Sensores y Transductores

Sensores y TransductoresL. Herrera Z, Ph.D.Definiciones elementales: sensorSe llama sensor al instrumento que produce una seal, usualmente elctrica (antao se utilizaban seales hidrulicas), que refleja el valor de una propiedad, mediante alguna correlacin definida (su ganancia). SENSORPropiedada medirSeal delsensoruy

Definiciones elementales: TransductorInstrumento o artefacto o equipo que convierte una forma de energa en otra (o una propiedad en otra)Utiliza la energa inicial para generar una medicinSe debe cuidar que no se altere la medida por consumo de la energa transducidaDiferencia Sensor / TransductorLa transduccin consume energa de un tipo (hidrulica) para generar otra forma (elctrica)Un sensor debe tener una fuente de energa propia para generar la medicin sin alterar la especie medida (o que la alteracin sea mnima)La velocidad de un eje de agitacin, p.e., se puede medir con ambos tipos de instrumentoMEDICIN de FLUJO

http://www.indmeas.fi/sendfile?fid=110http://www.indmeas.fi/sendfile?fid=113Cules son sensores? Cules transductores?Instrumentacin de ProcesosIncorporacin de instrumentos al proceso reduce la incertidumbre asociada a la operacin de un proceso porque informa valor de variablesAtender la similitud funcional con decisiones y definiciones adecuadasejemplo: una vlvula no es, en su funcin, particularmente distinta a una bomba de impulsinSera razonable clasificar las bombas como equipo y las vlvulas como instrumentos?Trabajo: Sensores segn variableDefinan las variables de salida de sus procesosEspeculen si sus variables son medibles instrumentalmenteListen las variables para indagar sobre los instrumentos que las podran cuantificarIdentifiquen o propongan instrumentos para cada variable(mximo 15 minutos)Variables tpicasTemperaturaPresinFlujo volumtricoFlujo msicoNivelFuerza (peso)TurbiedadComposicin:- Conductividad- pH- Eh- DQO- Densidad celularTemperaturaDilatacin trmica lineal (L es el cambio de longitud de un trozo de longitud L cuando la temperatura cambia en T):

Volumen:

Asignacin evaluadaDisee un termmetro de expansin de HgRango -5 a + 105CLargo de la escala: 20 cmDiscuta sensibilidad y precisinInforme su diseo en trminos de cmo se construir el instrumentoQu diferencia tendra si usa alcohol?

Interruptor de TemperaturaPar de metales de distinto coeficiente de dilatacin lineal, unidos en los extremos, se dobla con cambio de temperaturaLa torsin se puede usar para interrumpir o conectar un circuitoPlanchasRefrigeradoresEs control ON/OFFBimetalBase de los termosttos ms comunesDos metales, de distinto coeficiente de dilatacin trmica lineal, se construyen ligados en sus puntasLa diferencia de dilatacin hace que el bimetal se curveCmo funciona una plancha de ropa automtica regulable? Piloto de calefont?Temperatura: TermocuplaLiteralmente: par trmicoDos metales; por efecto Seebeck, producen un voltaje que depende de la Temperatura

Se debe amplificar el potencialMUY utilizada industrialmenteRelacin NO LINEAL de V, T (polinomio grado 5 a 9)Correccin junta fraTipos de TermocuplaK: Aleacin Ni-Cr y aleacin Ni-Al; -200C a 1300C; bajo costo; sensibilidad 40 V/CE: Cr y aleacin Cu-Ni (constantan); mayor sensibilidad de unos 68 V/CJ: Hierro y Constantan; antigua; T mxima del orden 750C (cambio de propiedades magnticas); sensibilidad 50 V/CN: Para alta T (1800C) sin utilizar platinoB, R Y S: usan Pt; Alta T pero alto costoAmplificador de seal de T-cuplasLas termocuplas presentan una resistencia prcticamente nula Capacidad de generar potencia es muy dbilEl amplificador a utilizar debe solicitar el mnimo posible de corriente desde la termocuplaSeal muy baja alto ruido asilar el cable del ruido del ambiente indutrialResistencia de metalesLos metales presentan una resistencia al flujo de electrones, propia de cada unoPor su naturaleza, la R depende de la temperatura, pero de forma no linealCualquier metal podra servir de baseSe usa el platino, en forma de un alambre fino y extenso, enrollado sobre si mismoSe le llama PT100PT100Muchas variables deben ser definidas a partir de estndares primariosLa resistencia PT100 (PT por Pt y 100 por la resistencia de 100 a 0C) es un estndar primario de temperatura porque no necesita calibracinSu fabricacin est definida en estndares prcticos, como el BS1904BS1904: especificacin de PT100BS 1904 Industrial platinum resistance thermometer elements,Rango desde -220C a 1.050C (si bien no se les suele utilizar ms all de unos 700C)El PT100: resistencia de 100 a 0C (de all el nombre: PT100) y su resistencia cambia a 10,45 a -220C; 138,50 a 100C y 446,3 a 1.050C (se podr observar que no es estrictamente lineal)Relacin entrada salida de PT100El estndar Britnico especifica tambin la relacin no-lineal entre Temperatura (entrada) y Resistencia (salida):

T= temperatura del elemento, R(T) = su resistividad, R(T=T0) la resistencia a 100C, X1 = 3,901X10-3 y X2 = 1,4923

TermistoresResistencia de un semiconductorExisten termistores de coeficiente positivo (R aumenta con T) y de coeficiente negativoLa relacin es muy no-lineal, se suele modelar con exponencialesLos termistores son de menor costo que el PT100Se debe conectar evitando resistencias extraModelo Entrada Salida de TermistoresLos fabricantes entregan la relacin entre variables (T y R en este caso):

R(T) es la resistencia () a temperatura TEl primer parmetro es la resistencia a una temperatura conocida R(T=T0), tpicamente 25C, que podra ser del orden de 800El segundo parmetro de ajuste, x, valdr del orden 4.000

Sensores y TransductoresL. Herrera Z, Ph.D.