sensores y transductores. transductores los transductores son dispositivos que convierten una señal...
TRANSCRIPT
Sensores y transductoresSensores y transductores
TransductoresTransductores Los transductores son dispositivos que Los transductores son dispositivos que convierten una señal de una forma física en otra convierten una señal de una forma física en otra señal correspondiente pero de otra forma física señal correspondiente pero de otra forma física distinta. Convierte una forma de energía en otra distinta. Convierte una forma de energía en otra forma de energía, sin cargar la primera forma de forma de energía, sin cargar la primera forma de energía. En general, sí un dispositivo convierte energía. En general, sí un dispositivo convierte una señal en otra, ya sean mecánicas, térmicas, una señal en otra, ya sean mecánicas, térmicas, magnéticas, eléctricas, ópticas o moleculares magnéticas, eléctricas, ópticas o moleculares (químicas) puede ser considerado un transductor. (químicas) puede ser considerado un transductor. No obstante, la tendencia generalizada es No obstante, la tendencia generalizada es considerar transductores a aquellos que ofrecen considerar transductores a aquellos que ofrecen una salida eléctrica por razones muy evidentes.una salida eléctrica por razones muy evidentes.
SensoresSensores Los sensores son dispositivos que, a partir de la Los sensores son dispositivos que, a partir de la energía del medio donde mide, suministran una señal energía del medio donde mide, suministran una señal de salida que es función de la variable medida. El de salida que es función de la variable medida. El término sensor sugiere una significación mas amplia y término sensor sugiere una significación mas amplia y precisa que lo permitido por los sentidos, en la precisa que lo permitido por los sentidos, en la búsqueda de disponer de información de variables búsqueda de disponer de información de variables físicas de cierta naturaleza y magnitud. Sin embargo, físicas de cierta naturaleza y magnitud. Sin embargo, en la mayoría de los casos, sensor y transductor, se en la mayoría de los casos, sensor y transductor, se usan como sinónimos. En robótica se utilizan los usan como sinónimos. En robótica se utilizan los términos captadores, sensores o transductores de términos captadores, sensores o transductores de entrada, a los dispositivos que convierten señales entrada, a los dispositivos que convierten señales físicas, en señales eléctricas; mientras que los términos físicas, en señales eléctricas; mientras que los términos actuadores, accionamientos o transductores de salida, actuadores, accionamientos o transductores de salida, como los dispositivos que convierten señales eléctricas como los dispositivos que convierten señales eléctricas en presentación o manejo de formas de energía en presentación o manejo de formas de energía asociadas al control de variables del proceso. asociadas al control de variables del proceso.
Dominio de los datosDominio de los datos Se entiende por dominio de los Se entiende por dominio de los datos a la magnitud mediante la datos a la magnitud mediante la cual se representa, procesa y cual se representa, procesa y transmite la información de variables transmite la información de variables físicas. Se discriminan los siguientes físicas. Se discriminan los siguientes tipos de dominios:tipos de dominios:El dominio analógicoEl dominio analógicoEl dominio temporalEl dominio temporalEl dominio digitalEl dominio digital
El dominio analógicoEl dominio analógico
El dominio analógicoEl dominio analógico, en el cual la , en el cual la información esta contenida en la información esta contenida en la amplitud de la señal. Este dominio es amplitud de la señal. Este dominio es el más susceptible a interferencias.el más susceptible a interferencias.
El dominio temporalEl dominio temporal
El dominio temporalEl dominio temporal, en el cual la , en el cual la información se ubica en las información se ubica en las relaciones de tiempo, periodo, relaciones de tiempo, periodo, frecuencia, fase y duración de frecuencia, fase y duración de pulsos. La información mínima se pulsos. La información mínima se discrimina después de transcurrido discrimina después de transcurrido un ciclo completo.un ciclo completo.
El dominio digitalEl dominio digital
El dominio digitalEl dominio digital, en la cual la , en la cual la información se expresa en forma información se expresa en forma binaria mediante pulsos que definen binaria mediante pulsos que definen palabras, serie o paralelo, palabras, serie o paralelo, codificadas. La obtención de la codificadas. La obtención de la información mínima correspondiente información mínima correspondiente a la palabra paralelo es mas a la palabra paralelo es mas inmediata que a la palabra serie.inmediata que a la palabra serie.
Conversiones entre dominiosConversiones entre dominios
Un sistema de medida tendrá Un sistema de medida tendrá diferentes conversiones entre diferentes conversiones entre dominios según sea la medición de dominios según sea la medición de la variable física, pudiendo ser:la variable física, pudiendo ser:
Conversión de dominio directa oConversión de dominio directa o
Conversión de dominio indirecta.Conversión de dominio indirecta.
Conversión de dominio directaConversión de dominio directa
La Conversión de dominio será La Conversión de dominio será directa cuando la información directa cuando la información cuantitativa de la variable física se cuantitativa de la variable física se obtiene mediante la comparación obtiene mediante la comparación con una referencia. Tal es el caso de con una referencia. Tal es el caso de la balanza clásica. la balanza clásica.
Conversión de dominio indirectaConversión de dominio indirectaMientras que la medición de la variable Mientras que la medición de la variable física se considerará indirecta cuando la física se considerará indirecta cuando la magnitud de interés, se calcula en base a magnitud de interés, se calcula en base a otras mediciones y a la aplicación del otras mediciones y a la aplicación del principio que rige dicha variable. Un principio que rige dicha variable. Un ejemplo sería la medición de la potencia ejemplo sería la medición de la potencia mecánica transmitida por un eje, a partir mecánica transmitida por un eje, a partir de la medición de la velocidad de rotación de la medición de la velocidad de rotación del eje y de la medida del par.del eje y de la medida del par.
Selección del sensorSelección del sensor Antes de efectuar la selección del sensor se Antes de efectuar la selección del sensor se
deben formular tres interrogantes deben formular tres interrogantes esenciales:esenciales:
¿Cuál es la variable física a medir?¿Cuál es la variable física a medir?
¿Qué principio físico del sensor es el ¿Qué principio físico del sensor es el más adecuado para medir esa más adecuado para medir esa variable?variable?
¿Qué precisión se requiere¿Qué precisión se requiere??
Factores que contribuyen a la Factores que contribuyen a la precisiónprecisión del sensor del sensor
Los parámetros básicos del sensor.Los parámetros básicos del sensor.
Las condiciones físicas.Las condiciones físicas.
Las condiciones ambientales yLas condiciones ambientales y
La compatibilidad con los otros La compatibilidad con los otros equipos.equipos.
Para garantizar el mínimo error del Para garantizar el mínimo error del sistema se recomienda:sistema se recomienda:
1) Calibrar el sistema en sitio.1) Calibrar el sistema en sitio.
2) Registrar las condiciones 2) Registrar las condiciones ambientales, simultáneamente con ambientales, simultáneamente con cada medición.cada medición.
3) Controlar artificialmente las 3) Controlar artificialmente las condiciones del entorno.condiciones del entorno.
Galgas extensiométricas Galgas extensiométricas resistivasresistivas
La galga extensiométrico es un sensor que La galga extensiométrico es un sensor que convierte un desplazamiento mecánico en convierte un desplazamiento mecánico en una variación de resistencia. Este una variación de resistencia. Este dispositivo se fija a ciertos materiales a dispositivo se fija a ciertos materiales a objeto de medir los esfuerzos aplicados. objeto de medir los esfuerzos aplicados. Su fabricación consiste en alambres Su fabricación consiste en alambres delgados u hojas metálicas delgadas. La delgados u hojas metálicas delgadas. La resistencia de alambre aumenta su valor resistencia de alambre aumenta su valor al aumentar su longitud y al disminuir su al aumentar su longitud y al disminuir su sección transversal.sección transversal.
Sensibilidad de una galga Sensibilidad de una galga extensiométricoextensiométrico
La sensibilidad de una galga La sensibilidad de una galga extensiométrico se expresa en extensiométrico se expresa en términos del Factor de Galga, K, términos del Factor de Galga, K, definido como la razón de la unidad definido como la razón de la unidad de cambio de la resistencia entre la de cambio de la resistencia entre la unidad de cambio de longitud., lo unidad de cambio de longitud., lo que corresponde aque corresponde a
Factor de Galga, KFactor de Galga, K
El Factor de Galga, K, se define como El Factor de Galga, K, se define como la razón de la unidad de cambio de la la razón de la unidad de cambio de la resistencia entre la unidad de cambio resistencia entre la unidad de cambio de longitud, lo que corresponde ade longitud, lo que corresponde a
llRR
K
Factor de Galga, KFactor de Galga, K
K = Factor de galgaK = Factor de galga R = Resistencia nominal de la galgaR = Resistencia nominal de la galga R = Cambio en la resistencia de la galgaR = Cambio en la resistencia de la galga l = Longitud normal de la galga sin l = Longitud normal de la galga sin esfuerzoesfuerzo l = Cambio en la longitud de la galgal = Cambio en la longitud de la galga
llRR
K
Esfuerzo normal o deformación Esfuerzo normal o deformación unitariaunitaria
La unidad de cambio de longitud, La unidad de cambio de longitud, l / l se conoce como esfuerzo l / l se conoce como esfuerzo normal o deformación unitaria, normal o deformación unitaria, , lo , lo que equivale a la expresión:que equivale a la expresión:
l
l
Factor de Galga, KFactor de Galga, K
RR
K
Resistencia de un conductor Resistencia de un conductor
= La resistividad especifica del = La resistividad especifica del conductor conductor
A = Área de la sección transversal A = Área de la sección transversal del conductordel conductor
A
lR
Conductor sometido a un esfuerzo Conductor sometido a un esfuerzo en dirección longitudinalen dirección longitudinal
Al someter al conductor a un Al someter al conductor a un esfuerzo en dirección longitudinal, esfuerzo en dirección longitudinal, las variables que intervienen en la las variables que intervienen en la determinación del valor de la determinación del valor de la resistencia también cambian resistencia también cambian
A
dA
l
dld
R
dR
Sección del conductorSección del conductor
r = Radio del conductor yr = Radio del conductor y
D = Diámetro del conductorD = Diámetro del conductor
42
222 DDrA
Sección del conductorSección del conductor
42
222 DDrA
D
dD
A
dA 2
D
dD
l
dld
R
dR 2
Tipo de galga y su montajeTipo de galga y su montaje
Galgas: a) Versión en laminilla b) Montaje protegido c) Versión en conductor cilíndrico
Al aplicar una tensión mecánica al Al aplicar una tensión mecánica al conductor de la galgaconductor de la galga
Se produce un incremento Se produce un incremento l en su l en su longitud simultáneamente con una longitud simultáneamente con una disminución disminución D en el diámetro, D en el diámetro, con lo cual la resistencia R del con lo cual la resistencia R del conductor cambia a Rsconductor cambia a Rs
24 DD
llRRRS
Multiplicando y dividiendo por l y Multiplicando y dividiendo por l y por Dpor D
22 214
1
DD
DDD
lll
RS
24 DD
llRRRS
Multiplicando y dividiendo por l y Multiplicando y dividiendo por l y por Dpor D
22 214
1
DD
DDD
lll
RS
DDD
lll
RS
214
1
2
Relación de Poisson, Relación de Poisson, , , La relación de Poisson, La relación de Poisson, , se expresa , se expresa como el cociente de la tensión como el cociente de la tensión mecánica en la dirección lateral a la mecánica en la dirección lateral a la tensión mecánica en la dirección tensión mecánica en la dirección axialaxial
lldd
Rs en función de Rs en función de
llD
lll
RS
}214
1
2
l
lRRRRS 211
El factor de galga en función de la El factor de galga en función de la relación de Poisonrelación de Poison
21KPara la mayoría de los metales 25,035,0
siendo 0,303 para el acero, y 0,33 para el aluminio y el cobre.
De los valores establecidos por el rango, se determina que para la mayoría de los metales
5,17,1 K
Valores de KValores de K
Para la aleación de constantan Para la aleación de constantan
K K 2 2Para la aleación conocida como Alloy Para la aleación conocida como Alloy 479479
K = 4K = 4
Para el platinoPara el platino
K = 6 K = 6
Para el IsoelastPara el Isoelast
K = 3,5.K = 3,5.
Ley de HookeLey de Hooke
La ley de Hooke relaciona el esfuerzo La ley de Hooke relaciona el esfuerzo y la tensión mecánica en términos y la tensión mecánica en términos del módulo de elasticidad del del módulo de elasticidad del material bajo tensión mecánica. El material bajo tensión mecánica. El esfuerzo se puede definir como la esfuerzo se puede definir como la fuerza aplicada por unidad de área y fuerza aplicada por unidad de área y la tensión mecánica como la la tensión mecánica como la elongación del miembro esforzado elongación del miembro esforzado por unidad de longitud.por unidad de longitud.
Ley de HookeLey de Hooke
P = Fuerza aplicada o cargaP = Fuerza aplicada o carga
= Tensión mecánica = Tensión mecánica
A = AreaA = Area
E = Constante del material, módulo de E = Constante del material, módulo de elasticidad o de Youngelasticidad o de Young
= Deformación unitaria= Deformación unitaria
EA
P
EjemploEjemplo Una galga extensiométrico resistiva Una galga extensiométrico resistiva con sensibilidad desconocida se con sensibilidad desconocida se suelda a una columna de un material suelda a una columna de un material a la cual se aplica una carga de a la cual se aplica una carga de 13.000 N/cm2. El módulo de 13.000 N/cm2. El módulo de elasticidad del material utilizado es elasticidad del material utilizado es 12.050 Kg / mm2; siendo la relación 12.050 Kg / mm2; siendo la relación de Poisson 0,30 Calcule: a) La de Poisson 0,30 Calcule: a) La deformación unitaria y b) El factor deformación unitaria y b) El factor de galga.de galga.
EjemploEjemplo Datos:Datos:
= 13.000 N/cm2= 13.000 N/cm2
= 0,30 = 0,30
E = 12.050 kg / mm2E = 12.050 kg / mm2
Solución: Solución:
a) De la ley de Hooke a) De la ley de Hooke
2
2
2
2
2
2
1
100050.12
1
97,101000.13
050.12
000.13
cm
mm
mm
Kg
N
Kg
cm
N
mm
Kgcm
N
E
EjemploEjemplo
2
2
2
2
2
2
1
100050.12
1
97,101000.13
050.12
000.13
cm
mm
mm
Kg
N
Kg
cm
N
mm
Kgcm
N
E
La resistencia de la galga experimento un incrementoen su valor del 0,11 %.
3
2
2
1010,1/000.205.1
/61,325.1 cmKg
cmKg
EjemploEjemplo
b) b) Se determina el factor de galga Se determina el factor de galga
6,1)30,0(2121 K
Detectores de temperatura Detectores de temperatura resistivos RTDresistivos RTD
Los termómetros de resistencias se Los termómetros de resistencias se caracterizan por emplear un elemento sensible caracterizan por emplear un elemento sensible a la temperatura, tales como el platino, el a la temperatura, tales como el platino, el cobre, el níquel, dentro de cierto rango. En la cobre, el níquel, dentro de cierto rango. En la figura se ilustra el símbolo del RTD (Resistente figura se ilustra el símbolo del RTD (Resistente Temperatura Detector), la diagonal recta indica Temperatura Detector), la diagonal recta indica que su valor resistivo varia linealidad con que su valor resistivo varia linealidad con respecto a la variable identificada respecto a la variable identificada (Temperatura) con coeficiente positivo.(Temperatura) con coeficiente positivo.
El comportamiento del RTD El comportamiento del RTD
El comportamiento del RTD se define El comportamiento del RTD se define por la relación siguientepor la relación siguiente
nn TTTRR 2210 1
Para el hilo de platino:Para el hilo de platino:
1 = 3,90x10-3/K y 1 = 3,90x10-3/K y
2 = -5,83x10-7/K2 = -5,83x10-7/K
hasta la temperatura de 650 oChasta la temperatura de 650 oC
El comportamiento del RTD El comportamiento del RTD
El comportamiento del RTD se define El comportamiento del RTD se define por la relación siguientepor la relación siguiente
nn TTTRR 2210 1
Para el platino en película fina: Para el platino en película fina: 1 = 3,912x10-1 = 3,912x10-3/K 3/K 2 = -2 = -6,179x10-7/K y 6,179x10-7/K y 3 = 1,92x10-7/K3 = 1,92x10-7/K
Comportamiento del RTDComportamiento del RTD
El comportamiento dinámico El comportamiento dinámico corresponde a un a un sistema paso corresponde a un a un sistema paso bajo de primer orden como bajo de primer orden como consecuencia de la capacidad calorífica consecuencia de la capacidad calorífica de la resistencia dependiente de la de la resistencia dependiente de la temperatura.temperatura.
Sí la RTD presenta además un Sí la RTD presenta además un recubrimiento de protección, el sistema recubrimiento de protección, el sistema se considera paso bajo de segundo se considera paso bajo de segundo orden.orden.
Limitaciones a considerar al Limitaciones a considerar al seleccionar una RTD para medir seleccionar una RTD para medir
temperaturatemperatura – No exceder el rango permitido, ya que el No exceder el rango permitido, ya que el
valor máximo está muy próximo a la valor máximo está muy próximo a la temperatura de fusión del RTDtemperatura de fusión del RTD
– Evitar el autocalentamiento ocasionado por el Evitar el autocalentamiento ocasionado por el mismo circuito de medida, ya que lo ideal es mismo circuito de medida, ya que lo ideal es que el sensor este a la temperatura que que el sensor este a la temperatura que mide.mide.
– Tomar en cuenta el gradiente de temperatura Tomar en cuenta el gradiente de temperatura al medir temperaturas superficiales mediante al medir temperaturas superficiales mediante estos sensores adheridos al sólido evaluado. estos sensores adheridos al sólido evaluado.
Coeficiente de disipación Coeficiente de disipación La capacidad que tiene el sensor de La capacidad que tiene el sensor de disipar el calor, para un ambiente disipar el calor, para un ambiente especifico, esta dado por el especifico, esta dado por el coeficiente de disipación coeficiente de disipación (mW/K), y (mW/K), y depende del tipo de fluido y su depende del tipo de fluido y su velocidad.velocidad.
EjemploEjemploSe dispone de un RTD de platino de Se dispone de un RTD de platino de
100 100 a 25 oC, con un rango de a 25 oC, con un rango de temperaturas de – 200 a + 850 oC, que temperaturas de – 200 a + 850 oC, que tiene un coeficiente de disipación térmica tiene un coeficiente de disipación térmica de 5,95 mW / K en aire y 99,5 mW / K en de 5,95 mW / K en aire y 99,5 mW / K en agua. Determine qué corriente debe agua. Determine qué corriente debe circular por el sensor en cada medio circular por el sensor en cada medio mencionado, sí se desea que el error por mencionado, sí se desea que el error por autocalentamiento no exceda de 0,5 oC.autocalentamiento no exceda de 0,5 oC.
EjemploEjemplo
SoluciónSolución
La potencia disipada esLa potencia disipada es
TRIPD 2
R
TI
EjemploEjemploo Para el sensor sumergido en aguaPara el sensor sumergido en agua
R
TI
100
)5,0()/00595,0( KKWI
mAI 45,5
EjemploEjemploo Para el sensor al airePara el sensor al aire
R
TI
100
)5,0()/0995,0( KKWI
mAI 23,2
TermistoresTermistoresLos termistores son dispositivos Los termistores son dispositivos semiconductores que actúan como semiconductores que actúan como resistencias no lineales que varían en resistencias no lineales que varían en función de la temperatura. Sí el coeficiente función de la temperatura. Sí el coeficiente de temperatura es positivo se denomina de temperatura es positivo se denomina PTC, mientras que sí el coeficiente de PTC, mientras que sí el coeficiente de temperatura es negativo se denomina temperatura es negativo se denomina NTC.NTC.
Símbolos de los termistores a) PTC y b) NTC.
TermistoresTermistoresLos termistores, generalmente se emplean Los termistores, generalmente se emplean para medir temperaturas entre – 100 oC y para medir temperaturas entre – 100 oC y + 300 oC. Se fabrican en una amplia + 300 oC. Se fabrican en una amplia variedad de formas (cuentas, discos, variedad de formas (cuentas, discos, arandelas) y tamaños con diámetros, arandelas) y tamaños con diámetros, para el caso particular de las cuentas, de para el caso particular de las cuentas, de 0,15 a 1,25 mm, constituidos por una 0,15 a 1,25 mm, constituidos por una mezcla sintética de óxidos , como el mezcla sintética de óxidos , como el manganeso, níquel, cobalto, cobre, hierro, manganeso, níquel, cobalto, cobre, hierro, uranio. uranio.
Ecuación Steinhart-Hart Ecuación Steinhart-Hart
La curva individual de un termistor La curva individual de un termistor se puede aproximar a la ecuación se puede aproximar a la ecuación Steinhart-Hart siguiente:Steinhart-Hart siguiente:
3lnln1
RCRBAT
Ecuación Steinhart-Hart Ecuación Steinhart-Hart
T = KelvinT = KelvinR = Resistencia del termistorR = Resistencia del termistorA, B, C = Constantes de ajuste de A, B, C = Constantes de ajuste de curvacurva
3lnln1
RCRBAT
Las constantes A, B y CLas constantes A, B y CLas constantes A, B y C se calculan Las constantes A, B y C se calculan seleccionando tres puntos de los datos seleccionando tres puntos de los datos del fabricante y resolviendo las tres del fabricante y resolviendo las tres ecuaciones simultaneas que resultan ecuaciones simultaneas que resultan usando esos datos en la ecuaciónusando esos datos en la ecuación
3lnln1
RCRBAT
Otra formulaOtra formula
Un valor menos preciso del termistor Un valor menos preciso del termistor se consigue usando la formula:se consigue usando la formula:
0
11
0TTeRR
Otra formulaOtra formula
R = Resistencia a la temperatura T ( K )R = Resistencia a la temperatura T ( K )Ro = Resistencia a la temperatura T0 = ( 25+273 K)=298 KRo = Resistencia a la temperatura T0 = ( 25+273 K)=298 K = Constante de ajuste de curva.= Constante de ajuste de curva.
0
11
0TTeRR
Resistencia de los termistoresResistencia de los termistores
La resistencia de los termistores La resistencia de los termistores puede variar de 50 puede variar de 50 a 2 M a 2 M a la a la temperatura de 25 oC. temperatura de 25 oC.
La Constante de ajuste de curva.La Constante de ajuste de curva.
El parámetro El parámetro conocido como conocido como temperatura característica del temperatura característica del material o constante de ajuste de material o constante de ajuste de curva tiene valores de 2.000 K a curva tiene valores de 2.000 K a 5.000 K. 5.000 K.
Coeficiente de temperatura Coeficiente de temperatura equivalente o sensibilidad relativaequivalente o sensibilidad relativa
El coeficiente de temperatura El coeficiente de temperatura equivalente o sensibilidad relativa equivalente o sensibilidad relativa viene dado porviene dado por
T
T
RdT
dR
2/ T
0
11
0TTeRR
Las fotorresistencias LDRLas fotorresistencias LDRLas fotorresistencias o celdas Las fotorresistencias o celdas fotoconductoras son dispositivos cuya fotoconductoras son dispositivos cuya conductividad varía en función de la conductividad varía en función de la energía electromagnética incidente con energía electromagnética incidente con longitudes de ondas de 1 mm a 10 nm. longitudes de ondas de 1 mm a 10 nm. Muchos materiales son fotorresistivos, Muchos materiales son fotorresistivos, pero comercialmente han tomado alta pero comercialmente han tomado alta relevancia el sulfito de cadmio ya que su relevancia el sulfito de cadmio ya que su respuesta espectral estrecha de 0,38 a respuesta espectral estrecha de 0,38 a 0,75 0,75 m, es casi igual a la del ojo humano.m, es casi igual a la del ojo humano.
Símbolo de la fotorresistencia LDR Símbolo de la fotorresistencia LDR y modelo de encapsulado plástico y modelo de encapsulado plástico
a) Símbolos de la fotorresistencia LDR y b) Modelo de encapsulado plástico de un LDR.
Relación R - ERelación R - E
La relación entre la resistencia R de La relación entre la resistencia R de una LDR y la iluminación E una LDR y la iluminación E
( densidad superficial de energía ( densidad superficial de energía recibida en unidades de luxes), es recibida en unidades de luxes), es altamente no lineal altamente no lineal
EAR
Relación R - ERelación R - E
Donde A y Donde A y dependen del tipo de dependen del tipo de material y de las condiciones de la material y de las condiciones de la fabricación; fabricación;
EAR
Las fotorresistencias o celdas Las fotorresistencias o celdas fotoconductoras fabricadasfotoconductoras fabricadas
Las fotorresistencias o celdas Las fotorresistencias o celdas fotoconductoras de SCd tiene fotoconductoras de SCd tiene entre 0,7 entre 0,7 y 0,9, mientras que su valor resistivo y 0,9, mientras que su valor resistivo puede variar, en presencia de la luz puede variar, en presencia de la luz respecto a su ausencia en una relación respecto a su ausencia en una relación de 1:10.000.de 1:10.000.
Los tiempos de respuestas varían desde Los tiempos de respuestas varían desde 100 ms en el SCd, hasta 2 100 ms en el SCd, hasta 2 s en las LDR s en las LDR de SePb. La disipación de potencia va de de SePb. La disipación de potencia va de 50 mW hasta 1 W y las tensiones 50 mW hasta 1 W y las tensiones máximas sin iluminación pueden estar máximas sin iluminación pueden estar entre 100 V a 600 V. entre 100 V a 600 V.
Las fotorresistencias o celdas Las fotorresistencias o celdas fotoconductoras fabricadasfotoconductoras fabricadas
En las zona visible y muy próximas al En las zona visible y muy próximas al infrarrojo se usan compuestos del cadmio infrarrojo se usan compuestos del cadmio como: SCd, SeCd, TeCd. como: SCd, SeCd, TeCd.
En la región del infrarrojo cercano se usan En la región del infrarrojo cercano se usan los compuestos del plomo, como SPb, los compuestos del plomo, como SPb, SePb, TePb. SePb, TePb.
En la zona del infrarrojo medio y lejano se En la zona del infrarrojo medio y lejano se aplican compuestos de indio como SbIn, aplican compuestos de indio como SbIn, AsIn, así como el telurio, y aleaciones AsIn, así como el telurio, y aleaciones teluro-cadmio-mercurio, además del silicio teluro-cadmio-mercurio, además del silicio y el germanio dopados.y el germanio dopados.
Transformador diferencial de Transformador diferencial de variación lineal, LVDT.variación lineal, LVDT.
El transformador de voltaje diferencial El transformador de voltaje diferencial lineal, LVDT, se basa en la variación de la lineal, LVDT, se basa en la variación de la inductancia mutua entre el primario de un inductancia mutua entre el primario de un transformador y cada uno de sus dos (2) transformador y cada uno de sus dos (2) secundarios iguales y en oposición. La secundarios iguales y en oposición. La tensión de salida dependerá del tensión de salida dependerá del desplazamiento a medir de su núcleo desplazamiento a medir de su núcleo ferromagnético. El primario se alimenta ferromagnético. El primario se alimenta con una tensión alterna. con una tensión alterna.
Transformador diferencial de Transformador diferencial de variación lineal, LVDT.variación lineal, LVDT.
Cuando el núcleo se encuentra en Cuando el núcleo se encuentra en posición central, las tensiones posición central, las tensiones inducidas en cada secundario son inducidas en cada secundario son iguales y opuestas; por lo tanto la iguales y opuestas; por lo tanto la salida es cero. Al desplazarse el salida es cero. Al desplazarse el núcleo de la posición central, la núcleo de la posición central, la tensión inducida de uno de los tensión inducida de uno de los secundarios aumenta, mientras que secundarios aumenta, mientras que la del otro disminuye en la misma la del otro disminuye en la misma magnitud.magnitud.
Esquema eléctrico del LVDT Esquema eléctrico del LVDT
Impedancias del LVDT Impedancias del LVDT En el primario la resistencia total es
pe RRR 1y en el secundario es
212 ss RRR
aplicando la LKV en el primario
sMMIsLRIV spe 12111
y en el secundario
32121210 sMsLsLRIsMMI sp
21332112
21233212
121
22 RRMLLRLRsMMMLLLs
VMMsI ep
Impedancias del LVDT Impedancias del LVDT
La tensión de salida es
RLIVS 2
Impedancias del LVDT Impedancias del LVDT
Al desplazar al núcleo a la posición central, se hace M2 = M1 y se comprueba que la tensión de salida se hace nula.
Fabricación de LVDTFabricación de LVDT
Se fabrican con alcances de Se fabrican con alcances de 100 100 m m a a 25 cm. 25 cm.
LVDT: AplicacionesLVDT: Aplicaciones Sus aplicaciones están dirigidas hacia las Sus aplicaciones están dirigidas hacia las mediciones de desplazamientos y mediciones de desplazamientos y detecciones de posiciones. detecciones de posiciones. Frecuentemente se utilizan como Frecuentemente se utilizan como detectores de cero en servosistemas de detectores de cero en servosistemas de aviones y submarinos.aviones y submarinos. Se utiliza en los medidores de aceleración Se utiliza en los medidores de aceleración acompañados de un sistema inercial.acompañados de un sistema inercial. Se combina con el tubo de Bourdon, con Se combina con el tubo de Bourdon, con un fuelle, diafragma o cápsula, para la un fuelle, diafragma o cápsula, para la medición de presiones. medición de presiones. Herméticamente sellado, se utiliza Herméticamente sellado, se utiliza conjuntamente con un flotador que conjuntamente con un flotador que desplaza su núcleo para detectar un cierto desplaza su núcleo para detectar un cierto nivel al generar tensión de salida cero.nivel al generar tensión de salida cero.
Termómetros digitales de cuarzoTermómetros digitales de cuarzo
Estos sensores de cristal de cuarzo, a Estos sensores de cristal de cuarzo, a alta frecuencia con electrodos metálicos alta frecuencia con electrodos metálicos en dos de sus caras opuestas, tienen por en dos de sus caras opuestas, tienen por símbolo y circuito equivalente el mostrado símbolo y circuito equivalente el mostrado en la figura siguiente. La masa del cristal en la figura siguiente. La masa del cristal esta representada por L1, la elasticidad esta representada por L1, la elasticidad por C1, la fricción interna por R1, y la por C1, la fricción interna por R1, y la capacidad del soporte del cristal en capacidad del soporte del cristal en paralelo con la capacidad de los electrodos paralelo con la capacidad de los electrodos metálicos C0. metálicos C0.
Termómetros digitales de cuarzoTermómetros digitales de cuarzo
Termómetros digitales de cuarzoTermómetros digitales de cuarzo
donde donde
To = Temperatura de referencia (25 To = Temperatura de referencia (25 C)C)
y y = Parámetros que dependen de = Parámetros que dependen de la orientación del corte.la orientación del corte.
2000 1 TTTT
Termómetro digital HP 2804A: Termómetro digital HP 2804A: Esquema simplificado Esquema simplificado
Se determinan 40 puntos del margen de Se determinan 40 puntos del margen de medición que relaciona frecuencia con medición que relaciona frecuencia con temperatura. En base a ellos se traza la curva temperatura. En base a ellos se traza la curva de regresión. Los coeficientes obtenidos se de regresión. Los coeficientes obtenidos se almacenan en la memoria PROM que se almacenan en la memoria PROM que se suministra con cada sonda particular. La suministra con cada sonda particular. La sonda puede estar distante del instrumento sonda puede estar distante del instrumento puesto que la información se transmite por puesto que la información se transmite por frecuenciafrecuencia
Termómetro basado en dos BJT Termómetro basado en dos BJT idénticosidénticos
2
1lnC
Cd I
I
q
TKv
Termómetro con 2 BJT como Termómetro con 2 BJT como sensores y 2 BJT como circuitos de sensores y 2 BJT como circuitos de
corrientes constantes.corrientes constantes. En la figura se En la figura se implementa el circuito implementa el circuito de corriente constante de corriente constante para IC1 = 10 para IC1 = 10 A yA yIC2 = 5 IC2 = 5 A, siendo vd/T A, siendo vd/T = 59,81 = 59,81 V/K.V/K.Para el amplificador Para el amplificador operacional la ganancia operacional la ganancia AV = 167,18, la tensión AV = 167,18, la tensión de salida esde salida es V0 = 10 mV/K.V0 = 10 mV/K.
Otros sensores de temperatura Otros sensores de temperatura basados en semiconductores basados en semiconductores
AD592CN, REF-02A, LM335A, TMP-AD592CN, REF-02A, LM335A, TMP-01, LM35, MMBTS 102.01, LM35, MMBTS 102.
El TMP-01 consta de sensor, El TMP-01 consta de sensor, amplificador y comparadores.amplificador y comparadores.
Convertidor de temperatura a corriente Convertidor de temperatura a corriente que consta de dos fuentes de corriente que consta de dos fuentes de corriente
de espejode espejo Una fuente espejo esta formada por Una fuente espejo esta formada por los transistores pnp Q1 y Q2.los transistores pnp Q1 y Q2.
La otra fuente espejo esta La otra fuente espejo esta constituida por el par de transistores constituida por el par de transistores npn Q3-Q4, por lo tanto, npn Q3-Q4, por lo tanto,
IC3 = IC4 = IT/2.IC3 = IC4 = IT/2.
Convertidor de temperatura a corriente Convertidor de temperatura a corriente que consta de dos fuentes de corriente que consta de dos fuentes de corriente
de espejode espejo
TK
AIT
1
Convertidor T/I AD590Convertidor T/I AD590
TK
AIT
1
Convertidor T/I AD590Convertidor T/I AD590
Convertidor T/I AD590Convertidor T/I AD590
FINFIN