1.1.1. Sistema completo MPS® PA 204.....................................................13
1.1.2. Sensor de presión SDE3 ..................................................................15
1.1.3. ADR - 1000 PLUS ............................................................................15
1.1.4. ADR-3000.........................................................................................16
1.2. DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA ............................17
1.3. JUSTIFICACIÓN .....................................................................................18
1.4. OBJETIVO DE LA INVESTIGACIÓN.......................................................19
1.4.1. OBJETIVO GENERAL......................................................................19
1.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ............................................................19
1.5. ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO...................................20
1.5.1. ALCANCES ......................................................................................20
1.5.2. ¿A quién beneficia la creación de este módulo? ..............................20
1.5.3. Limitaciones .....................................................................................20
2. MARCO DE REFERENCIA ............................................................................21
2.1. MARCO CONCEPTUAL..........................................................................21
2.1.1. ¿Qué es un sensor? .........................................................................21
2.1.2. Sensor de Temperatura DS18S20 ...................................................21
2.1.3. Sensor de Presión MPX5700 ...........................................................22
2.1.4. Sensor de Humedad HIH3610 .........................................................22
2.1.5. ¿Qué es un módulo? ........................................................................23
2.1.6. ¿Qué es una interfaz? ......................................................................24
2.1.7. Partes por millón (PPM) ...................................................................24
2.2. MARCO LEGAL O NORMATIVO ............................................................25
2.2.1. Normas o estándares de los sensores: ............................................25
8
2.3. MARCO TEÓRICO..................................................................................26
2.3.1. SENSORES UTILIZADOS...................................................................30
2.3.2. Consideración de los distintos tipos de sensor y sus aplicaciones .......32
2.3.3. Psicometría...........................................................................................32
2.3.4. Sensores por desplazamiento ..............................................................33
2.3.5. Sensores Capacitivos ...........................................................................34
2.3.6. Efectos de la temperatura y la humedad ..............................................35
2.3.7. Sensor de sal saturada de cloruro de litio.............................................37
2.3.8. Sensores de punto de rocío de óxido de aluminio. ...............................38
2.3.9. Higrómetro óptico de condensación.....................................................39
2.3.10. Higrómetro electrolítico .......................................................................41
2.3.11. Sensor Piezo-resonante .....................................................................42
2.3.12. Estándares de calibración...................................................................43
2.3.13. Sensores de temperatura ...................................................................45
2.3.14. Sensores externos ..............................................................................47
2.3.15. Sensores internos...............................................................................50
2.4. Sectores estratégicos en los que aplicamos la sensórica........................54
2.4.1. Máquina Herramienta - Definición y concepción del producto..........54
2.4.2. Diseño y desarrollo de sistemas mecatrónicos de altas prestaciones
54
2.4.3. Concepción y desarrollo de accionamientos ....................................55
2.4.4. Validación experimental de máquina................................................55
2.4.5. Desarrollo y optimización de procesos .............................................55
2.4.6. Control numérico avanzado..............................................................56
3. METODOLOGÍA .............................................................................................57
3.1. Enfoque de la investigación.....................................................................58
3.2. Líneas de la Investigación .......................................................................58
3.2.1. Investigación básica y aplicada. .......................................................58
9
3.3. Técnicas de Recolección de la información.............................................59
3.4. Población de Muestra ..............................................................................59
3.5. Hipótesis..................................................................................................59
3.6. Variables..................................................................................................60
3.6.1. Variables Independientes .................................................................60
3.6.2. Variables Dependiente .....................................................................60
4. Recursos y Presupuestos...............................................................................61
5. DISEÑO INGENIERIL.....................................................................................62
5.1. DIAGRAMA GENERAL ...........................................................................62
5.2. DISEÑO ELECTRÓNICO........................................................................63
5.3. Acople de la señal del sensor de humedad .............................................64
5.4. Acople de la señal del sensor de presión ................................................65
5.5. Aplicación del DAC 0808 .........................................................................66
5.6. Acoplamiento De Potencia ......................................................................67
5.7. Filtro de acople para la entrada al microprocesador................................67
5.8. CUERPO PRINCIPAL DEL PROGRAMA................................................68
5.9. Interfaz Gráfica del PC ............................................................................69
6. RESULTADOS ...............................................................................................70
7. CONCLUSIONES ...........................................................................................71
8. RECOMENDACIONES...................................................................................72
9. GLOSARIO.....................................................................................................73
10. RECURSOS................................................................................................82
10.1. BIBLIOGRAFÍA ....................................................................................82
10.2. INTERNET ...........................................................................................82
10
TABLA DE GRÁFICOS
Sensores................................................................................................................27
Psicómetro.............................................................................................................33
Resistencia de Platino ...........................................................................................36
Sensor de Sal Saturada.........................................................................................37
Sensor Piezo-resonante ........................................................................................43
Termocupla............................................................................................................45
Presupuesto...........................................................................................................61
11
DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN
DE UN MÓDULO DE ENTRENAMIENTO DIDÁCTICO DE SENSÓRIC A PARA
EL LABORATORIO DE LA FACULTAD DE INGENIERÍA DE LA U NIVERSIDAD
DE SAN BUENAVENTURA
INTRODUCCIÓN
Los métodos de enseñanza han evolucionado, teniendo en cuenta la necesidad de
cultivar los conocimientos con procesos de acompañamiento práctico que afiancen
dichos conocimientos. Como respuesta a esta necesidad se empiezan a diseñar
los módulos de equipamiento didácticos que son de gran utilidad y además de gran
importancia para la educación. Estos módulos permiten a los estudiantes
comprobar teorías y además ver sus aplicaciones. En países donde el avance
tecnológico va a pasos agigantados, la implementación de módulos de
entrenamiento didácticos es indispensable para afianzar el aprendizaje en los
contextos nacientes.
En este aspecto Colombia no es la excepción, donde hace algunos años se están
implementando estos módulos de equipamiento con fines educativos, donde se
muestra la realidad de los equipos de tipo industrial, sus avances tecnológicos y
sus aplicaciones.
Al diseñar e implementar un módulo de equipamiento didáctico de sensórica para
aplicaciones industriales se empieza por escoger las variables a medir, acoplar
dichas variables y mostrar paso a paso toda la perspectiva que abarca trabajar
con el análisis de señales (variables) y sus aplicaciones.
Este proyecto consta de tres etapas; la primera es la captación de la señal y la
transformación de la variable a voltajes que se puedan manejar en el circuito. La
12
segunda etapa es la amplificación de la señal para darle el tratamiento que exige el
acoplamiento de esta señal y así llevarla a la tercera etapa que es la visualización
de la misma, ya sea en la pantalla de cristal líquido o en el computador por medio
de una programación específica en programas como Visual Basic y lenguaje
ASSEMBLER.
13
1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
1.1. ANTECEDENTES
Existen algunos módulos ya implementados por empresas como FESTO,
OMVICROM, AMERICAN TRAFIC S.A., entre otras.
Pero dichos módulos son para aplicaciones industriales. Algunos de ellos son:
1.1.1. Sistema completo MPS® PA 204
La tecnología de regulación se explica de forma clara y práctica utilizando
algoritmos de regulación P, PI o PID. El sensor de temperatura – la estación del
reactor utiliza termorresistencias PT100 – suministra una señal de 0...10 V a
través del transductor de medida. El regulador controla la temperatura de consigna
por medio de un calentador de regulación continua y la mantiene constante.
Utilizando un caudal constante, las materias primas se combinan en la estación
de mezcla según una receta. El caudal es registrado por medio de un sensor de
caudal electrónico con impulsor y visualizado adicionalmente utilizando un
caudalímetro. El regulador ajusta el caudal necesario por medio de la bomba con
regulación analógica.
Regulación de presión asegura una alta calidad de filtrado durante el llenado. El
sensor de presión con display LCD, salida analógica y salida conmutada,
suministra siempre la variable de medición correcta. El regulador de presión
proporcional asegura una calidad de filtrado constante durante todo el proceso.
El nivel de llenado del depósito dosificador es detectado en la estación de llenado
utilizando un sensor analógico de nivel. El control regula el nivel de llenado al valor
14
de consigna requerido a través de la bomba de regulación continua. El nivel de
llenado en el depósito dosificador se mantiene constante durante el llenado, lo que
optimiza la calidad del proceso de llenado.
El sistema de compone de las estaciones de filtrado, mezcla, reactor y llenado. La
estación de filtrado filtra el líquido. Este es bombeado del primer depósito al
segundo a través del filtro utilizando diversas válvulas de proceso. El líquido
filtrado es luego alimentado al primer depósito en la estación de mezcla. Esta
estación mezcla productos de tres depósitos según diferentes recetas. La mezcla
acabada es bombeada a la estación del reactor, en donde reposa. Según la receta
seleccionada, se activan diferentes perfiles de temperatura con diferentes tiempos
de agitación. La estación de llenado, dosifica el líquido en botellas. Las botellas
son transportadas a la estación de llenado por medio de transportadores. Un
separador neumático separa las botellas. Las botellas son llenadas con diferentes
cantidades desde el depósito dosificador, según la receta seleccionada.
• Fácil puesta a punto, simulación y visualización utilizando la SimuBox
• Mediciones multimedia, regulación en bucle abierto y cerrado,
funcionamiento, supervisión y puesta a punto utilizando Fluid Lab®-PA
• Inicio de secuencias de proceso en el PLC o supervisión utilizando el panel
táctil
• El PLC o el regulador industrial incluidos para cada estación pueden asumir
la función de regulación. La parametrización del regulador se realiza en el
panel táctil o directamente en el regulador industrial. Todas las variables del
proceso se muestran claramente – incluso las tendencias – tanto en el
panel táctil como en el regulador industrial.
15
El sistema completo MPS® PA1 ofrece todo lo necesario para una iniciación
eficiente en la tecnología de medición y regulación en bucle a abierto y cerrado.
1.1.2. Sensor de presión SDE3
El sensor de presión optimizado en espacio SDE3 se halla entre el sensor de
presión de alta funcionalidad SDE1 y el presostato de coste optimizado SDE5.2
Versátil: Gracias a la detección de presión relativa y diferencial, y al alto grado de
integración – con la opción de dos interruptores de presión independientes y
display LCD en una sola unidad.
Rápido y adecuado: la interface de operador intuitivo y la rápida opción de
autoprogramación reducen los costes de formación y el tiempo de puesta a punto.
Fácil lectura: Gracias a la indicación de presión alfanumérica o al gráfico de barras
para eventos dinámicos en un display LCD bicolor retroiluminado.
Fiable: El SDE3 es adecuado para conceptos TPM y con ello puede ayudar a
garantizar la máxima disponibilidad de las instalaciones.
Protegido: El bloqueo por código permite leer los ajustes pero evita modificaciones
no autorizadas.
1.1.3. ADR - 1000 PLUS
• Contador/Clasificador de tráfico portable. 1 http://www.festo.com (9 de junio de 2006) 2 http://www.festo.com (9 de junio de 2006)
16
• Memoria onboard de 2 MB - capacidad de almacenamiento
incrementada.
• Opción de memoria PCMCIA - para almacenamiento adicional.
• Rápida instalación, fácil de usar.
• Esquema "F" o clasificación customizable.
• Opción de alimentación solar
• Switches aereos
• Waterproof housing
• Estándar U.S. o unidades métricas
El Peek ADR-1000 plus provee una óptima funcionalidad y es muy fácil de usar
como un contador/clasificador. Los módulos de sensores internos permiten al
Peek ADR-1000 plus monitorear las entradas utilizando loops, piezas o contactos.
La memoria estándar se ha incrementado a un total de 2MB, 1MB para programar
y un MB para el almacenamiento de datos. Una memoria PCMCIA está también
disponible para extender la capacidad de almacenamiento.
1.1.4. ADR-3000
• Fácil de instalar y operar
• Operación multilínea hasta 64 entradas
• Estándar de clasificación FHWA o programable por el usuario.
• Comunicaciones de Alta Velocidad y telemetría
• Estándar U.S. o unidades métricas.
• Panel de control integrado con lectura LCD.
• Opción de memoria PCMCIA
• Opción de almacenamiento solar
17
• SreeterArnet y compatible GK
El Peek ADR-3000 provee una funcionalidad óptima como unidad permanente o
semipermanente. En su configuración básica como un contador/clasificador,
puede monitorear hasta 4 carriles de tráfico con una combinación de loops y
sensores piezo. Con dichas opciones, el ADR-3000 puede contar hasta 64 carriles
o clasificar hasta 32 carriles de tráfico.
También existen módulos realizados por empresas como EDIBON S.A. El módulo
está formado por una robusta bancada, la cual alberga los sistemas de
alimentación y de control de una serie entre los que se encuentran:
• Unidad base “BSUB”
• Módulos de ensayo
• Vibraciones y/o deformación
• Temperatura
• Presión
• Caudal
• Hornos
• Nivel de líquidos
• Tacómetros (Velocidad)
• Proximidad
1.2. DESCRIPCIÓN Y FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
En la actualidad en los laboratorios de la Facultad de Ingeniería Electrónica de la
Universidad de San Buenaventura, no existe un módulo de equipamiento didáctico
18
de sensórica, situación que implica una dificultad para los procesos de enseñanza-
aprendizaje en esta temática.
Este inconveniente hace que el estudiante no pueda observar toda la parte de
adquisición de la señal y su tratamiento) por lo que se debe acudir a otras
instituciones para apoyar sus prácticas de laboratorio, lo que significa mayor
inversión en tiempo de desplazamiento, costos económicos, y en muchas
ocasiones sacrificar otros espacios y sesiones de clase.
¿Como solucionar la inexistencia de un módulo de entrenamiento didáctico en la
Universidad de San Buenaventura que le facilite a los estudiantes de ingeniería el
aprendizaje dentro de las instalaciones de la universidad?
1.3. JUSTIFICACIÓN
A medida que pasa el tiempo, se va notando el desarrollo tecnológico y a la vez el
desarrollo de la educación, es por ello que es importante ir a la vanguardia, para
que permita la promoción de profesionales más competitivos, por lo que se hace
necesario crear herramientas que le faciliten el aprendizaje a los estudiantes en el
área de la sensórica.
El conocimiento y manejo de los sensores es esencial en todo sistema automático
y de control, por esto es preciso un estudio adecuado tanto de sus características
como de sus aplicaciones que permitan afianzar los conocimientos; desarrollando
un método de acompañamiento, para la mejor comprensión de estos elementos.
Dados los anteriores conceptos se hace indispensable contar en la Facultad de
Ingeniería con equipos de entrenamiento, desarrollados con los estándares de
19
calidad requeridos por la Universidad de San Buenaventura, para así afianzar los
conocimientos en el campo de la sensórica a través de la experimentación.
1.4. OBJETIVO DE LA INVESTIGACIÓN
1.4.1. OBJETIVO GENERAL
Diseñar e implementar un módulo de sensórica cuyo fin es observar y analizar el
proceso desde la captación de la variable a medir hasta su visualización final ya
sea en un display o en un computador, para ser utilizado en los laboratorios de la
Facultad de Ingeniería de la Universidad de San Buenaventura.
1.4.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Analizar las características de los sensores de temperatura (DS18S20), de
presión (MPX5700) y de humedad (HIH3610).
• Visualizar el monitoreo de la señal por medio de una pantalla de cristal
líquido.
• Realizar el acoplamiento de comunicación del módulo de equipamiento de
sensórica con el computador.
• Programar una interfaz de usuario mediante una aplicación en Visual Basic.
• Realizar un tutorial didáctico en CD-ROM en lenguaje HTML para la
realización de las prácticas en este módulo.
20
1.5. ALCANCES Y LIMITACIONES DEL PROYECTO
1.5.1. ALCANCES
Este proyecto cubre hasta la etapa de implementación del módulo de
entrenamiento didáctico en la Universidad de San Buenaventura que cumpla con
las especificaciones tanto estéticas como funcionales
1.5.2. ¿A quién beneficia la creación de este módul o?
Directamente a La Universidad de San Buenaventura, ya que la construcción de
este sistema dará la pauta para el desarrollo de las diferentes aplicaciones
tecnológicas, necesarias en el Laboratorio de ingeniería.
Por otra parte, ser pioneros en este aspecto, impulsa el buen nombre de nuestra
facultad.
Específicamente, los principales beneficiados son los docentes y alumnos de las
facultades de Ingeniería, pues contarán con una herramienta didáctica para sus
prácticas de laboratorio, disponible sin restricciones de tiempo ni lugar.
1.5.3. Limitaciones
Algunas limitaciones que se tendrían en el desarrollo de este proyecto son:
• De tipo económico: hace referencia a costos de los elementos como son
sensores y materiales para la implementación.
• En el diseño ergonómico y estético del módulo debido al poco conocimiento
en la parte de diseño industrial.
21
2. MARCO DE REFERENCIA
2.1. MARCO CONCEPTUAL
2.1.1. ¿Qué es un sensor?
Es un transductor capaz de convertir el valor de una magnitud física en una señal
eléctrica codificada, ya sea en forma analógica o digital es un convertidor técnico,
que transforma una variable, por ejemplo, temperatura distancia, presión; en otra
variable mas fácil de evaluar.
Un sensor es un dispositivo que detecta, o sensa manifestaciones de cualidades o
fenómenos físicos, como la energía, velocidad, aceleración, tamaño, cantidad,
etc., también, es un dispositivo diseñado para recibir información de una magnitud
del exterior y transformarla en otra magnitud, normalmente eléctrica, que seamos
capaces de cuantificar y manipular.
Normalmente estos dispositivos se encuentran realizados mediante la utilización
de componentes pasivos (resistencias variables, PTC, NTC, LDR etc., todos
aquellos componentes que varían su magnitud en función de alguna variable), y la
utilización de componentes activos.
Algunos de los sensores más utilizados pueden ser: Magnéticos, Movimiento,
Caudal, Presión, Posición, Flujo, Temperatura, Humedad, Humo y fuego.
2.1.2. Sensor de Temperatura DS18S20
El sensor fue producido en principio por DALLAS Semiconductor quien se ha
fusionado a Maxim/Dallas Semiconductor. De acuerdo con la especificación de
22
datos, el sensor puede medir temperaturas desde -55°C a 127°C. Los datos de las
mediciones son generados como una señal digital con un ancho de 9 bits. Además
cada sensor posee un número de identificación de 64 bits, permitiendo
interconectar a través de un bus varios sensores. Es posible utilizar 100 sensores
en un bus de una longitud de 300m.
El circuito que estamos presentando aquí funcionará con sólo 10 sensores en un
bus de 60m. Actualmente estoy usando 4 sensores en un bus de unos 12m.
2.1.3. Sensor de Presión MPX5700
El MPX5700 es un transductor piezoeléctrico diseñado para medir presión para
rangos de aplicación de 0 a 250 psi, con aplicaciones particulares usadas con
microcontroladores y microprocesadores con estradas A/D. Usa dos entradas, una
de referencia y otra de captación donde compara los niveles medidos y entrega su
respuesta proporcional a la presurización aplicada.
• 2.5% Maximo de Error por debajo de 0° a 85°C
• Ideal para aplicaciones con microprocesadores y microcontroladores
2.1.4. Sensor de Humedad HIH3610
La División de Sensores de Control de Honeywell ha presentado el sensor de
humedad de la serie HIH-3610, que proporciona una medición de la humedad
relativa rápida y de calidad en un SIP soldado (simple). La estructura de múltiples
capas, químicamente resistente, proporciona una larga vida al producto en
ambientes extremos.
23
Gracias a la salida lineal en tensión del sensor es posible que se pueda conectar
directamente a un controlador o a otro dispositivo. Con un consumo de corriente
de sólo 200 µA, a 5Vdc, el sensor HIH-3610 se adapta perfectamente en sistemas
operados por batería de bajo consumo. La intercambiabilidad hermética del sensor
reduce o elimina los costes de la calibración en la producción OEM.
Direct input to a controller or other device is made possible by the sensor's linear
voltage output. With a typical current draw of only 200 µA, at 5Vdc the HIH-3610
sensor is ideally suited for low-drain, battery-operated systems. Tight sensor
interchangeability reduces or eliminates OEM production calibration costs.
Las aplicaciones típicas incluyen estaciones meteorológicas, cámaras de ensayo
medioambiental, detección de pérdidas de humedad, equipos de instrumentación y
ensayo, HVAC, dispositivos médicos, registradores, controles industriales y
equipamiento de oficinas.
2.1.5. ¿Qué es un módulo?
Un módulo es un componente autocontrolado de un sistema, el cual posee una
interfaz bien definida hacia otros componentes; algo es modular si es construido
de manera tal que se facilite su ensamblaje, acomodamiento flexible y reparación
de sus componentes.
Un módulo es una unidad compacta con unas funciones definidas. Suele unirse al
circuito por medio de uno o mas conectores de alimentación, sensores, alarmas,
comandos etc., en su parte posterior y en algunos casos con transito de señal por
el frontal donde se ubican leds de señalización.
24
2.1.6. ¿Qué es una interfaz?
Una interfaz es la parte de un programa informático que permite a éste
comunicarse con el usuario o con otras aplicaciones permitiendo el flujo de
información; visto de otra forma es juego de conexiones a un dispositivo con una
función definida o método por el cual un usuario interactúa y se comunica con un
computador, sea local o remoto, para interactuar con un dispositivo específico
para que los datos se puedan intercambiar.
2.1.7. Partes por millón (PPM)
Expresión del contenido de vapor de agua por fracción de volumen (PPMv) o, si es
multiplicado por la relación entre el peso molecular del agua y el aire como PPMw.
Este parámetro es más dificultoso de conceptuar, porque está fuera del alcance
del cuerpo humano detectar los cambios de esta magnitud en la atmósfera. Este
término y los asociados como pueden ser: PPM u otros como la relación de
mezcla, el porcentaje de volumen y la humedad específica, se utilizan cuando el
vapor se convierte en una impureza o un componente definido en una mezcla de
gases que participa de un proceso industrial. Un ejemplo práctico de su aplicación
son los gases de uso medicinal, como pueden ser el óxido nitroso, dióxido de
carbono y oxígeno cuando son utilizados en operaciones quirúrgicas que deben
tener un contenido de humedad menor a 60ppm.
25
2.2. MARCO LEGAL O NORMATIVO
2.2.1. Normas o estándares de los sensores:
Un nuevo estándar para sensores, propuesto por IEEE 1451.4, reduce el tiempo y
el reto asociado con la configuración de sensores. El estándar establece un
método universalmente aceptado para desarrollar sensores, de manera similar a
un mouse USB el cual es plug-and-play con una computadora. IEEE 1451.4 define
un mecanismo para agregar comportamientos auto descriptivos con una interfase
de señal análoga. Ésta interfase de modo mixto combina la señal análoga del
sensor tradicional con una conexión digital serial de bajo costo para accesar la
hoja de datos electrónica del transductor (TEDS) incluida en el sensor. Para
extender los beneficios de los sensores Plug&Play a sensores análogos
tradicionales, los TEDS Virtuales proporcionan la misma hoja de datos electrónica
del transductor en un archivo de formato electrónico. Con TEDS, el sensor se
identifica y describe asimismo al sistema de adquisición de datos al cual esta
conectado.
La inclusión de capacidades plug-and-play a sensores análogos entrega
beneficios reales a usuarios y desarrolladores: inicialización más rápida,
diagnósticos mejorados , reducción de tiempo muerto por reparación y reemplazo
de sensores, administración de activos mejorada, uso automático de calibración.
Estándar IEEE 1451
El Estándar de Interfase de Modo Mixto IEEE 1451.4 para Transductores
Pequeños define un mecanismo para agregar tecnología de auto identificación a
sensores y actuadores tradicionales de modo-análogo. Desarrollado en conjunto
por manufactureros de sensores, proveedores de instrumentación y software, y
26
usuarios; IEEE 1451.4 define el concepto de transductores de modo-mixto que
proporciona tanto interfases análogas como digitales. La interfase eléctrica
análoga proporciona una señal que refleja los fenómenos físicos (como la
temperatura, presión y fuerza) de una manera tradicional.
El sensor inteligente TEDS de IEEE 1451.4, sin embargo, también proporciona
una interfase digital para comunicarse con un dispositivo integrado en el
transductor. Esta memoria contiene la información binaria TEDS que identifica y
describe al sensor y actuador. El TEDS contiene información como el fabricante,
número de modelo del sensor, número de serie, rango de medición, sensitividad, e
información de calibración.3
2.3. MARCO TEÓRICO
Los sensores son en realidad unos elementos físicos que pertenecen a un tipo de
dispositivo llamado transductor. Los transductores son unos elementos capaces
de transformar una variable física en otra diferente. Los sensores son un tipo
concreto de transductores que se caracterizan porque son usados para medir la
variable transformada. La magnitud física que suele ser empleada por los
sensores, como resultado suele ser la tensión eléctrica, debido a la facilidad del
trabajo con ella.
Desde el punto de vista de la forma de la variable de salida, podemos clasificar los
sensores en dos grupos: analógicos, en los que la señal de salida es una señal
continua, analógica; y digitales, que transforman la variable medida en una señal
digital, a modo de pulsos o bits. En la actualidad los sensores más empleados son
3 http://digital.ni.com/worldwide/latam.nsf/web/all/A0E41EEBC7481F1086256EA70050A50F
27
los digitales, debido sobre todo a la compatibilidad de su uso con los
computadores.4
Gráfica No1
Sensores
Fuente: http/: www.monografias.com/sensores.htm
En todo sistema complejo de producción que contemple el involucramiento
creciente de la automatización, se requiere de componentes que sean capaces de
adquirir y transmitir información relacionada con el proceso de forma oportuna y
precisa, es esta la función de los sensores en el área de medición y control.
A los sensores, se les debe exigir una serie de características, que se
mencionarán a continuación :
• Exactitud. Hace referencia a que se debe poder detectar el valor verdadero
de la variable sin errores sistemáticos. Sobre varias mediciones, la media
de los errores cometidos debe tender a cero.
• Precisión. Una medida será más precisa que otra si los posibles errores
aleatorios en la medición son menores. Debemos procurar la máxima
precisión posible.
4www.monografias.com/sensores.htm
28
• Rango de funcionamiento. El sensor debe tener un amplio rango de
funcionamiento, es decir, debe ser capaz de medir de manera exacta y
precisa una amplia cantidad de valores de la magnitud correspondiente.
• Velocidad de respuesta. El sensor debe responder a los cambios de la
variable a medir en un tiempo mínimo. Lo ideal sería que la respuesta fuera
instantánea.
• Calibración. La calibración es el proceso mediante el que se establece la
relación entre la variable medida y la señal de salida que produce el sensor.
La calibración debe poder realizarse de manera sencilla y además el sensor
no debe precisar una recalibración frecuente.
• Fiabilidad. El sensor debe ser fiable, es decir, no debe estar sujeto a fallos
inesperados durante su funcionamiento.
• Costo. El costo para comprar, instalar y manejar el sensor debe ser lo más
bajo posible.
• Facilidad de funcionamiento. Sería ideal que la instalación y uso del sensor
no necesitara de un aprendizaje en profundidad.
Todas estas características son las deseables en los sensores. Sin embargo, en la
mayoría de los casos lo que se procurará será un compromiso entre su
cumplimiento y el costo que ello suponga a la hora del diseño y fabricación.
Se puede clasificar a los sensores por la variable que miden (presión, posición,
temperatura), por el principio físico en el que se basa su funcionamiento (efecto
hall), por la tecnología en la que se basan (silicio, eléctro-mecánica), la relación
entre el sensor y la característica a medir (contacto, sin contacto), etc.
29
Los sensores son elementos fundamentales en todo sistema automático y, como
tal, precisan de un estudio adecuado tanto de sus características como de sus
aplicaciones.
Partiendo de este enfoque, el equipamiento didáctico de Sensórica creado por
HRE permite el estudio de una gama muy amplia de sensores todo-nada,
analógicos y digitales, de última generación, considerando las más diversas
aplicaciones prácticas.
Se ha diseñado teniendo en cuenta las particularidades de los diferentes Ciclos
Formativos y permitiendo un aprendizaje claro y práctico, pero al mismo tiempo
rápido y conciso.
Todas las prácticas de este equipamiento están enfocadas hacia aplicaciones
industriales, como detecciones de presencia de piezas, identificación de acuerdo
con su forma, material y color, control de velocidad y posición lineal y angular ,
control y mediciones de temperatura en plantas reales, medición de presión y
fuerza en circuitos neumáticos, etc.
El equipo consta además de sistemas de apoyo, tales como pantalla táctil para
visualización, medición de señales analógicas y digitales, conversión y
linealización (tratamiento de señales), controlador de velocidad y sentido de giro
del motor, etc.
Está prevista la utilización de una salida para comunicación con PC y posibilitar el
tratamiento externo de la información.
Se presenta en una maleta portátil, robusta, fácil de guardar y con todos los
componentes ordenados en su interior. Todas las conexiones están disponibles
por medio de bornes normalizados de fácil conexión.
30
El conjunto es abierto y está diseñado de tal modo que permite la integración
posterior de otros sensores y elementos de manera fácil y sencilla.
Las prácticas se pueden realizar en cualquier lugar y de manera rápida gracias al
sistema de amarre en perfil ranurado de aluminio, donde se insertan los
componentes con precisión, rapidez y facilidad.
Los sensores desempeñan un papel fundamental en la robótica, ya que a partir de
las informaciones captadas por ellos, el robot actúa en consecuencia. Para ello,
convierte una magnitud física en una señal eléctrica codificada, que puede ser
analógica o digital. 5
2.3.1. SENSORES UTILIZADOS
• SENSORES DE HUMEDAD
•
o Precisión en la medición de la humedad: Los fabricantes y
laboratorios de calibración buscan determinar la calidad del
desempeño de los dispositivos para la medición de humedad, esto
es, que tanto las especificaciones y como los datos de calibración
reflejen la operación real de los sensores.
Podemos definir la precisión de un sensor como la desviación con
respecto a un patrón de laboratorio. Esta característica es afectada
por los siguientes factores:
� Temperatura y humedad a la que fue calibrado el sensor
� Dependencia de la calibración con la humedad y la
temperatura, muchos sensores son no-lineales y casi todos
varían con la temperatura
5 www.monografias.com/sensores.htm
31
� Como afecta al sensor el envejecimiento y la velocidad de
envejecimiento
� Que tan sensitivo es el sensor a los contaminantes
� Que precisión tiene el estándar usado para construir el sensor
y su certificación
A causa de estas variaciones es de notar que una declaración de
una precisión ±1% es poco representativa del desempeño efectivo en
el ámbito de operación del sensor. Por ejemplo un sensor con una
precisión especificada de fábrica del ±1% podría, después de operar
durante 6 meses, caer hasta una precisión de ±6% mientras que otro
sensor con una precisión de fábrica de ±2% podría, luego de operar
6 meses en la misma aplicación, tener una precisión del ±2%.
o Parámetros típicos para determinar la humedad
� Medición de la humedad relativa (RH): La medición de la
humedad relativa consiste en la relación entre la presión
parcial del vapor de agua en el gas de que se trate y la
presión de saturación del vapor, a una temperatura dada. Por
lo tanto la humedad relativa es función de la temperatura. La
medición es expresada como un porcentaje. La humedad
relativa es un parámetro utilizado principalmente en
aplicaciones ambientales (ej. acondicionamiento de aire) o
mediciones meteorológicas ya que impacta directamente en el
confort humano. Cuando los niveles de humedad relativa son
bajos puede producirse electricidad estática que dañe al
equipamiento electrónico.
� Medición del punto de rocío/escarcha (D/F PT): El punto de
rocío es la temperatura, por sobre los 0° grados, al cual el
32
vapor de agua presente en el gas condensa. El punto de
escarcha es la temperatura, por debajo de 0° grados, a l a cual
el vapor se cristaliza en hielo. El punto D/F PT es función de la
presión del gas pero independiente de su temperatura, y por
lo tanto se lo considera una magnitud fundamental.
Los puntos de rocío y escarcha son utilizados cuando la sequedad
de un gas es relevante, esto es en procesos en los que debe evitarse
la condensación de el vapor de agua a bajas temperaturas. El punto
de rocío se usa también como un indicador del contenido de vapor
de agua en procesos de alta temperatura como el secado industrial.
2.3.2. Consideración de los distintos tipos de sens or y sus aplicaciones
No existe una tecnología de medición que sea apropiada para todas las
aplicaciones. Algunas de las tecnologías típicamente usadas son:
técnicas para la medición de humedad relativa.
Las mediciones de humedad relativa puede ser hecha por sensores basados en:
psicometría, desplazamiento, resistivos, capacitivos y por absorción de líquido.
Algunos de los cuales describimos.
2.3.3. Psicometría
De acuerdo con expertos se entiende que la psicometría desde hace tiempo es
uno de los métodos más populares para el monitoreo de la humedad debido a su
simplicidad e inherente bajo costo. Un psicometro industrial típico consiste de un
par de termómetros eléctricos acoplados, uno de los cuales opera en estado
húmedo. Cuando el dispositivo funciona la evaporación del agua enfría el
termómetro humedecido, resultando una diferencia medible con la temperatura
33
ambiente o la temperatura del bulbo seco. Cuando el bulbo húmedo alcanza su
máxima caída de temperatura la humedad puede determinarse comparando la
temperatura de los dos termómetros en una tabla psicométrica.
El psicómetro provee una alta precisión en las proximidades del punto de
saturación (100% RH) y es fácil de operar y reparar, por otra parte a baja
humedad relativa (menos del 20%) el desempeño es pobre y el mantenimiento
debe intensificarse. No puede utilizarse a temperaturas menores de 0° y, siendo el
propio psicómetro una fuente de humedad, no pude utilizarse tampoco en
ambientes pequeños o cerrados.
Los psicómetros son utilizados típicamente para control ambiental en recintos.
Gráfica No 2
Psicómetro
http://www.salavirtual.com/trabajos10/humed/humed.shtml
2.3.4. Sensores por desplazamiento
Es quizás el tipo de sensor más antiguo y de uso común, utiliza un mecanismo
para medir la expansión o contracción de un cierto material que es proporcional a
los cambios en el nivel de humedad relativa. Los materiales más comunes el nylon
34
y la celulosa. Las ventajas de este tipo de sensor son el bajo costo de fabricación
y es altamente inmune a la contaminación. Las desventajas son la tendencia a la
descalibración en el tiempo y los efectos de histéresis significativos.
Están compuestos de un sustrato cerámico aislante sobre el cual se deposita una
grilla de electrodos. Estos electrodos se cubren con una sal sensible a la humedad
embebida en una resina (polímero). La resina se recubre entonces con una capa
protectiva permeable al vapor de agua. A medida que la humedad de la capa de
protección, el polímero resulta ionizado y estos iones se movilizan dentro de la
resina. Cuando los electrodos son excitados por una corriente alterna, la
impedancia del sensor se mide y es usada para calcular el porcentaje de humedad
relativa.
Por su misma estructura este tipo de sensores son relativamente inmunes a la
contaminación superficial ya que no afecta su precisión aunque si el tiempo de
respuesta. Debido a los valores extremadamente altos de resistencia del sensor a
niveles de humedad menores que 20% es apropiado para los rangos altos de
humedad.
2.3.5. Sensores Capacitivos
Los sensores capacitivos (polímero orgánico capacitivos es diseñados
normalmente con platos paralelos con electrodos porosos o con filamentos
entrelazados en el sustrato. El material dieléctrico absorbe o elimina vapor de
agua del ambiente con los cambios del nivel de humedad. Los cambios resultantes
en la constante dieléctrica causa una variación en el valor de la capacidad del
dispositivo por lo que resulta una impedancia que varía con la humedad. Un
cambio en la constante dieléctrica de aproximadamente el 30% corresponde a una
variación de 0-100% en la humedad relativa.
35
El material sensor es muy delgado para alcanzar grandes cambios en la señal con
la humedad. Esto permite a el vapor de agua entrar y salir fácilmente y el secado
rápido para la sencilla calibración del sensor. Este tipo de sensor es
especialmente apropiado para ambiente de alta temperatura porque el coeficiente
de temperatura es bajo y el polímero dieléctrico puede soportar altas
temperaturas. Los sensores capacitivos son también apropiados para aplicaciones
que requieran un alto grado de sensibilidad a niveles bajos de humedad, donde
proveen una respuesta relativamente rápida. A valores de humedad superiores al
85% sin embargo el sensor tiene una tendencia a saturar y se transforma en no
lineal.6
2.3.6. Efectos de la temperatura y la humedad
La salida de todos los sensores de humedad por absorción (capacitivos, resistivos,
de film resistivo etc.), se ven afectados sensiblemente por la temperatura y la
humedad relativa. A causa de ésto se utilizan mecanismos de compensación de
temperatura en aplicaciones que demanden alto nivel de precisión o un amplio
rango de temperaturas.
Cuando se compensa la temperatura de un sensor lo mejor es hacer la medición
de temperatura tan cerca como sea posible de área activa del sensor, en el mismo
micro-ambiente. Esto es especialmente verdad cuando se combina la medición de
RH y temperatura para derivar el punto de rocío.
Los instrumentos de tipo industrial para medir humedad y punto de rocío
incorporan una resistencia de platino (RTD) en la parte posterior del sustrato del
sensor para la integridad de la compensación de la diferencia de temperaturas.
6 www.x-robotics.com/sensores.htm
36
Gráfica No 3
Resistencia de Platino
http://www.ciudadelectronica.com/sensores.php
Las aplicaciones típicas para los polímeros resistivos y capacitivos son
• HVAC administración de energía
• Control de salas de computadora/ambientes limpios
• Instrumentos portátiles
• Monitoreo ambiental y meteorológico
Humedad relativa calculada con el punto de rocío y la temperatura.
Un transmisor óptico de punto de rocío con el agregado de medición de
temperatura podría utilizarse para obtener un valor de humedad relativa de alta
precisión. Este sería un costoso método para derivar un valor de una medición
primaria.
Dispositivos usados para medición del punto de rocío/escarcha
Los sensores de sal saturada de cloruro de litio, óxido de aluminio y de espejo
óptico enfriado son utilizados para la medición directa del D/F PT. Estos sensores
proveen un amplio rango de medición en términos del punto de rocío o escarcha.
37
2.3.7. Sensor de sal saturada de cloruro de litio
El sensor de sal saturada de cloruro de litio ha sido uno de los sensores de punto
de rocío más ampliamente usados. Su popularidad es resultado de su simplicidad,
bajo costo, durabilidad, y el hecho de que provee una medición fundamental.
El sensor consiste de una bobina recubierta con una tela absorbente y un
arrollamiento de electrodos bifilares inertes. La bobina es revestida con una
solución diluida de cloruro de litio. Un corriente alterna se hace pasar por el
arrollamiento y la solución salina causando calentamiento por efecto joule. A
medida que la bobina eleva su temperatura el agua de la sal se evapora a una
tasa que es controlada por la presión de vapor de agua en el aire circundante.
Cuando la bobina comienza a secarse, la resistencia de la solución salina se
incrementa produciendo una disminución de la corriente que enfría la bobina. Este
efecto de calentamiento y enfriamiento continúa hasta alcanzar un punto de
equilibrio en el que no hay intercambio de agua con el ambiente. La temperatura
de equilibrio es directamente proporcional a la presión de vapor de agua o el punto
de rocío del aire circundante. Este valor es medido utilizando un termómetro de
resistencia de platino (PRT).
Gráfica No 4
Sensor de Sal Saturada
http://www.ciudadelectronica.com/sensores.php
38
Si el sensor de sal saturada se contamina puede fácilmente hacerse una recarga
de cloruro de litio. Las limitaciones de esta tecnología están dados por los tiempos
de repuesta y el límite inferior del rango de medición impuesto por la naturaleza
del cloruro de litio. El sensor no puede usarse para medir puntos de rocío cuando
la presión de vapor de agua cae por debajo de la presión de saturación de vapor
del cloruro de litio que ocurre cerca del 11% de humedad relativa. Los sensores de
sal saturada resultan atractivos cuando es bajo el costo, y la resistencia ambiental,
funciona sin variantes de tiempo de respuesta y la precisión moderada requerida.
Las aplicaciones típicas de estos sensores son:
• Controles de refrigeración
• Secadores
• Dehumificadores
• Monitoreo de líneas se suministro de aire
• Equipos envasadores de píldoras
Para aplicaciones que requieren una gran precisión y un amplio rango de
mediciones se deben considerar sensores del tipo electrolítico de condensación y
a base de óxidos.
2.3.8. Sensores de punto de rocío de óxido de alumi nio.
Los instrumentos de óxido de aluminio y sus derivados, tales como los sensores
basados en cerámicos o silicio, son dispositivos que de forma indirecta infieren el
valor del punto de rocío por la variación de su valor de capacidad que es afectada
por la humedad ambiente. Están disponibles en una variedad de tipos, desde
sistemas de bajo costo portátiles operados a batería, hasta sistemas multi-punto
39
basados en microprocesador con la capacidad de calcular la información de la
humedad en diferentes parámetros.
Un sensor de óxido de aluminio típico es un capacitor, formado por la deposición
de una capa de óxido de aluminio poroso sobre un sustrato conductor que se
reviste con una delgada lámina de oro. La base conductora y la lámina de oro
forman los electrodos del capacitor. El vapor de agua penetra la lámina de oro y es
absorbida por el óxido poroso. La cantidad de moléculas de agua absorbidas
determina la impedancia eléctrica del capacitor que a su vez resulta proporcional a
la presión de vapor de agua.7
Los sensores de óxido son de reducido tamaño. Son apropiados para medir bajos
puntos de rocío (-100°?) y pueden operar sobre un ampli o rango que abarca las
aplicaciones de alta presión. Pueden utilizarse también para medir la humedad en
líquidos y, debido al bajo consumo de potencia, son apropiados para instalaciones
intrínsecamente seguras y a prueba de explosiones.8
Los sensores a base de óxido se usan frecuentemente en la industria
petroquímica y de generación de potencia donde los puntos de rocío bajos deben
monitorearse en línea con arreglos de múltiples sensores económicos.
La principal desventaja asociada a estos sensores es que son dispositivos de
medición secundaria y deben ser recalibrados frecuentemente para corregir los
efectos de envejecimiento, histéresis y contaminación.
2.3.9. Higrómetro óptico de condensación
El higrómetro óptico es considerado el método más preciso para la medición del
punto de rocío. Esta es una medición primaria, que mide, como su nombre indica,
7 http://www.ciudadelectronica.com/sensores.php 8 www.x-robotics.com/sensores.htm
40
el punto efectivo de condensación del gas ambiente y para el que se pueden con
facilidad establecer estándares internacionales de calibración. El sensor contiene
un pequeño espejo metálico cuya superficie es enfriada hasta que el agua de la
muestra de gas condense. El espejo es iluminado por un fuente de luz y su
reflexión es detectada por un fototransistor. Cuando la condensación ocurre la luz
reflejada sufre una dispersión y por lo tanto disminuye la intensidad captada por el
detector. Un sistema de control se encarga de mantener la temperatura de espejo
en el punto necesario para mantener una delgada capa de condensación. Un PRT
embebido en el espejo mide su temperatura y por lo tanto la temperatura de punto
de rocío.
Con el higrómetro óptico son posibles precisiones de +/- 0.2°. Ciertos equipos
especiales pueden tener un rango completo desde -85° hast a casi 100° de punto
de rocío. Los tiempos de respuesta son rápidos y la operación está relativamente
libre de problemas de pérdida de calibración.
Las aplicaciones típicas de los higrómetros ópticos de condensación son:
• Líneas de aire medicinal
• Equipo electrónico refrigerado con líquido
• Computadoras refrigeradas
• Hornos de tratamiento térmico
• Hornos de fundición
• Control ambiental de recintos
• Secadores
• Estándares de calibración de humedad
Para medir el vapor de agua en las regiones de bajo PPM se utilizan sensores
electrolíticos, piezo-resonadores y ópticos. Cuando se hacen mediciones en este
41
rango y utilizando el método de toma de muestras, en oposición a las técnicas de
medición in-situ, ya que veces las condiciones del proceso, alta temperatura,
presión, gases corrosivos etc., y/o cuando el tipo de tecnología del sensor utilizada
imposibilita las mediciones in-situ, es vital asegurarse que los recintos para
medición son herméticos, construidos con materiales no higroscópicos (por
ejemplo acero inoxidable) y cuando se inicia la medición, se debe permitir un
tiempo adecuado para que el sistema se equilibre y seque.9
2.3.10. Higrómetro electrolítico
El higrómetro electrolítico normalmente se utiliza para la medición de gases secos
ya que provee una performance confiable para largos períodos en el rango de
bajos valores de PPM. Los sensores electrolíticos típicamente requieren que el
gas medido esté limpio y no debería reaccionar con la solución de ácido fosfórico,
aunque desarrollos recientes en la tecnología de sensores de celda y los sistemas
de acondicionamiento de muestras permiten aplicaciones más hostiles, como
pueden ser la medición de humedad en cloruro.
Los sensores electrolíticos utilizan una celda revestida con una delgada capa de
pentóxido fosforoso (P2O5), que absorbe agua del gas bajo medición. Cuando una
corriente eléctrica se aplica a los electrodos, el vapor de agua absorbido por el
P2O5 se disocia en moléculas de hidrógeno y oxígeno. La cantidad de corriente
requerida para disociar el agua es proporcional a el número de moléculas de agua
presentes en la muestra. Este valor junto con el caudal y la temperatura se usan
para determinar la concentración de las partes por millón por volumen (PPMv) del
vapor de agua. El sensor electrolítico se utiliza en aplicaciones secas de hasta un
máximo de 1000 PPMv y es apropiado para el uso en procesos industriales tales
como gases ultra-puros, química fina, y producción de circuitos integrados, etc. En 9 www.x-robotics.com/sensores.htm
42
cada uno de estos casos el éxito de estos procesos industriales depende del
mantenimiento de condiciones inertes. Ésto significa que un suministro continuo
de nitrógeno o argón se debe usar para purgar el ambiente de producción. Así
como el mantenimiento de la pureza del gas, el contenido de vapor de agua
debería mantenerse muy bajo ya que estas son las condiciones para las que el
higrómetro electrolítico trabaja apropiadamente.
Aplicaciones típicas de este sensor
• Generadores de ozono
• Líneas de aire seco
• Sistemas de transferencia de nitrógeno
• Soldadura con gas inerte
En resumen, el higrómetro electrolítico suministra una medición primaria y
confiable a bajos niveles de humedad, pero la precisión del dispositivo depende
del mantenimiento del un flujo de muestras controlado. Las aplicaciones deben
seleccionarse cuidadosamente ya que ciertos gases podrían corroer y/o
contaminar el sensor.
2.3.11. Sensor Piezo-resonante
El sensor piezo-resonante opera con el principio de equilibrio de RH donde la
absorción de agua incrementa la masa de cristal lo que afecta directamente su
frecuencia de resonancia.
El sensor tiene un revestimiento sensible a la humedad ubicado sobre la superficie
del cristal resonante. La frecuencia de resonancia del cristal cambia a medida que
el revestimiento sensitivo a la humedad absorba o elimine vapor de agua en
respuesta a los cambios en los niveles de humedad ambiente. Esta frecuencia de
43
resonancia es comparada con mediciones similares en el gas seco o a al
frecuencia de referencia a la que ha sido calibrado.
Gráfica No 5
Sensor Piezo-resonante
http://www.zonalones.es/sensores.php
Higrómetro óptico por condensación con capacidad máxima de enfriamiento
Como se dijo previamente se dijo en la sección sobre la medición del punto de
rocío/escarcha, un higrómetro óptico de condensación con múltiples niveles de
enfriamiento, suplantando en algunos casos con enfriamiento adicional por aire o
glicol/agua, puede alcanzar mediciones del punto de rocío a niveles menores de -
85°, lo que implica contenidos de agua de 0.25 PPMv a 1 atmósfera de presión.
2.3.12. Estándares de calibración
Un sistema o dispositivo utilizado para establecer un estándar es aquel con la
capacidad de producir un caudal de gas de humedad conocida con referencia a
las variables fundamentales (temperatura, presión y masa) o que puede medir la
humedad en el gas en base al juego de variables fundamentales.
Los estándares utilizados para calibrar los instrumentos de humedad se agrupan
en tres categorías
44
• Estándares primarios: El estándar fundamental usado por los laboratorios
nacionales se basa en el denominado higrómetro gravimétrico. El método
de medición consiste en pesar una cierta cantidad de gas seco y hacer la
comparación con el peso del mismo volumen del gas que se quiere evaluar.
De esta forma se determina la cantidad de agua y se calcula la presión de
vapor. Estos instrumentos son utilizados como patrones para calibrar otros
instrumentos algo menos precisos pero aptos para calibraciones rápidas y
sencillas, estos instrumentos pueden ser higrómetros ópticos o psicómetros
especiales. Con algo menos de precisión los generadores de doble-presión
y los generadores de doble-temperatura y otros sistemas son normalmente
utilizados como referencias primarias.
• Estándares de transferencia: Los instrumentos de esta categoría operan
según lo principios fundamentales y proveen resultados estables y
repetibles, pero si no se utilizan apropiadamente pueden dar resultados
erróneos. Los más comunes son:
o Higrómetro óptico
o Higrómetro electrolítico
o Psicómetro
• Dispositivos secundarios: Estos dispositivos no miden parámetros
fundamentales y deben calibrarse contra estándares de transferencia o
fundamentales. La precisión de estos instrumentos depende de
recalibraciones frecuentes. Estos sistemas raramente se utilizan en
laboratorios de calibración pero tienen muchas aplicaciones en la industria.
Ejemplos de este tipo de dispositivos son el higrómetro resistivo y los
sensores de RH a base de película de polímero, que son similares a los
resistivos. Todos estos dispositivos con el paso de los años han tenido
45
mejoras de importancia brindando una muy buena relación
costo/beneficio.10
2.3.13. Sensores de temperatura
En la actualidad hay muchas formas de medir la temperatura con todo tipo de
sensores de diversas naturalezas. La ingeniería de control de procesos ha
inventado, perfeccionado e innovado a la hora de disponer de sensores que les
ayuden a controlar los cambios de temperatura en procesos industriales. La
siguiente tabla podría dar una muestra de la gran variedad de dispositivos capaces
de medir la temperatura:
o Termocuplas
Las termocuplas son los sensores de temperatura eléctricos más utilizados en la
industria. Una termocupla se hace con dos alambres de distinto material unidos en
un extremo, al aplicar temperatura en la unión de los metales se genera un voltaje
muy pequeño, del orden de los milivoltios el cual aumenta con la temperatura.
Este sería un esquema de ejemplo de una termocupla cualquiera.
Gráfica No 6
Termocupla
http://server-die.alc.upv.es/asignaturas/LSED/2003%2D04/0.Sens
10 www.zonalones.es/sensores.php
46
o Los Termistores
Los termistores sirven para la medición o detección de temperatura tanto en
gases, como en líquidos o sólidos. A causa de su muy pequeño tamaño, se los
encuentra normalmente montados en sondas o alojamientos especiales que
pueden ser específicamente diseñados para posicionarlos y protegerlos
adecuadamente cualquiera sea el medio donde tengan que trabajar. Se los puede
adosar fácilmente o montar con tornillos, ir roscados en superficies o cementados.
Los alojamientos pueden ser de acero inoxidable, aluminio, plástico, bronce u
otros materiales.
o Termómetros Infrarrojos
Los termómetros Infrarrojos pueden medir la temperatura de un objeto sin tocarlo.
Hay muchos casos en los que la medida de temperatura sin contacto es crítica:
cuando el objeto medido es pequeño, movible o inaccesible; para procesos
dinámicos que requieren respuesta rápida; o para temperaturas >1000°C La
mayoría de los termómetros más conocidos debe ponerse en contacto directo con
la fuente de temperatura, y tiene un rango útil de -100 °C a 1500°C. En contraste,
los termómetros infrarrojos determinan la temperatura de la superficie de un objeto
interceptando y midiendo la radiación infrarroja emitida. El rango típico de
temperatura para estos termómetros es -50°C a 3000°C de un sitio remoto. Las
distancias de trabajo pueden variar desde una fracción de centímetro a varios
kilómetros en aplicaciones aerotransportadas.
47
o Termorresistencia
La termoresistencia trabaja según el principio de que en la medida que varía la
temperatura, su resistencia se modifica, y la magnitud de esta modificación puede
relacionarse con la variación de temperatura. Tienen elementos sensitivos
basados en conductores metálicos, que cambian su resistencia eléctrica en
función de la temperatura. Este cambio en resistencia. Se puede medir con un
circuito eléctrico, que consiste de un elemento sensitivo, una fuente de tensión
auxiliar y un instrumento de medida.
2.3.14. Sensores externos
• TÁCTILES
• De contacto
• Analógicos e individuales
• Matriciales
• Ópticos
• Resistivos
• DE PROXIMIDAD
• VISUALES
• Exploración visual
• Cámaras de TV
• Sensores táctiles: Estos sensores proporcionan una cierta percepción del
tacto al robot. Algunos de los sensores táctiles son:
• Sensores de contacto: Básicamente, consisten en un interruptor
con dos posiciones, que según donde se sitúe, proporciona
48
mayor o menor información. Por ejemplo, situado en el brazo,
sólo da seguridad en relación con los obstáculos, mientras que,
en la pinza puede dar información más estratégica.
• Sensores analógicos e individuales: Estos sensores son un
sistema de tecnología variable, que poseen una salida
proporcional a un esfuerzo local. Pueden ser utilizados para
detectar posiciones o fuerzas, al igual que los anteriores, su
función varía según su posición en el robot.
• Sensores matriciales: Están formados por varios sensores de
los tipos anteriores, combinados en forma de matriz. Une la
información individual de todos los sensores, para obtener datos
más complejos sobre el entorno del robot (reconocimiento de
formas).
• Sensores ópticos: Tienen la misma disposición que los
sensores matriciales, pero formados por elementos
optoelectrónicos. Estos elementos constan de un diodo
fotoemisor, que envía una señal, y uno fototransistor, que envía la
información según reciba, o no, la señal. A partir de la
información de todos los fototransistores se reconocen las formas
del entorno. En este tipo de sensores se utilizan rayos infrarrojos,
para evitar los problemas provocados por los cambios de
iluminación externa.
• Sensores resistivos: Son sensores táctiles, que actúan por
presión, formando una piel artificial. Esta piel artificial consiste en
una matrÍz de electrodos en contacto con una superficie resistiva,
formada por caucho y cargas de grafito, o polvo metálico. La
resistencia de esta superficie varía según la presión. En función
de la presión medida en cada punto se envía una señal
49
analógica, con la que se obtienen el perfil o características del
relieve de la superficie del objeto.
• Sensores de proximidad: Los sensores de proximidad o presencia
transmiten una señal lógica en presencia de cierto tipo de objetos,
detectando cuerpos u obstáculos. Cualquiera de los tipos anteriores
utilizados individualmente, pueden formar estos sensores y además de
estos, los sensores acústicos cuyo funcionamiento es igual a los
fotoeléctricos, aunque utilizando ondas sonoras (ultrasonidos), por lo que
no pueden precisar la posición de los objetos, sino determinar su presencia.
• Sensores visuales: Exploran el entorno de trabajo a distancia. Algunos de
estos sistemas de visión son: exploración lineal, cámaras de TV, entre
otros.
o Sistemas de exploración lineal: Están formados por un
conjunto de fotodiodos o fototransistores en disposición lineal
sobre un plano de visión, que exploran por desplazamiento,
obteniendo una señal de vídeo, línea a línea, mediante sistemas
de iluminación especiales. Por ejemplo, la proyección de una
franja luminosa sobre la línea de visión del sensor.
o Cámaras de TV: Hay diversos tipos de cámaras, un tipo simple
consiste en un tubo de rayos catódicos, sobre el que se proyecta
la imagen. La parte sensitiva del tubo, que recibe la imagen está
cubierta por una sustancia fotosensible.
Esta parte está formada por píxeles ordenados en filas por toda la pantalla,
que según el grado de iluminación que captan, forman los puntos
componen la imagen.
50
La sensación de movimiento se obtiene gracias a la frecuencia con que se
refrescan los píxeles. Se transmite en un tren de impulsos, con los que se
obtiene el código de un píxel. Para obtener la información de la pantalla se
precisan tantos impulsos, como número de píxeles.
2.3.15. Sensores internos
Los sensores internos aportan información sobre el propio robot acerca de su
movimiento, posición, velocidad aceleración y fuerza.
• MOVIMENTO Y POSICIÓN
• Movimiento rectilíneo
� Potenciómetros
� Transformadores variables
• Rotación
� Digitales
� Incrementales
� Absolutos
� Analógicos
� Sincros
� Resolvers
• VELOCIDAD
• Analógicos
• Digitales
• ACELERACIÓN
51
• FUERZA
• Sensores de movimiento y posición: Existen dos tipos de movimientos:
rectilíneos o translaciones, y angulares o rotacionales.
o Sensores de movimiento rectilíneo: Se puede dividir este tipo de
sensores en potenciométricos y variables o transformadores
diferenciales.
o Sensores potenciométricos: Dividen el voltaje en función del
movimiento rectilíneo de un cursor conectado a la articulación del
robot permitiendo así, obtener su posición.
o Transformadores variables o diferenciales: Están formados por
una bobina principal y dos secundarias idénticas, acopladas
magnéticamente al primero, mediante un núcleo móvil, que se
desplaza de uno a otro.
• Sensores de movimiento de rotación
o Digitales
� Encoders ópticos: Son unos dispositivos formados por un
rotor, con uno o varios grupos de bandas opacas y
translúcidas, que gracias a unos captadores ópticos, detectan,
o no, la presencia de banda opaca. Hay dos tipos diferentes
de encoders:
� Los incrementales, suelen tener una sola banda de
marcas opacas y transparentes, distribuidas a lo largo
del disco rotor y separadas por un paso.
� Los absolutos, que suministran directamente el código,
disponen de varias pistas concéntricas, con zonas
opacas y transparentes, dispuestas, de tal forma, que
52
en sentido radial, el rotor queda dividido en sectores,
siguiendo un código Gray, que se transcodifica
fácilmente en binario.
o Analógicos
� Sincros: Se trata de un transductor de posición angular, de
tipo electromagnético, que tiene uno de sus devanados
rotativo. Las formas de configuración más normales de los
sincros son con el primario en el rotor y monofásico, y el
segundo en el estator y con tres devanados situados a 120º,
uno de otro, y con tres voltajes, que modulados determinan su
ángulo. Para determinar la posición de los devanados
secundarios, se aplica tensión al primario y según la posición
del rotor, variará el valor de amplitud y fase de éstos. Se
pueden utilizar para copiadoras, pilotos automáticos o servos
de seguimiento con una configuración llamada 'maestro-
esclavo' o 'emisor-receptor'. Ésta configuración funciona de la
siguiente manera: el rotor alimenta al sincro emisor, lo que
hará que se genere una tensión trifásica. Este sistema de
tensión trifásico alimenta al devanado secundario del sincro
receptor y crea una tensión, que dependerá de la desviación
angular relativa entre los dos rotores, y que con un sistema
regulador de posición se pondrá a cero. Con esto, el sincro
esclavo seguirá los mismos movimientos que el maestro.
� Resolvers: Está formado por un devanado primario en el
estator y bifásico, y otro secundario en el rotor, que puede ser
monofásico o bifásico. Se trata de un sistema muy parecido al
sincro, sólo que en éste, la configuración de los devanados es
distinta. Funciona de esta manera: los devanados del estator
53
se alimentan en serie, generando así, un campo estacionario
sobre el eje 0, y recogiendo, los devanados del rotor bifásico,
esas tensiones.
• Sensores de velocidad: Se utilizan para controlar la dinámica de los
robots, normalmente los industriales. Hay dos tipos:
o Analógicos: Se trata de un generador de corriente continua o
dínamo tacométrica, excitación a partir de imanes permanentes,
donde la tensión generada al girar el rotor es proporcional a la
velocidad angular de giro.
o Digitales: Se basan en la detección de frecuencia de
generadores de impulsos a base de captadores ópticos o
inductivos, de forma análoga a la indicada para un encoder
incremental. La velocidad es directamente proporcional a
frecuencia de la señal obtenida.
F= n * N/60
Estos generadores han sustituido en muchas aplicaciones a los
tacométricos, (robustas, adaptables a sistemas de control
digitales y buena relación coste/precio.)
• Sensores de aceleración: Normalmente, para controlar la aceleración
se necesita calcular como variación de la velocidad en le tiempo.
Aunque, para medirla de manera más directa se utilizan los
acelerómetros, que miden la fuerza de inercia que actúa sobre una
masa conocida, para ello miden la deformación del muelle, que está
unido al sistema.
54
• Sensores de fuerza: Para calcular la fuerza de forma indirecta, se mide
la deformación que experimenta un sólido, bajo la acción de dicha
fuerza. Por ejemplo:
o La célula de carga: Se trata de un cilindro deformable, que se
encuentra en el núcleo de un transformador diferencial. Se mide
la deformación lineal de una zona, producida por la flexión o
torsión de alguna pieza elástica.
2.4. Sectores estratégicos en los que aplicamos la sensórica
2.4.1. Máquina Herramienta - Definición y concepció n del producto
• Identificación de requerimientos de nuevos productos.
• Evaluación de la viabilidad técnica y económica de las diferentes
alternativas.
• Análisis de las diferentes soluciones técnicas.
• Evaluación de la idoneidad para la implementación de tecnologías
emergentes en el nuevo producto
2.4.2. Diseño y desarrollo de sistemas mecatrónicos de altas prestaciones
• Diseño.
• Optimización estática, dinámica y térmica mediante cálculos MEF.
• Simulaciones cinemáticas y dinámicas avanzadas
• Construcción de prototipos
• Puesta a punto calibración, caracterización mecánica y verificación
geométrica y de precisión de máquinas y prototipos
55
• Incorporación de materiales compuestos y estructuras inteligentes en
componentes y estructuras: sistemas capaces de detectar cambios en su
entorno y reaccionar ante las nuevas condiciones.
• Desarrollo de nuevas arquitecturas de máquina. Sistemas basados en
cinemática paralela.
2.4.3. Concepción y desarrollo de accionamientos
• Diseño bajo criterios estáticos y dinámicos de servo-accionamientos
eléctricos de máquinas: selección de motor, paso y factor de reducción.
• Simulación del comportamiento dinámico (aceleraciones, jerks y
frecuencias naturales) y de los parámetros de control (Kv, Kp) alcanzables.
• Puesta a punto y ajuste experimental de los parámetros óptimos de
regulación y control de los servo accionamientos.
2.4.4. Validación experimental de máquina
• Análisis mediante técnicas de mecánica experimental: sensorización,
adquisición y tratamiento de señales, análisis experimental del
comportamiento
• Análisis de deformación estática y dinámica
• Análisis modal: obtención de frecuencias naturales y modos de vibración
2.4.5. Desarrollo y optimización de procesos
• Estudio, mejora y optimización de procesos existentes: procesos de
arranque y soldadura por fricción. Selección de herramientas, optimización
de parámetros de proceso, definición de estrategias.
• Sistemas de monitorización de procesos para control y detección de fallos.
56
• Desarrollo de nuevos procesos de fabricación: incremental sheet forming
(ISF) o dieless, procesos de transformación mediante plasma o láser,
procesos de transformación asistidos por técnicas ultrasónicas...
• Concepción de máquinas adaptadas al proceso. Definición de
especificaciones, herramientas y utillajes adaptados a las características del
proceso de fabricación.
2.4.6. Control numérico avanzado
• Concepción, diseño y desarrollo de soluciones de control personalizadas en
función de los requerimientos de una aplicación concreta.
• Parametrización y puesta en marcha de controles estándar. Control de
posición, velocidad, fuerza...
• Adaptación de control numérico para máquinas, procesos o aplicaciones
con requerimientos complejos. Desarrollo de ciclos compilados.11
11 www.electronicaestudio.com/sensores.htm
57
3. METODOLOGÍA
Para facilitar el proceso de diseño y desarrollo del proyecto, a continuación se
propone una metodología con las siguientes etapas, cada una de las cuales se
puede dividir en fases más específicas. Estas etapas principales son:
• Documentación del Proyecto
Bajo este término genérico se agrupan toda la información teórica contenida
en el proyecto de tal forma que se especifica su funcionamiento y
principales cuidados.
• Ajustes y elaboración de la primera versión
Teniendo en cuenta los resultados del proyecto en sus pruebas parciales se
forma la versión definitiva del proyecto.
• Diseño
Constituye un primer esquema del proyecto que pondrá énfasis en el
funcionamiento del módulo, señalando así:
o Diagrama de bloques
o Análisis de cada etapa
o Diseño de las etapas
• Lógico
Proceso en el cual se definen las características didácticas de la aplicación,
es decir, el enfoque que se le va a dar a la aplicación, por ejemplo:
inductivo o deductivo.
• Elaboración del prototipo
En esta fase ya se han definido las herramientas a utilizar y basados en el
diseño y los objetivos se empieza con el desarrollo del producto final.
58
3.1. Enfoque de la investigación
Dentro de este contexto esta investigación se podría referenciar en el enfoque
empírico-analítico. Algunas características del método empírico-analítico son:
Es fáctico; se ocupa de los hechos que realmente acontecen. Se vale de la
verificación empírica, no pone a prueba las hipótesis mediante el sentido común o
religioso, sino mediante una cuidadosa comprobación por medio de los sentidos.
Es auto correctivo y progresivo; la ciencia se construye a partir de la superación
gradual de sus errores. No considera a sus conclusiones como infalibles o finales.
El método está abierto a la incorporación de nuevos conocimientos y
procedimientos con el fín de asegurar un mejor acercamiento a la realidad es por
esto que el módulo de entrenamiento didáctico se enmarca dentro de este
contexto.
3.2. Líneas de la Investigación
3.2.1. Investigación básica y aplicada.
Orientada a producir nuevos conocimientos, a comprobar aquellos que forman
parte del saber y de las actividades del hombre referidos a contextos específicos,
alimentada por los proyectos de autoequipamiento y los proyectos de
investigación.
Proyecto de autoequipamiento . Todo aquel proyecto que ayuda a equipar los
laboratorios y/o talleres de la universidad, mediante el diseño y la construcción de
prototipos diseñados específicamente para atender algunas necesidades del
proceso enseñanza y aprendizaje que a su vez superan en opciones de práctica,
calidad y menor precio a los equipos industriales. Por lo anterior se puede
concebir que algunos equipos y/o dispositivos se desarrollen e implementen por
59
parte de docentes y estudiantes, con fines de mejoramiento del equipamiento
didáctico de los laboratorios y talleres de la Universidad.
La sublínea de investigación: procesamiento de señales y en el campo de
investigación es análisis y procesamiento de señales.
3.3. Técnicas de Recolección de la información
La forma en que se recolecta la información es a través de encuestas a docentes,
quienes indican cuáles son los temarios más adecuados y la mejor forma de
diseño, para un mejor entendimiento en el uso de estos módulos.
3.4. Población de Muestra
• Profesores de la Facultad de Ingeniería
• Ingenieros vinculados a la universidad
• Laboratoristas vinculados a la universidad
• Estudiantes de la Facultad de Ingeniería
3.5. Hipótesis
Al implementar este módulo se conseguirá que los estudiantes afiancen y
complementen los conocimientos teóricos adquiridos en las clases o cátedras con
la parte práctica en el tema relacionado con análisis de señales, comprendiendo
como se hace la adquisición de una señal a través de sensores, las diferentes
etapas por la que esta señal pasa y a su vez, contemplar sus posibles usos en la
industria.
60
3.6. Variables
3.6.1. Variables Independientes
El desarrollo del proyecto, puede ser afectado por la limitada disponibilidad que
hay en el laboratorio de la universidad para trabajar en el, ya que ésto repercute
en el tiempo de desarrollo del proyecto y las pruebas que este exige.
El costo de los sensores será un variable a tener en cuenta en la implementación
del módulo.
3.6.2. Variables Dependiente
Para la elaboración de un módulo de entrenamiento didáctico se debe tener en
cuanta la calidad de los materiales ya que debido a ello se determina su vida útil,
el tipo de sensores determina el uso conveniente para sacar su máximo provecho.
El tamaño es un factor importante para que este se acomode bien en el
laboratorio y sea acorde con los demás equipos.
61
4. Recursos y Presupuestos
Los recursos físicos son los laboratorios de la universidad. Por la parte financiera
se espera que la universidad de su apoyo para el desarrollo de este proyecto.
Presupuesto
Referencia Cantidad Precio
Fuente 1 $50000
873ª 1 $25000
Borneras 30 $30000
22PF 2 $2000
LCD 2*16 1 $20000
Conector 1 $5000
DSI8520 1 $200000
MPX5700 1 $260000
HIH3610 1 $390000
LF353 2 $6000
MAX232 1 $6000
Varios $1006000
TOTAL $1700000
62
5. DISEÑO INGENIERIL
5.1. DIAGRAMA GENERAL
63
5.2. DISEÑO ELECTRÓNICO
64
5.3. Acople de la señal del sensor de humedad
65
5.4. Acople de la señal del sensor de presión
66
5.5. Aplicación del DAC 0808
Donde: Vo = (A1/2 + A2/4 +… + A8/256)
67
5.6. Acoplamiento De Potencia
5.7. Filtro de acople para la entrada al microproce sador
68
5.8. CUERPO PRINCIPAL DEL PROGRAMA
INICIO CALL CONFPORTS
CALL INILCD
CALL CONFSERIAL
CALL INIANALOGA
CLRF CONTADOR
MAIN CALL CONVERTEMP
CALL CONVERHUME
CALL CONVERPRESION
CALL PRESWVI
CALL RECIBE
CALL TRANSMITIR
CALL RETARDO
GOTO MAIN
FIN DEL CUERPO PRINCIPAL DEL PROGRAMA
69
5.9. Interfaz Gráfica del PC
70
6. RESULTADOS
• En la interfaz gráfica se puede visualizar las curvas de:
• Temperatura: Grados centígrados VS tiempo en segundos.
• Humedad: Humedad relativa VS tiempo en segundos.
• Presión: Kpascales VS tiempo en segundos.
• El módulo tiene rangos de medición:
• Temperatura: - 50 a 127 oc
• Humedad: 0 a 100 HR
• Presión: 0 a 250 Kpa
• El módulo esta acompañado de un tutorial de acompañamiento para
prácticas de análisis de señales.
71
7. CONCLUSIONES
• Por medio del uso del módulo de entrenamiento didáctico en sensórica se
puede observar la equivalencia en voltaje de cada una de las variables a
medir.
• Debido a la sensibilidad de 6.4 mV/kPa del sensor de presión es necesario
el uso de fuentes de mucha presión como compresores de aire para ver
cambios en las curvas, ya que este sensor es de uso industrial y necesita
de altas fuerza en kPa para ver diferencias en las gráficas.
• Como el sensor de temperatura hace su conversión a temperatura en
750mS, se puede ver que sus aplicaciones son óptimas en el uso de la
robótica y dispositivos de respuesta rápida.
• Debido a que el sensor de humedad es bastante sensible y de respuesta
rápida, ya que su respuesta de voltaje contra humedad relativa es lineal, se
puede decir que es excelente en aplicaciones donde la fiabilidad del sensor
sea de gran importancia.
72
8. RECOMENDACIONES
• Hacer las mediciones de las prácticas con bases experimentales dadas por
el profesor o el tutorial de acompañamiento.
• Tener en cuenta los rangos de medición de los sensores para evitar daños
en éstos.
• Tener en cuanta la sensibilidad de los sensores para la aplicación y
visualización de las variables a medir.
73
9. GLOSARIO
A/D. Acrónimo de Analógico/Digital.
ADAPTACIÓN . Tipo evolutivo de cambio (usualmente involucra una modificación
progresiva de cierta estructura o estructuras) que un sistema realiza para hacer
frente a los cambios del entorno, mientras mantiene los atributos esenciales de la
estructura y constantes del sistema.
ADC. Acrónimo de Analog to Digital Converter (Convertidor de analógico a digital
o simplemente convertidor analógico - digital).
ANALÓGICO . Representación continua de variables físicas, como la tensión o la
intensidad. Representación de información mediante una señal que varía
continuamente. Algunas computadoras y una gran cantidad de equipos de prueba
y de medición usan circuitos analógicos. En lugar de los circuitos digitales (que
representan todo mediante ceros y unos), los primeros usan valores múltiples, lo
cual los vuelve útiles en el caso de equipos de prueba y medición.
ASINCRÓNICO. Transmisión no relacionada con ningún tipo de sincronización
temporal entre el emisor y el receptor.
AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL . Aplicación de tecnologías tele-informáticas a
las actividades de control de producción, minimizando la intervención humana.
Sistemas que sean capaces de cerrar un lazo con la mínima intervención del
operador. Implica medir el proceso, determinar su estado, tomar una decisión en
base a un objetivo pautado y actuar sobre el proceso para llevarlo a su objetivo.
BINARIO . Representación matemática de un número en base 2, es decir con sólo
dos estados, 1 y 0; on y off; o alto y bajo. Es la base de las matemáticas aplicadas
en sistemas digitales y ordenadores. La representación binaria requiere un número
de dígitos mayor que el sistema decimal en base 10 que la mayoría de nosotros
utiliza todos los días. Por ejemplo el número 254 en base 10 es 11111110 en
74
binario. El resultado de una multiplicación binaria contiene un número de dígitos
igual a la suma de los dígitos de los números originales. Por ejemplo: 10101111 x
11010100 = 1001000011101100 (en decimal 175 x 212 = 37.100). Cada dígito se
conoce como bit. En este ejemplo se multiplican dos números de 8 bits para
obtener un resultado de 16 bits - un proceso muy común en equipos de TV digital.
BIT. Dígito Binario (Binary digIT) = bit. Un bit matemático puede adoptar dos
niveles o estados, on/off, blanco/negro, etc.; dos bits pueden definir cuatro niveles,
tres bits ocho y así sucesivamente. En términos de imagen, 8 bits pueden definir
256 niveles de gris entre el blanco y el negro.
BUCLE . Conjunto de instrucciones que se repiten varias veces consecutivamente.
BUS. Ruta interna para transmitir señales digitales de un lado a otro de un
sistema. También sistema de transmisión de datos alámbrico.
BYTE (kbyte, Mbyte, Gbyte y Tbyte). 1 Byte = 8 bits = 256 (valores discretos de
brillo, color, etc.). 1 kilobyte = 1.024 bytes (no 1000 bytes). 1 Megabyte =
1.048.576 bytes (no 1 millón de bytes). 1 Gigabyte = 1.073.741.824 bytes (no mil
millones de bytes). 1 Terabyte = 1.099.511.627.776 bytes (no un trillón de bytes).
Los chips de estado sólido generalmente almacenan en incrementos de 1,4,16 y
ahora 64 Mbits que suelen ir ordenados en grupos de ocho para ofrecer 1,4,16 ó
64 Mbytes.
COMPILADOR. Programa que pasa un programa escrito en un lenguaje de alto
nivel (parecido al humano) al lenguaje de la máquina, de modo que ésta lo
entienda perfectamente. Programa que traduce lenguajes de alto nivel a lenguaje
máquina.
COMUNICACIÓN. Un proceso de ida y vuelta involucrando transmisión y
recepción. Los pájaros, las abejas, las pulgas amaestradas y las computadoras lo
hacen.
CONTROL. Selección de las entradas de un sistema de manera que los estados o
salidas cambien de acuerdo a una manera deseada.
75
CONTROL NUMÉRICO. Control en el cual los datos están representados en
forma de códigos numéricos almacenados en un medio adecuado (normalmente
magnético). Se llaman también sistemas de punto a punto, o de camino continuo.
CONVERTIDOR ANALOGICO-DIGITAL (A/D, ADC). También llamado
codificador. Dispositivo que convierte, con cierta aproximación
(CUANTIFICACIÓN), una señal analógica en una señal digital, usualmente una
señal codificada numéricamente.
CONVERTIDOR DIGITAL-ANALOGICO (D/A, DAC). También llamado
decodificador. Dispositivo que convierte una señal digital (datos codificados
numéricamente) en una señal analógica. Tipos: resistores ponderados, escalera.
D/A. Acrónimo de Digital/Analógico
DAC. Acrónimo de Digital to Analog Converter (convertidor de digital a analógico o
simplemente convertidor digital-analógico)
DATO. Símbolo lingüístico o numérico que representa ya sea algo concreto como
abstracto. "1, 2, 3" son datos. En el momento de enlazar datos. Como por ejemplo,
"1, 2, 3" = "ventas diarias de enero 1,2,3", los datos se convierten en información.
Es habitual confundir datos con información
DIAGRAMA DE FLUJO ( FLOW-CHART). Trazado de la escritura y curso de un
programa en el que se utilizan formas diferentes, como un rectángulo o un
cuadrado para indicar una acción del ordenador y un rombo para las decisiones
tomadas por éste. Normalmente se suele hacer el gráfico o diagrama del
programa antes de introducir una sola línea de éste en el ordenador.
DIGITAL . Representación de información mediante combinaciones de unidades
binarias, siendo el 'bit' la empleada en informática.
E/S. Acrónimo de 'Entrada/Salida'. Suele aplicarse al flujo de datos. También es
conocido por su acrónimo inglés 'I/O'
ENSAMBLADOR (ASSEMBLER). Es un programa que convierte un programa
escrito en lenguaje de ensamble (assembly language) en un código que el
76
microprocesador puede ejecutar directamente. Lenguaje de programación que
utiliza símbolos y palabras, más difícil de manejar que los lenguajes de alto nivel,
pero más fácil que el lenguaje máquina. También, programa que traduce el
lenguaje ensamblador a lenguaje máquina.
ENTRADA . Proceso de incorporar datos y programas en la memoria o en el
procesador de una computadora, a los efectos de su procesamiento. Cualquier
dato, conocimiento u opinión que se provee a otro para ayudar en el proceso de
toma de decisión.
ESTABILIDAD . Condición en la cual las variables críticas de un sistema dinámico
se mantienen invariables o permanecen dentro de unos límites determinados.
HARDWARE. (Ferretería). Se dice de cualquier componente físico relacionado
con el sector informático. Antónimo: 'software' (Soft = Blando) por oposición a
'hardware' (Hard = Duro). Componentes materiales del ordenador: pantalla, chips,
etc. Conjunto de dispositivos de los que consiste un sistema. Comprende
componentes tales como el teclado, el Mouse, las unidades de disco y el monitor.
Se denomina hardware a la maquinaria física del ordenador (véase firmware y
software).
HARDWARE DEDICADO . Hardware y software diseñados para una tarea
específica, no de propósito general (ordenador). El hardware dedicado
proporciona velocidades de proceso muy superiores, de 10 a 100 veces, a las de
los sistemas que utilizan la misma tecnología aplicada a una arquitectura y a un
software de sistema operativo de propósito general. Esto resulta importante, por
ejemplo, en el tratamiento de imágenes, donde las tareas requieren una gran
potencia de procesado sobre todo cuando las exigencias crecen en proporción al
tamaño del fichero de la imagen
HEXADECIMAL . Abreviado como Hex. Sistema de numeración en base 16 (de 0
a 9 y de A a F), muy utilizado en informática. Puesto que cada dígito hexadecimal
representa 4 dígitos binarios, un octeto se representará con sólo 2 dígitos
77
hexadecimales. Un sistema de contar muy apreciado por los programadores de
códigos, ya que está en estrecha relación con el método de almacenamiento
utilizado por los ordenadores; está basado en el número 16 en vez del 10, que es
el número en el que se basa nuestro sistema de contar ordinario.
INFORMACIÓN. Fragmentos de datos correlacionados que se generan,
almacenan, analizan, interpretan o transmiten. Un dato aislado no es información,
como tampoco datos no relacionados. Para que aparezca la información debe
haber un enlace entre los fragmentos de datos. Salvo el claro caso de la
información genética, en general se sospecha que otros tipos de información son
un fenómeno mental, cuyas relaciones con el mundo físico están en discusión (von
Weizsäcker opina que debería haber una relación entre información y energía,
pese a que la información entregada no se pierde y la energía entregada sí). La
información no hereditaria se adapta a la forma de la red neuronal que caracteriza
al cerebro y tiene su correlato con ella (redes semánticas y sintácticas).
Ampliación de este concepto
INTERFAZ. Conexión mecánica o eléctrica que permite el intercambio de
información entre dos dispositivos o sistemas. Habitualmente se refiere al
'software' y 'hardware' necesarios para unir dos elementos de proceso en un
sistema o bien para describir los estándares recomendados para realizar dichas
interconexiones. También se conoce por su denominación inglesa: 'interface'
LENGUAJE . En informática, conjunto de caracteres e instrucciones utilizadas para
escribir programas de ordenador
LENGUAJE DE ALTO NIVEL. Lenguaje de programación parecidos a la lengua
del usuario (generalmente al inglés). Los lenguajes de bajo nivel están más
cercanos a los lenguajes comprensibles para el ordenador. Como los lenguajes de
alto nivel han de pasarse a una forma que el ordenador pueda comprender antes
de procesarlos, su ejecución es más lenta que la de los lenguajes de bajo nivel.
78
Lenguaje de programación que utiliza instrucciones escritas con palabras
comunes.
LENGUAJE DE BAJO NIVEL . Lenguaje parecido al utilizado en el ordenador.
LENGUAJE MÁQUINA . Es el escalón inferior al lenguaje de bajo nivel. Es el
lenguaje que el ordenador entiende directamente.
LINEALIZACIÓN . Procedimiento de conversión de un modelo no lineal en uno
lineal, alrededor de un punto de operación seleccionado, por medio de series de
Taylor.
LÓGICA . Derivado del griego clásico logos (la razón, principio que gobierna al
universo): un conjunto de reglas usadas para gestionar inferencias creíbles.
Aristóteles recomienda una lógica dicotómica, verdadero-falso. Los filósofos
orientales se inclinan más bien a usar una lógica difusa multi-valorada. Ambas
técnicas se están usando para modelar los procesos cognitivos humanos en la
computadora.
MUESTREO. Proceso de transformación de una señal en tiempo continuo en una
de tiempo discreto. Tipos de muestreo: periódico, de orden múltiple,
multifrecuencia (múltiples frecuencias), aleatorio.
PERIFÉRICO. Dispositivo externo o interno que se conecta al ordenador
PLANTA . Parte de un equipo o un conjunto de las partes de una máquina que
funcionan juntas. Ejemplos: dispositivo mecánico, horno de calefacción, reactor
químico, nave espacial, etc.
PROCESAMIENTO DE DATOS . Técnicas eléctricas o mecánicas usadas para
manipular datos para el empleo humano o de máquinas. Por supuesto, dado que
se ha avanzado mucho en la comparación entre computadoras y cerebros, ¿por
qué no invertir la situación y afirmar que el cerebro es capaz de procesar datos?
PROCESO. Operación o desarrollo natural progresivamente continuo, marcado
por una serie de cambios graduales que se suceden uno al otro en una forma
relativamente fija y que conducen a un resultado o propósito determinados.
79
Operación artificial o voluntaria progresiva que consiste en una serie de acciones o
movimientos controlados, sistemáticamente dirigidos hacia un resultado o
propósito determinados. Ejemplos: procesos químicos, económicos y biológicos.
PROGRAMA . Secuencia de instrucciones que obliga al ordenador a realizar una
tarea determinada. Serie de instrucciones que sigue el ordenador para llevar a
cabo una tarea determinada.
PUERTO. Punto de conexión en la computadora. Los puertos se utilizan para
conectar a la computadora dispositivos tales como impresoras, monitores o
módems y para enviar información desde la computadora a dichos dispositivos.
Los puertos utilizados con más frecuencia son los puertos en serie (COM) y los
puertos en paralelo (LPT).
REGULACIÓN . Proceso de control que hace que una variable dinámica
permanezca fija o cercana a un valor deseado, por medio de una acción de control
de lazo cerrado correctiva constante.
SENSÓRICA AVANZADA/SENSORES. Conjunto de dispositivos que permiten
obtener información más o menos compleja de un entorno y, mediante un
tratamiento adecuado de esa información, interactuar con él o con un supervisor
(generalmente un operario).
SEÑAL ANALÓGICA . Señal continua cuya amplitud puede adoptar un intervalo
continuo de valores. Caso especial de señal continua. En la práctica se emplea el
término "tiempo continuo" en lugar de "analógica", pero estrictamente hablando no
son sinónimos (una señal analógica es continua pero no cuantificada).
SEÑAL CONTINUA . Señal que se define sobre un intervalo continuo de tiempo.
La amplitud puede tener un intervalo continuo de valores o solamente un número
finito de valores distintos. Tipos: señal analógica, señal cuantificada.
SEÑAL CUANTIFICADA . Señal continua cuya amplitud puede adoptar un
conjunto finito de valores. Caso especial de señal continua.
80
SEÑAL DE DATOS MUESTREADOS . Señal discreta en la cual la amplitud puede
adoptar valores en un intervalo continuo. Se puede generar muestreando una
señal analógica en valores discretos de tiempo. Señal de pulsos modulada en
amplitud.
SEÑAL DIGITAL . Señal discreta con amplitud cuantificada. Dicha señal se puede
representar mediante una secuencia de números (por ejemplo, binarios). En la
práctica muchas señales digitales se obtienen mediante el muestreo de señales
analógicas que después se cuantifican; la CUANTIFICACIÓN es lo que permite
que estas señales analógicas sean leídas como palabras binarias. En la práctica,
los términos "tiempo discreto" y "digital" a menudo se intercambian, pero
estrictamente hablando no son sinónimos.
SEÑAL DISCRETA o SEÑAL DE TIEMPO DISCRETO. Señal definida sólo en
valores discretos de tiempo (la variable t está cuantificada). Tipos: señal de datos
muestreados, señal digital. El término "señal de tiempo discreto "es más general
que el término "señal digital".
SOFTWARE ("LOGICAL"). Es el programa que ejecuta el ordenador. Dícese de
cualquier componente lógico (programas, aplicaciones) relacionado con el sector
informático. Antónimo: 'hardware' (Hard = Duro) por oposición a 'software' (Soft =
Blando). Componentes inmateriales del ordenador: programas, sistemas
operativos, etc. Conjunto de instrucciones mediante las cuales la computadora
puede realizar tareas. Los programas, los sistemas operativos y las aplicaciones
son ejemplos de software.
TRANSDUCTOR. Dispositivo que convierte una señal de entrada en una señal de
salida de naturaleza diferente a la de entrada, tales como los dispositivos que
convierten una señal de presión en un voltaje. Tipos: analógicos, de datos
muestreados, digitales.
VARIABLE CONTROLADA . Variable dinámica que se regula. Esta variable es
medida por los sensores.
81
VARIABLE DE CONTROL . Variable entregada por el controlador para ser
aplicada al actuador, después de ser transformada y amplificada. Esta variable
depende de la variable error.
VARIABLE DE ERROR . Desviación de la variable controlada con respecto al
punto de referencia. El regulador digital responde en dependencia de esta
variable.
VARIABLE MANIPULADA . Variable dinámica que cambia como función de la
variable de control y que modifica directamente la variable controlada. Por
ejemplo, en el proceso de calentamiento de un líquido la variable de control es el
voltaje, el cual se aplica a una resistencia, y la variable manipulada es el calor.
VARIABLE MEDIDA . Variable dinámica dada por los sensores, proporcional a la
variable controlada. Normalmente es un nivel de voltaje o corriente.
82
10. RECURSOS
10.1. BIBLIOGRAFÍA
• ORTIZ, Muñoz, Genaro, Implementación de un sistema de alarmas
mediante sensores para el mejoramiento de la seguridad. Bogotá, D.C.,
2001, 229p. Monografía
• PALLÁS, Areny, Ramón, Sensores y acondicionadores de señal. España,
Barcelona, 1994, 480p. Editorial Marcombo S.A.
• PRENSKY, Sol D, Curso superior de instrumental electrónico. México,
1974, 229p. Editorial A. I. D.
• SMITH, Carlos A. Control automático de procesos: teoría y práctica.
México, 1991, 717p. Editorial Limusa, Noriega
10.2. INTERNET
• www.monografias.com/sensores.htm (2006-04-17 / 4 :01pm)
• www.x-robotics.com/sensores.htm (2006-04-18 / 4 :55pm)
• www.superrobotica.com/Sensores.htm (2006-04-22 / 7 :21pm)
• www.micropik.com/provisional/pag_sensores.htm (2006-05-06 / 11 :11am)
• www.electronicaestudio.com/sensores.htm (2006-05-10 / 5 :54pm)
83
ANEXOS
