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Piro Electricidad

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Introduccin. En todo proceso de automatizacin es necesario captar las magnitudes de planta, para poder as saber el estado del proceso que estamos controlando. Para ello empleamos los sensores y transductores.

En general, la estructura de un transductor completo se compone de lo siguiente: Elemento sensor o captador elemental. Convierte las variaciones de una magnitud fsica en variaciones de una magnitud elctrica (seal). Acondicionamiento de la seal. Si existe, realiza la funcin de modificar la seal entregada por el sensor para obtener una seal adecuada (amplificacin, linealizacin, etc.). Transductores, sensores y accionamientos. Un transductor es, en general, un dispositivo que convierte una seal de una forma fsica en una seal correspondiente pero de otra forma fsica distinta. Es decir, convierte un tipo de energa en otro. Al medir una fuerza, por ejemplo, se supone que el desplazamiento del transductor es despreciable, o sea, que no se "carga" al sistema, ya que de lo contrario podra suceder que este ltimo, fuera incapaz de aportar la energa necesaria para el desplazamiento. En la transduccin siempre se extrae una cierta energa del sistema donde se mide, por lo que es importante garantizar que esto no lo perturba. Dado que hay seis tipos de seales: mecnicas, trmicas, magnticas, elctricas, pticas y moleculares (qumicas), cualquier dispositivo que convierta una seal de un tipo en una seal de otro tipo debera considerarse un transductor, y la seal de salida podra ser de cualquier forma fsica "til". En la prctica, generalmente los transductores ofrecen una seal de salida elctrica, debido al inters de este tipo de seales en la mayora de procesos de medida. Los sistemas de medida electrnicos ofrecen, entre otras, las siguientes ventajas: Debido a la estructura electrnica de la materia, cualquier variacin de un parmetro no elctrico de un material viene acompaada por la variacin de un parmetro elctrico. Eligiendo el material adecuado, esto permite realizar transductores con salida elctrica para cualquier magnitud fsica no elctrica. Dado que en el proceso de medida no conviene extraer energa del sistema donde se mide, lo mejor es amplificar la seal de salida del transductor. Con amplificadores electrnicos se pueden obtener fcilmente ganancias de potencia de 1010 en una sola etapa, a baja frecuencia. Adems de la amplificacin, hay una gran variedad de recursos, en forma de circuitos integrados, para acondicionar o modificar las seales elctricas. Incluso hay transductores que incorporan fsicamente en un 1

mismo encapsulado parte de estos recursos. Existen tambin numerosos recursos para presentar o registrar informacin si se hace electrnicamente, pudindose manejar no slo datos numricos, sino tambin textos, grficos y diagramas. La transmisin de seales elctricas es ms verstil que la de seales mecnicas, hidrulicas o neumticas, y si bien no hay que olvidar que stas pueden ser ms convenientes en determinadas circunstancias. Un sensor es un dispositivo que, a partir de la energa del medio donde se mide, da una seal de salida transducible que es funcin de la variable medida. Sensor y transductor se emplean a veces como sinnimos, pero sensor sugiere un significado ms extenso: la ampliacin de los sentidos para adquirir un conocimiento de cantidades fsicas que, por su naturaleza o tamao, no pueden ser percibidas directamente por los sentidos. Por otro lado, transductor sugiere que la seal de entrada y la de salida no deben ser homogneas. Para el caso en que lo fueran se propuso el trmino "modificador", pero no ha encontrado aceptacin. La distincin entre transductor de entrada (seal fsica/seal elctrica) y transductor de salida (seal elctrica/presentacin) est prcticamente en desuso. La tendencia actual, particularmente en robtica, es emplear el trmino sensor (o captador en bibliografa francesa) para designar el transductor de entrada, y el trmino actuador o accionamiento para designar el transductor de salida. Los primeros pretenden la obtencin de informacin, mientras que los segundos buscan la conversin de energa. A partir de ahora, se usar el trmino sensor para hacer referencia a los transductores de entrada. A veces, sobre todo en el caso de la medida de magnitudes mecnicas, puede existir un elemento llamado sensor primario, que convierte la variable de medida en una seal de medida, siendo el sensor electrnico quien la convierte en una seal elctrica. Un mtodo para medir una diferencia de presiones, por ejemplo, consiste en emplear un diafragma cuya deformacin se mide mediante una galga extensomtrica. En este caso el diafragma es el sensor primario y la galga hace la transduccin. No obstante, se denomina sensor al conjunto de ambos elementos junto con su encapsulado y sus conexiones. Acondicionamiento y presentacin. Los acondicionadores de seal, adaptadores o amplificadores, en sentido amplio, son los elementos del sistema de medida que ofrecen, a partir de la seal de salida de un sensor electrnico, una seal apta para ser presentada o registrada o que simplemente permita un procesamiento posterior mediante un equipo o instrumento estndar. Normalmente, son circuitos electrnicos que ofrecen, entre otras funciones, las siguientes: Amplificacin. Filtrado. Adaptacin de impedancias. Modulacin. Demodulacin. Si se considera, por ejemplo, el caso en que una de las etapas de tratamiento de la seal de medida es digital, si la salida del sensor es analgica, que es lo ms frecuente, har falta un convertidor A/D. stos tienen una impedancia de entrada limitada, exigen que la seal aplicada sea continua o de frecuencia de variacin lenta, y que su amplitud est entre unos lmites determinados, que no suelen exceder de 10 voltios. Todas estas exigencias obligan a interponer un acondicionador de seal entre el sensor, que muchas veces ofrece seales de apenas unos milivoltios, y el convertidor A/D. La presentacin de los resultados puede ser de forma analgica (ptica o acstica) o numrica (ptica). El registro puede ser magntico o sobre papel, e incluso electrnico (memorias elctricas), y exige siempre que la 2

informacin de entrada est en forma elctrica. Interfaces, dominios de datos y conversiones. En los sistemas de medida, las funciones de transduccin, acondicionamiento, procesamiento y presentacin, no siempre se pueden asociar a elementos fsicos distintos. Adems, la separacin entre el acondicionamiento y el procesamiento puede ser a veces difcil de definir. Pero, en general, siempre es necesaria una accin sobre la seal del sensor antes de su uso final. Con el trmino interfaz se designa, en ocasiones, el conjunto de elementos que modifican las seales, cambiando incluso de dominio de datos, pero sin cambiar su naturaleza, es decir, permaneciendo siempre en el dominio elctrico. Se denomina dominio de datos al nombre de una magnitud mediante la que se representa o transmite informacin. En la figura 4.1 se representa un diagrama con algunos de los posibles dominios, detallando en particular ciertos dominios elctricos. En el dominio analgico, la informacin est en la amplitud de la seal, bien se trate de carga, corriente, tensin o potencia. En el dominio temporal, la informacin no est en las amplitudes de las seales, sino en las relaciones temporales: perodo o frecuencia, anchura de pulsos, fase. En el dominio digital, las seales tienen slo dos niveles. La informacin puede estar en el nmero de pulsos, o venir representada por palabras serie o paralelo codificadas.

Fig. 4.1. Dominios de datos. El dominio analgico es, en general, el ms susceptible a interferencias elctricas. En el dominio temporal, la variable codificada no se puede medir, es decir, convertir al dominio de nmeros, de forma continua, sino que hay que esperar un ciclo o la duracin de un pulso. En el dominio digital, la obtencin de nmeros es inmediata. 3

La estructura de un sistema de medida refleja, pues, las conversiones entre dominios que se realizan, e influye particularmente en ella el que se trate de una medida directa o indirecta. Una medida fsica es directa cuando se deduce informacin cuantitativa acerca de un objeto fsico o accin mediante comparacin directa con una referencia. A veces se puede hacer simplemente de forma mecnica, como en el caso de una balanza clsica. En las medidas indirectas la cantidad de inters se calcula a partir de otras medidas y de la aplicacin de la ecuacin que describe la ley que relaciona dichas magnitudes. Los mtodos empleados suelen ser siempre elctricos. Es el caso, por ejemplo, de la medida de la potencia transmitida por un eje a partir de la medida del par y de la medida de su velocidad de rotacin. Tipos de sensores. El nmero de sensores disponibles para las distintas magnitudes fsicas es tan elevado que no se puede proceder racionalmente a su estudio sin clasificarlos previamente de acuerdo con algn criterio. Existen diversos criterios adicionales a los que se expondrn aqu. En el cuadro 5.1. se recogen varios criterios de clasificacin y se dan ejemplos de sensores de cada clase. Cualquiera de estas clasificaciones es exhaustiva, y cada una tiene inters particular para diferentes situaciones de medida. Criterio Clases Moduladores Seal de salida Ejemplos Termistor Generadores Analgicos Digitales Todo o nada De deflexin De comparacin Posicin lineal o angular Desplazamiento o deformacin Velocidad lineal o angular Aceleracin Fuerza y par Presin Caudal Temperatura Presencia o proximidad Tctiles Intensidad lumnica Sistemas de visin artificial Resistivos Capacitivos Inductivos y

Modo de operacin Magnitud fsica a medir

Termopar Potencimetro Codificador de posicin Clula fotoelctrica Acelermetro de deflexin Servoacelermetro Resolvers Condensador diferencial Tacogenerador, encoders Galga + masa resorte Galga extensiomtrica Tubo Bourdon + Potencimetro Anemmetro Resistencias NTC, PTC Ultrasonidos Matriz de contactos Fotodiodo, fototransistor Cmaras CCD Galga Dielctrico variable LVT 4

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