Clase 3. Sensores (II).

Departamento de Física, Ingeniería de Sistemas y Teoría de la Señal

Clase 3. Sensores (II).

AUTOMATIZACIÓN

Optativa Ingenierías Informáticas

Contenido

1. Sensores de desplazamiento.

2. Sensores de velocidad.

3. Sensores de aceleración

4. Sensores de fuerza y par.

5. Sensores de flujo.

6. Sensores térmicos.

7. Sensores de humedad.

8. Sensores táctiles.

9. Sensores ópticos: cámaras de vídeo.

Sensores de desplazamiento

Potenciometros: Determinan desplazamientos lineales o angulares.

Principalmente utilizados como sensores internos. Desventajas:

z Bajas prestaciones.

z Deben estar fijados al dispositivo cuyo desplazamiento se desea medir. Ventajas: Facilidad de uso y bajo precio.

Sensores de desplazamiento

LVDT (Transformador diferencial de variación lineal).

z Miden desplazamientos lineales (sólo pequeños desplazamientos)

basándose en efectos de inducción entre bobinas

z Alta resolución y linealidad. z Poco rozamiento.

Sensores de desplazamiento

z Miden desplazamientos angulares.

z El funcionamiento se basa en propiedades eléctricas. z Son de tipo absoluto.

z Buena robustez mecánica, inmunidad a humedad, altas temperaturas y

vibraciones.

z Reducido momento de inercia, por lo que imponen poca carga al eje.

Inductosyn, reglas magnéticas: z Similar al resolver.

Sensores de desplazamiento

z Obtienen una señal digital a partir de un desplazamiento angular o lineal. z Utilizan información óptica para medir fundamentalmente desplazamientos

angulares

Contenido

1. Sensores de desplazamiento.

2. Sensores de velocidad.

3. Sensores de aceleración

4. Sensores de fuerza y par.

5. Sensores de flujo.

6. Sensores térmicos.

7. Sensores de humedad.

8. Sensores táctiles.

9. Sensores ópticos: cámaras de vídeo.

Sensores de velocidad

z Utilizar un sensor de posición y medir su variación respecto al tiempo. Tacogenerador. Obtiene una tensión proporcional a la velocidad de giro de un eje.

Contenido

1. Sensores de desplazamiento.

2. Sensores de velocidad.

3. Sensores de aceleración

4. Sensores de fuerza y par.

5. Sensores de flujo.

6. Sensores térmicos.

7. Sensores de humedad.

8. Sensores táctiles.

9. Sensores ópticos: cámaras de vídeo.

Sensores de aceleración

z El modo general de funcionamiento consiste en un cristal piezoeléctrico

sometido a una carga y presión constante producida por un resorte y una masa inerte o sísmica. La presión hacia arriba o hacia abajo se modifica en función de la aceleración y deceleración, dando lugar a una tensión de

salida proporcional a la presión ejercida sobre el cristal piezoeléctrico.

Contenido

1. Sensores de desplazamiento.

2. Sensores de velocidad.

3. Sensores de aceleración

4. Sensores de fuerza y par.

5. Sensores de flujo.

6. Sensores térmicos.

7. Sensores de humedad.

8. Sensores táctiles.

9. Sensores ópticos: cámaras de vídeo.

Sensores de fuerza y par

z Miden la fuerza y los pares.

z Utilizan sensores piezorresistivos que presentan una resistencia variable a

Sensores de fuerza y par

z Miden el par mediante la deformación de una estructura piezorresistiva. La

Contenido

1. Sensores de desplazamiento.

2. Sensores de velocidad.

3. Sensores de aceleración

4. Sensores de fuerza y par.

5. Sensores de flujo.

6. Sensores térmicos.

7. Sensores de humedad.

8. Sensores táctiles.

9. Sensores ópticos: cámaras de vídeo.

Sensores de flujo

Sensores de flujo o caudalímetros:

z Colocado en un conducto o corriente mide el caudal del fluido circulante.

ƒ Mecánicos. El fluido circulante mueve partes mecánicas móviles que traducen

este movimiento al contador donde es traducido a volumen y visualizado.

Sensores de flujo

Sensores de flujo o caudalímetros:

z Colocado en un conducto o corriente mide el caudal del fluido circulante.

ƒ Mecánicos. El fluido circulante mueve partes mecánicas móviles que traducen

este movimiento al contador donde es traducido a volumen y visualizado.

Š Másico. Principio de Coriolis. Š Ventajas:

ƒ Su salida es lineal con el flujo másico.

ƒ No requiere compensación por variaciones de temperatura o presión ƒ Es adecuado para casos de viscosidad variable

ƒ Permite la medición de caudales másicos de líquidos difíciles de medir: adhesivos,

nitrógeno liquido, etc.

Š Desventajas:

ƒ Es muy voluminoso.

Sensores de flujo

Sensores de flujo o caudalímetros:

z Colocado en un conducto o corriente mide el caudal del fluido circulante.

ƒ Mecánicos. El fluido circulante mueve partes mecánicas móviles que traducen

este movimiento al contador donde es traducido a volumen y visualizado.

Š Másico. Principio de Coriolis. Š De ruedas ovaladas.

ƒ Ventaja: Muy buena precisión para pequeños caudales.

ƒ Desventajas: Alto costo originado por las tolerancias mecánicas. Muy sensible a la

Sensores de flujo

Sensores de flujo o caudalímetros:

z Colocado en un conducto o corriente mide el caudal del fluido circulante.

ƒ Mecánicos. El fluido circulante mueve partes mecánicas móviles que traducen

este movimiento al contador donde es traducido a volumen y visualizado.

Š Másico. Principio de Coriolis. Š De ruedas ovaladas.

Sensores de flujo

Sensores de flujo o caudalímetros:

z Colocado en un conducto o corriente mide el caudal del fluido circulante.

ƒ Mecánicos. El fluido circulante mueve partes mecánicas móviles que traducen

este movimiento al contador donde es traducido a volumen y visualizado.

Š Másico. Principio de Coriolis. Š De ruedas ovaladas.

Š De turbina Š Ventajas:

ƒ Es el instrumento más preciso disponible para medir caudal. ƒ Es lineal sobre un muy amplio rango de caudales.

ƒ Rápida respuesta y excelente repetibilidad.

Š Desventajas:

ƒ El desgaste suele ser el problema principal de la turbina.

Sensores de flujo

Sensores de flujo o caudalímetros:

z Colocado en un conducto o corriente mide el caudal del fluido circulante.

ƒ Ultrasónicos. Son contadores alimentados eléctricamente, donde el fluido,

Sensores de flujo

Sensores de flujo o caudalímetros:

z Colocado en un conducto o corriente mide el caudal del fluido circulante.

ƒ Ultrasónicos. Son contadores alimentados eléctricamente, donde el fluido,

debido a su movimiento entre dos sensores opuestos y gracias al efecto doppler origina unas perturbaciones que pueden ser medidas y contabilizadas con gran precisión.

Š Ventajas:

ƒ No ocasiona pérdida de carga. ƒ No tiene partes móviles.

ƒ No influye el diámetro de la tubería, ni en su costo, ni en su rendimiento. ƒ Salida lineal con el caudal.

ƒ Su rango de medición es muy amplio.

Sensores de flujo

Sensores de flujo o caudalímetros:

z Colocado en un conducto o corriente mide el caudal del fluido circulante.

Sensores de flujo

Sensores de flujo o caudalímetros:

z Colocado en un conducto o corriente mide el caudal del fluido circulante.

ƒ Electromagnético.

Š Ventajas:

ƒ No genera perdidas de carga (aplicables a procesos que fluyen por gravedad o en fluidos

cercanos al punto de vaporización).

ƒ Apto para la medición de barros.

ƒ Permite la medición de caudales bi-direccionales.

ƒ No tiene partes móviles, por lo que es confiable y de bajo mantenimiento. ƒ Su precisión es relativamente alta.

Š Desventajas:

ƒ Si el fluido a medir produce depósitos sobre los electrodos, la medición será errónea. ƒ Su costo es relativamente alto.

Sensores de flujo

Sensores de flujo o caudalímetros:

z Colocado en un conducto o corriente mide el caudal del fluido circulante.

ƒ Térmicos.

Š Basan su funcionamiento en elevar la temperatura de un sensor térmico a una

Sensores de flujo

Sensores de flujo o caudalímetros: z Aplicaciones:

ƒ Control de polución (tuneles) ƒ Control de gases tóxicos

ƒ Control de distribución de líquidos ƒ Aplicaciones médicas

Contenido

1. Sensores de desplazamiento.

2. Sensores de velocidad.

3. Sensores de aceleración

4. Sensores de fuerza y par.

5. Sensores de flujo.

6. Sensores térmicos.

7. Sensores de humedad.

8. Sensores táctiles.

9. Sensores ópticos: cámaras de vídeo.

Sensores térmicos

Miden la temperatura basándose en diferentes principios de funcionamiento.

z Sensores por contacto:

ƒ Termopar:

Š Funcionan bajo el llamado efecto Seebeck, la unión entre dos metales genera un

Sensores térmicos

Miden la temperatura basándose en diferentes principios de funcionamiento.

z Sensores por contacto:

ƒ Termistores: Es una resistencia eléctrica que varía su valor en función de la

temperatura. Existen dos clases de termistores: NTC y PTC.

Š NTC (Negative Temperature Coefficient) es una resistencia variable cuyo valor va

decrementandose a medida que aumenta la temperatura.

Š PTC (Positive Temperature Coefficient) es una resistencia variable cuyo valor va

Sensores térmicos

Miden la temperatura basándose en diferentes principios de funcionamiento.

z Sensores por contacto:

ƒ RTD o sensor resistivo: se basa en el efecto que tiene la temperatura en la

Sensores térmicos

Miden la temperatura basándose en diferentes principios de funcionamiento.

z Sensores sin contacto:

ƒ Pirómetros o termómetros de radiación: miden la radiación electro-magnética

Sensores térmicos

Miden la temperatura basándose en diferentes principios de funcionamiento.

z Sensores sin contacto:

ƒ Pirómetros o termómetros de radiación: miden la radiación electro-magnética

emitida por un cuerpo caliente.

Sensores térmicos

Miden la temperatura basándose en diferentes principios de funcionamiento.

z Sensores sin contacto:

ƒ Pirómetros o termómetros de radiación: miden la radiación electro-magnética

emitida por un cuerpo caliente.

ƒ Cámaras termográficas: por radiación infrarroja ƒ Otros

Š Neumáticos Š Láser

Sensores térmicos

Contenido

1. Sensores de desplazamiento.

2. Sensores de velocidad.

3. Sensores de aceleración

4. Sensores de fuerza y par.

5. Sensores de flujo.

6. Sensores térmicos.

7. Sensores de humedad.

8. Sensores táctiles.

9. Sensores ópticos: cámaras de vídeo.

Sensores de humedad

z Aplicaciones:

Contenido

1. Sensores de desplazamiento.

2. Sensores de velocidad.

3. Sensores de aceleración

4. Sensores de fuerza y par.

5. Sensores de flujo.

6. Sensores térmicos.

7. Sensores de humedad.

8. Sensores táctiles.

9. Sensores ópticos: cámaras de vídeo.

Sensores táctiles

Contenido

1. Sensores de desplazamiento.

2. Sensores de velocidad.

3. Sensores de aceleración

4. Sensores de fuerza y par.

5. Sensores de flujo.

6. Sensores térmicos.

7. Sensores de humedad.

8. Sensores táctiles.

9. Sensores ópticos: cámaras de vídeo.

Sensores ópticos: cámaras de vídeo

Sensores ópticos: cámaras de vídeo

z El acceso se realiza de forma directa a cada elemento. z Se reduce el efecto de saturación.

Cámaras matriciales frente a lineales z Cámaras matriciales.

ƒ Sensor bidimensional formado por una matriz de elementos fotosensibles.

z Cámaras lineales.

ƒ Una única fila de elementos fotosensibles.

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1. Sensores de desplazamiento.

2. Sensores de velocidad.

3. Sensores de aceleración

4. Sensores de fuerza y par.

5. Sensores de flujo.

6. Sensores térmicos.

7. Sensores de humedad.

8. Sensores táctiles.

9. Sensores ópticos: cámaras de vídeo.

Sensores de rango

Se basan en la medida directa o indirecta del tiempo invertido por una señal de velocidad conocida, en recorrer la distancia que

Sensores de rango

Naturaleza del haz de energía. z Acústica (ultrasonidos).

z Electromagnética (láser). Presenta una mejor direccionalidad. Inconvenientes

z Baja direccionalidad (limita resolución angular)

z Baja energía reflejada, ocasiona alto tiempo de integración y un ajuste