Instrument A

Departamento de Ciencias de la Energa y Mecnica - ESPEDocumento preparado por

Luis Echeverra Y.

ndice Seales. Caracterstica Esttica Caracterstica Dinmica Impedancia

SENSORES PRIMARIOS Sensores primarios: Par bimetlico Sensores primarios: Manmetro de Bourdon Sensores primarios: Manmetro de membrana Sensores primarios: Medicin de flujo y caudal Sensores primarios: Fluxmetro de Pitot Sensores primarios: Fluxmetros de Obstruccin Sensores primarios: Rotmetro Sensores primarios: Turbina Sensores primarios: Medicin de nivel Sensores primarios: Fuerza, Par y Torque

SENSORES RESISTIVOS Sensores resistivos: Potencimetro Sensores resistivos: Galga extensiomtrica Sensores resistivos: RTD Sensores resistivos: Termistor Sensores resistivos: Magnetoresistencias

Preparado por Luis Echeverra Ynez - DECEM PAG No. 2

Sensores resistivos: Fotorresistencias Sensores resistivos: Higrmetros resistivos Sensores resistivos: Resistencias detectoras de gases.

SENSORES REACTIVOS Sensores reactivos: Condensador variable Sensores reactivos: Condensador diferencial Sensores reactivos: Reluctancia variable Sensores reactivos: Corriente de Foucault Sensores reactivos: Transformadores diferenciales (LVDT) Sensores reactivos: Sincros Sensores reactivos: Resolver Sensores reactivos: Inductosyn Sensores reactivos: Magnetoelsticos Sensores reactivos: Efecto Wiegand. Sensores reactivos: Tacogeneradores Sensores reactivos: De velocidad lineal. Sensores reactivos: Caudalmetros electromagnticos Sensores reactivos: Efecto Hall.

SENSORES GENERADORES Sensores generadores: Termopares o termocuplas. Sensores generadores: Piezoelctricos

Preparado por Luis Echeverra Ynez - DECEM PAG No. 3

Sensores generadores: Piroelctricos. Sensores generadores: Fotovoltaicos. Sensores generadores: Electroqumicos.

Preparado por Luis Echeverra Ynez - DECEM PAG No. 4

SISTEMA DE CONTROL MAQUINA Y/O PROCESO

.

SensorAcondicionamiento de sealTransmisinAdquisicin de datos

A/D Transmisin Acondicionamiento de sealSeales

Actuador

Sistema Automtico

Preparado por Luis Echeverra Ynez - DECEM PAG No. 6

El Instrumento en un sistema Mecatrnico

Preparado por Luis Echeverra Ynez - DECEM PAG No. 7

Las maquinarias y procesos son fuentes de seales de diferente naturaleza:

Temperatura Presin Caudal Posicin Nivel, etc.

Las seales son importantes siempre y cuando lleven consigo informacin. La informacin se encuentra en:

La magnitud Forma de onda Mximos y mnimos Tasas de variacin Frecuencia Ancho de banda, etc.

Seales

Preparado por Luis Echeverra Ynez - DECEM PAG No. 8

Analgicas

Discretas

Continuas

Dominio del tiempo

Dominio de la frecuencia

Digital

Digital binaria / ON-OFF

Tren de pulsos

Seales

Preparado por Luis Echeverra Ynez - DECEM PAG No. 9

InstrumentoI O

Temperatura Dilatacin

Termmetro de mercurio(sensor)

Voltaje

corriente

Velocidad angular

Motor elctrico(actuador)

Modelo de sistema de un instrumento

Preparado por Luis Echeverra Ynez - DECEM PAG No. 10

La entrada de un sistema se encuentra relacionada con la salida del mismo, esta relacin se puede expresar en trminos de:

Una funcin algbrica (O = f(I)) Un grafico que representa la salida (O) versus la entrada. Un diagrama de la funcin

A esta relacin se la conoce como CARACTERISTICA ESTATICA

Caracterstica esttica

Un sencillo sensor de peso, con un resorte de constante k

Peso (F)marcador

Peso (F)

desplazamiento (y)

F=K.y

y=F/K

y

F

Preparado por Luis Echeverra Ynez - DECEM PAG No. 12

Velocidad angular (W rpm)

Voltaje (Va)

Motor elctrico de DC

Preparado por Luis Echeverra Ynez - DECEM PAG No. 13

Formas de transduccin entre fenmenos

Preparado por Luis Echeverra Ynez - DECEM PAG No. 14

Deber No.1:

Consulte en el internet 3 sensores (para cualquier variable) indique cuales son la entrada, salida y la relacin entre estas dos variables, para cada uno de ellos

RECUERDE QUE TODA CONSULTA SERA CONSIDERADA Y PREGUNTADA EN LA EVALUACION

Preparado por Luis Echeverra Ynez - DECEM PAG No. 15

La posibilidad de relacionar la entrada con la salida de un instrumento y la ecuacin o grfico es lo que se conoce como la caracterstica esttica del instrumento.La caracterstica esttica involucra los elementos sistmicos de un instrumento los cuales son:

a) Rango. Se especifica por los valores mnimos o mximos de la entrada y la salida.

y(O)

F (I)Fmax (Imax)Fmin (Imin)

Ymin(Omin)

Ymax(Omax)

Elementos de la caracterstica esttica

Preparado por Luis Echeverra Ynez - DECEM PAG No. 16

aKIIO

KIOaIIOOK

aKIIOiIO

+=

=

=

+==

)(

)()(

minmin

minmax

minmax

b) Alcance. Es la mxima variacin de la entrada o la salida. Entonces el alcance de entrada es Imax Imin y de salida es Omax - Omin

c) Forma de la relacin I-O. La relacin I-O puede ser:

lineal

I

O

ImaxIminOmin

Omax

Preparado por Luis Echeverra Ynez - DECEM PAG No. 17

100)(max

)()(

)()()()()()(

minmax0

0

=

=

++=

+==

=

OOnnl

INn

INaKIIO

INIOiIOIOiIOIN

oon i

i

oi

on

N(I) es la curva de ajuste de la no linealidad

no lineal

Preparado por Luis Echeverra Ynez - DECEM PAG No. 18

=

=

=

=

=

)(

100

)(max)()()(

minmax

IO

OOhh

IHh

IOIOIHooh

oo

sb

sb

d) Histresis. Un instrumento presenta histresis cuando la relacin entrada - salida no es la misma si se la desde Imin a Imax que desde Imax a Imin.

oios

obh

H(I) es la curva de histresis

KI+a+Ns(I) para la subidaKI+a+Nb(I) para la bajadai

Preparado por Luis Echeverra Ynez - DECEM PAG No. 19

KdIdOsens

aKIIOi

==

+=)(

dtIdNK

dIdOsens

INaKIIOi)(

)()(

+==

++=

e) Sensibilidad. Es la tasa de cambio de la salida con respecto a la entrada.

Para un sensor lineal: Para un sensor no lineal:

f) Efecto medioambientales. En general los instrumentos responde no solo a las entradas normales de seal, sino tambin a seales ajenas al proceso de medicin. Los efectos medioambientales se clasifican en:

Modificantes Interferentes

Preparado por Luis Echeverra Ynez - DECEM PAG No. 20

MM

MM

IKKKIKK

KKK

+==

+=

Los efectos modificantes alteran la constante K:

K

KBajo los efectos de la seal modificante la respuesta O(I) del instrumento ser:

)()(

)()()()()(

INaIIKKIIO

INaIIKKIOINaIKIO

MM

MM

+++=

+++=

++=

Preparado por Luis Echeverra Ynez - DECEM PAG No. 21

Los efectos interferentes alteran la constante a:

a

a

II

II

IKaaIKa

aaa

+==

+=

Bajo los efectos de la seal interferente la respuesta O(I) del instrumento ser:

)()(:

)()(

INIKaKIIOentonces

IKaaINaKIIO

II

II

+++=

+=++=

Preparado por Luis Echeverra Ynez - DECEM PAG No. 22

Un instrumento expuesto a ambos fenmenos presentara una caracterstica esttica similar a la siguiente:

IIMM

IIMM

IIMM

IIMM

IKIIKINaKIIO

INIKaIIKKIIOINIKaIIKKIO

entoncesIKaaIKKK

INaIKIO

++++=

++++=

++++=

+=+=++=

)()(

)()()()()(

:''

)()(

KM y KI conocen como constantes de acoplamiento medioambiental modificatorio e interferente respectivamente.

Preparado por Luis Echeverra Ynez - DECEM PAG No. 23

g) Resolucin. Representa el mas pequeo incremento de la entrada que entrega una respuesta. Si un sensor responde con una sa