El desvío no puede ser calculado pero puede ser corregido o compensado

Sensores 2

Errores de medida

• Errores de medida o sistemáticos

– Error sobre una señal de referencia. – Errores ligados a la calibración.

– Errores debidos a las magnitudes de influencia. – Errores debidos a las condiciones de alimentación. – Errores debidos a las condiciones de uso.

– Errores en el tratamiento de la señal de salida.

Errores de medida

• Errores accidentales e incertidumbre en la medida.

– Errores ligados a las indeterminaciones intrínsecas de las características del sensor.

– Errores debidos a señales parásitas de carácter aleatorio. – Errores debidos a magnitudes de influencia no controladas.

Sensores 4

Errores de medida

• Los errores accidentales conllevan una dispersión de los

resultados cuando las medidas se realizan en diferentes

momentos.

• Con un tratamiento estadístico se puede conocer el

valor más probable y los límites de la incertidumbre.

Valor medio n m m n i i ∑ = = 1 Dispersión ( ) n m m n i i ∑ = − = 1 2 2 σ Probabilidad de cada resultado (ley normal)

( ) ( ) ⎥⎥⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ ₋ − = 2 2 2 2 1 σ π σ m m e m P Probabilidad de resultados entre m₁y m₂ ( )=_∫ 2 1 m m 2 1m p(m)dm m P % 73 . 99 ) 3 ( % 45 . 95 ) 2 ( % 27 . 68 ) ( = ± = ± = ± σ σ σ m P m P m P

Errores de medida

• Las cualidades esenciales de un sensor se expresan por

su fidelidad y exactitud, es decir su precisión.

– Fidelidad: incertidumbres de medida pequeñas.

– Exactitud: errores sistemáticos reducidos. Valor de la media muy próximo al verdadero.

– Precisión: indica la aptitud de un sensor a proporcionar un valor de medida próximo al real. Un sensor preciso es fiel y exacto.

Sensores 6

Errores de medida

a) Sensor ni fiel ni exacto b) Sensor fiel pero no exacto c) Sensor exacto pero no fiel d) Sensor fiel y exacto

Errores de medida

• La imprecisión de un sensor es debida a la suma de varios errores elementales:

– Error de cero.

– Error sobre sensibilidad. – Error de resolución.

– Error de reversibilidad. – Histéresis.

– Error de calibración.

• La utilización continuada del sensor puede deteriorar o modificar las características:

– Resistencia a la fatiga. – Duración de vida.

Sensores 8

Sensores 10

Clasificación de sensores

• Según la naturaleza

de la señal eléctrica

de salida:

– Sensores analógicos.

– Sensores numéricos o

digitales.

– Sensores lógicos.

• Según el origen de la

señal de salida:

– Activos.

– Pasivos.

Sensores activos

• Funcionan como generador.

• Principios básicos en los que se basan:

– Efecto termoeléctrico. – Efecto piroeléctrico. – Efecto piezoeléctrico.

– Efecto de inducción electromagnética. – Efecto fotoeléctrico.

Sensores 12

Sensores pasivos

• Funcionan como modulador, la impedancia del sensor

es sensible a variaciones de la magnitud de medida.

• La característica eléctrica sensible puede ser:

– Resistividad.

– Constante dieléctrica.

– Permeabilidad magnética.

• Necesitan acondicionamiento de señal.

– Montaje potenciométrico o en puente. – Osciladores.

Sensores pasivos

• Montaje potenciométrico.

– Es el más simple.

– Sensible a variaciones de alimentación y

perturbaciones.

Sensores 14

Sensores pasivos

• Montaje en puente.

– Doble potenciómetro con medida de tensión diferencial. – Se reduce la sensibilidad a derivas de tensión y ruidos.

– Para sensores resistivos se utiliza el puente de Wheastone.

Equilibrio: 2 3 4 1 si 0 Z Z Z Z V_m = ⋅ = ⋅

(

Z₁ 1 Z₃4

) (

Z3₂ Z2 ₄

)

Z Z Z Z V_m + ⋅ + ⋅ − ⋅ =

Sensores pasivos

• Si el sensor está alejado de las otras resistencias hay

que tener en cuenta la resistencia de los cables de

conexión, pudiendo desequilibrar el puente.

Sensores 16

Sensores pasivos

Puente de Nermst Puente de Sauty

Puente de Maxwell Puente de Hay

Sensores capacitivos

Sensores pasivos

• Osciladores.

– Suministran una señal cuya frecuencia

modula la magnitud medida. Existen dos tipos

fundamentalmente:

• Senoidales.

Sensores 18

Criterios de selección

• Es conveniente conocer:

– Sensores disponibles en el mercado.

– Características generales.

– Ventajas e inconvenientes específicos.

• En la selección existen tres etapas:

– Definición de especificaciones.

– Selección de la tecnología.

Criterios de selección

• Definición de especificaciones.

– Naturaleza y tipo de la magnitud a medir.

– Tipo de sensor buscado teniendo en cuenta la naturaleza de la señal de salida.

– Características metrológicas esenciales

• Alcance de medida. • Precisión.

• Especificaciones geométricas. • Especificaciones económicas.

Sensores 20

Principios de medida

• Medida por intervalo de tiempo.

• Medida por deformación, variación de longitud o forma.

• Medida por un par o una fuerza.

• Medida por presión.

• Medida acústica.

– Variación de frecuencia de un sistema vibrante.

– Variación de velocidad de propagación de una onda acústica. – Medida del tiempo que tarda una señal en recorrer una

Sensores 22

Principios de medida

• Medida por óptica geométrica.

– Propagación rectilínea.

– Rotación de haz reflejado.

• Medida por óptica ondulatoria (fenómenos de

interferencia y polarización).

• Medida por ondas electromagnéticas.

– Resonancia nuclear.

– Corrientes de Foucault.

Principios de medida

• Medida por efecto magnético.

– Efecto Wiegand. – Efecto Hall.

• Medida por efecto térmico.

• Medida por efecto termodinámico.

• Medida por efecto piezoeléctrico y piezorresistivo.

Sensores 24

Principios de medida

• Medida por electroquímica.

• Medida por fotoelectricidad.

• Medida por contacto eléctrico.

• Medida por potenciómetro.

• Medida por extensiometría.

• Medida por capacidad.

Sensores de posición,

desplazamiento y proximidad

• Muy utilizados (máquina herramienta, prensas...).

• Se pueden usar para medir indirectamente otras

magnitudes físicas.

• Métodos para medida de desplazamientos y

posiciones:

– Señal función de la posición de una de las partes del sensor fija al objetivo móvil.

Sensores 26

Sensores 28

Detectores de proximidad

• No tienen unión física con el objeto a detectar.

• Distancias desde 1mm a varios metros.

• Aplicaciones principales:

– Control de presencia, ausencia y fin de carrera.

– Detección de paso.

– Posicionamiento y conteo de piezas.

Detectores de proximidad

• Se utilizan sobre todo:

– Cuando la velocidad del objeto a detectar es rápida. – En entornos hostiles: polvo, aceite, humedades...

– Cuando las piezas a detectar son pequeñas o frágiles.

• Según la tecnología pueden ser:

– Inductivos. – Capacitivos. – Fotoeléctricos. – Ultrasónicos.

Sensores 30

Detectores de proximidad

• Inductivos.

Detectores de proximidad

• Inductivos.

Sensores 32

Detectores de proximidad

• Capacitivos.

Detectores de proximidad

• Fotoeléctricos.

EMISOR RECEPTOR HAZ

Lámpara de incandescencia Fotorresistivo Visible Diodo electroluminiscente Fotorresistivo Infrarrojo Diodo electroluminiscente

(impulsos de corriente)

Fotovoltaico Infrarrojo modulado

Sensores 34

Detectores de proximidad

• Fotoeléctricos.

Detectores de proximidad

• Magnéticos.

Sensores 36

Sensores de proximidad

• Son sensores de desplazamiento sin unión física al

objeto en movimiento.

• Ventajas:

– Banda pasante ancha. – Finura elevada.

– Gran fiabilidad (sin desgaste ni histéresis). – Aislamiento galvánico.

• Inconvenientes:

– Alcance de medida pequeño (algunos mm). – Funcionamiento no lineal.

Sensores de proximidad

• Tecnologías empleadas:

– Inductivos.

– De reluctancia variable.

– De corrientes de Foucault.

– De efecto Hall.

– Magneto-resistivos.

Sensores 38

Sensores analógicos de

desplazamiento

• Las variaciones en su señal de salida reflejan el

desplazamiento del objeto móvil.

• El objeto está unido físicamente a una parte del sensor.

• La información puede ser de desplazamiento lineal o de

rotación.

• Utilización:

– Servosistemas. – Medida y control.

– Mediciones de otras magnitudes físicas (fuerza, par, deformación, velocidad, aceleración...)

Sensores analógicos de

desplazamiento

Sensores 40

Sensores de desplazamiento

• De inductancia variable.

– El elemento móvil es un núcleo ferromagnético cuyo

desplazamiento modifica el coeficiente de

Sensores de desplazamiento

• De inductancia variable.

– Se puede mejorar la linealidad de la respuesta con la

asociación en oposición de dos bobinas cuyos

coeficientes varían en sentido contrario para un

mismo desplazamiento.

Sensores 42

Sensores de desplazamiento

Sensores de desplazamiento

• Transformador diferencial (LVDT).

– Ventajas:

• Fiabilidad y robustez. • Manejabilidad y ligereza.

• Aislamiento galvánico entre primario y secundarios. • Separación física total entre el equipo móvil y el

transformador, permitiendo su uso en condiciones ambientales agresivas.

Sensores 44

Sensores de desplazamiento

• Sincro.

( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( − ) ( −Φ) ⋅ ⋅ = Φ − + ⋅ ⋅ = Φ − ⋅ ⋅ = = t E k E t E k E t E k E t E V t S t S t S r ω α ω ω α ω ω α ω ω cos 120 cos cos 120 cos cos cos cos 3 2 1 (rad/seg). rotor del tensión Pulsación rotor. tensión máximo Valor (idem). ecundario primario/s Relación ntos. arrollamie los de depende propio. Desfase S2. nto arrollamie rotor Angulo = = = = Φ = ω α E k t

Sensores de desplazamiento

• Sincro detector.

Sensores 46

Sensores de desplazamiento

• Resólver.

Sensores de desplazamiento

• Capacitivos.

TIPO DE CONDENSADOR MODO DE DESPLAZAMIENTO DE LA ARMADURA SUPERFICIE SUPERPUESTA DESVIO ENTRE ARMADURAS DESPLAZAMIENTO MEDIDO

En su plano Variable Constante Angular

Plano

Perp. a su plano Constante Variable Rectilíneo

Sensores 48

Sensores digitales de

desplazamiento

• Señal de salida númerica.

• Tecnologías:

– Codificadores ópticos: incrementales y absolutos.

– Codificadores sincro-máquinas.

Sensores digitales de

desplazamiento

• Codificadores ópticos.

– Partes de las que se componen:

• Emisor de luz (infrarroja) o diodos electroluminiscentes (LED).

• Elementos de codificación: Regla o disco con zonas transparentes y opacas.

• Receptor de luz: Fotodiodos o fototransistores.

– Resolución finita (salida numérica).

– Dificultad en realizar alineamiento entre fuente y receptor. – Sensibles a choques, vibraciones y temperatura.

Sensores 50

Sensores digitales de

desplazamiento

Sensores digitales de

desplazamiento

Sensores 52

Sensores digitales de

desplazamiento

Sensores de desplazamiento

• Selección.

MEDIDA DE UN DESPLAZAMIENTO SEÑAL DE SALIDA

Sin unión física Con unión física

Lógica Analógica Digital Detector de proximidad Sensor de proximidad ---Detector de posición Sensor de desplazamiento Codificador de desplazamiento

Sensores 54

Sensores de desplazamiento

Sensores de desplazamiento

Sensores 56

Sensores de desplazamiento

• Selección de un sensor digital de

desplazamiento.

Sensores de desplazamiento

• Selección de un sensor analógico de

desplazamiento.

Sensores 58

Sensores de velocidad

• Clasificación según:

– Tipo de desplazamiento del objeto: rectilíneos y

angulares.

– Tipo de señal de salida: analógicos y digitales.

– Tipo de recorrido para los lineales:

• Ilimitado. Sin unión mecánica con el objeto. • Limitado. Con unión mecánica con el objeto.

– Posición del sensor respecto al objeto:

• Exterior. Tacómetros y tacodinamos. • Interior para los girómetros.

Sensores 60

Sensores de velocidad

• Velocidad lineal.

– Recorridos limitados:

• Tacómetro lineal de hilo.

• Tacómetro lineal electromagnético.

– Recorridos ilimitados:

• Tacómetros lineales de ultrasonidos.

• Tacómetros lineales de ondas luminosas (láser). • Tacómetros lineales de hiperfrecuencias (radar).

Sensores de velocidad

• Velocidad angular.

– El cuerpo de prueba es un disco solidario con el eje cuya velocidad se quiere medir, en el disco hay referencias dispuestas periódicamente.

– Tecnologías utilizadas:

• Detección inductiva por reluctancia variable. • Detección inductiva por corrientes de Foucault. • Detección por efecto Hall.

Sensores 62

Sensores de velocidad

Sensores de velocidad

Sensores 64

Sensores de aceleración

• Los sensores de aceleración, vibraciones y choques se

usan principalmente para vigilancia de máquinas

rotativas.

• Se basan en la medida de una fuerza o un

desplazamiento.

– Fuerza: • Piezoeléctricos. • Piezorresistivos. • Servocontrolados. – Desplazamiento: • Potenciométricos. • Inductivos.

Sensores de aceleración

• Clasificación de acelerómetros según el

fenómeno analizado

Sensores 66

Sensores de aceleración

• Acelerómetros piezoeléctricos

•Sin pieza móvil (sin desgaste).

•No necesita fuente de alimentación. •Necesidad de un amplificador de

carga.

•Aceleraciones constantes o bajas frecuencias no se pueden medir. •Medidas entre 0ºK y 800ºC.

Sensores de aceleración

• Acelerómetros piezorresistivos.

•Se pueden medir aceleraciones constantes. •Sin pieza móvil (sin desgaste).

•Gran sensibilidad.

•Sensibilidad despreciable a deformaciones de base y transitorios de temperatura.

Sensores 68

Sensores de aceleración

• Otros acelerómetros.

– Servocontrolados.

– De potenciómetro.

– Inductivos.

Sensores de aceleración

Sensores 70

Sensores de aceleración

Sensores de temperatura

• Reglas para la selección de un sensor de

contacto.

Sensores 72

Sensores de temperatura

• Dispositivos que permiten la evaluación de la

temperatura.

Sensores de temperatura

Sensores 74

Sensores de temperatura

Sensores de temperatura

Sensores 76

Sensores de temperatura

• Termopares. Utilización de hielo para obtener

0ºC en la referencia.

Sensores de temperatura

• Termopares. Medida de tensión Seebeck con

un termopar J

Sensores 78

Sensores de temperatura

• Termopares. Empleo de un bloque

isotérmico.

Sensores de temperatura

Sensores 80

Sensores de temperatura

Sensores de temperatura

Sensores 82

Sensores de temperatura

Sensores de temperatura

Sensores 84

Sensores de temperatura

Sensores de temperatura

Sensores 86

Sensores de temperatura

Sensores de temperatura

Sensores 88

Sensores y detectores de

nivel

• Clasificación.

– Tipo de instalación.

• En cuba o depósito (abierto o cerrado bajo presión). • Exterior: Lagos, canales, pozos...

– Naturaleza del producto medido.

• Fluido (líquido).

• Sólido (granulado, polvo).

– Tipo de señal de salida.

• Analógicos (sensores de nivel). • Lógico (detectores de nivel).

– Modo de unión.

• Con contacto. • Sin contacto.

Sensores y detectores de

nivel

• Tecnologías empleadas.

– Métodos hidrostáticos. • Dispositivos de flotador. • Dispositivos de inmersión.

• Dispositivos de palpador electromecánico. • Dispositivos manométricos.

– Métodos eléctricos. – Métodos caloríficos.

Sensores 90

Sensores y detectores de

nivel

Sensores y detectores de

nivel

Sensores 92

Sensores y detectores de

nivel

Sensores y detectores de

nivel

Sensores 94

Sensores y detectores de

nivel

Sensores y detectores de

nivel

Sensores 96

Sensores de presión

PRESIÓN CRECIENTE PRESIÓN ATMOSFÉRICA VACÍO ABSOLUTO PRESIÓN RELATIVA POSITIVA PRESIÓN RELATIVA NEGATIVA (VACÍO) PRESIÓN DIFERENCIAL PRESIÓN ABSOLUTA

Sensores de presión

Presión dinámica en líneas de inyección de motores diesel Presión máxima en cilindros de motores diesel

Presión máxima en cilindros de motores de gasolina Sistemas de pintura industrial por "spray"

Golpes de agua en sistemas de extinción de incendios Automóviles: inyección de fuel, refrigeración

Automóviles: transmisión hidráulica

Aceite de lubrificación en motores y generadores diesel Aceite de lubrificación en turbinas y generadores hidráulicos Monitorizado del nivel del agua en tanques y depósitos Presión atmosférica a nivel del mar

Bombas de mantenimiento de nivel, estaciones de depuración Crecimiento de cristales de silicio

Presión barométrica a 18.000 metros de altitud

Reacciones tipo plasma CVD (fabricación de semiconductores) 10.000 4.000 1.200 1.000 800 100 90 70 50 30 14,696 10 4 1 0,5

Presión, psi Proceso

Presiones en

Sensores 98

Sensores de presión

Sensores de presión

Sensores 100

Sensores de fuerza

Sensores de par

Sensores 102

Sensores de presión, fuerza,

peso y par

Sensores de presión, fuerza,

peso y par

Sensores 104

Sensores de presión, fuerza,

peso y par

Sensores de presión, fuerza,

peso y par

Sensores 106

Sensores de presión

• Comparación de características de sensores

resistivos.

Sensores de presión

Sensores 108

Sensores de presión

Sensores y detectores de

caudal

• Clasificación (1).

– Tipo de instalación.

• Canalización cilíndrica para líquidos y gases. • Canales abiertos para líquidos.

• En atmósfera (velocidad del aire).

– Naturaleza del elemento transportado.

• Fluido (líquido, gas)

Sensores 110

Sensores y detectores de

caudal

• Clasificación (2).

– Señal de salida eléctrica.

• Analógicos. Sensores de caudal.

• Numéricos (tren de impulsos). Contadores de caudal. • Lógicos. Detectores de flujo.

– Magnitud a medir.

• Caudal volumétrico. • Caudal másico.

• Velocidad de circulación del fluido. • Presión diferencial.

Sensores de caudal.

• Caudalímetros mecánicos.

– Caudalímetros de flotador rotativo.

– Contadores volumétricos.

• De paletas. • De pistones.

• De ruedas ovales.

– Contadores de velocidad. De turbina (o hélice).

– Controladores de circulación.

Sensores 112

Sensores de caudal

• Caudalímetros estáticos.

– Caudalímetros de órgano deprimógeno.

– Caudalímetros de sonda.

– Caudalímetros electromagnéticos.

– Caudalímetros de ultrasonidos.

– Caudalímetros de efecto Vortex.

– Caudalímetros térmicos.

Sensores de caudal

Sensores 114

Sensores de caudal

Sensores de caudal

• Contador de velocidad de turbina vertical

(entrada única).

Sensores 116

Sensores de caudal

• Contador de velocidad de turbina vertical

(entrada múltiple).

Sensores y detectores de

caudal

Sensores 118

Sensores de caudal

Sensores de caudal

Sensores 120

Sensores de caudal

Sensores de caudal

Sensores 122

Sensores de caudal

Sensores 124