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*Transductores y Sensores según la variable física a medir.*Sistemas de unidades de medición de las variables:Presión.Flujo.Temperatura.*Tablas de Equivalencias de las variables longitud, Área.TRANSCRIPT
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Introducción
En todo proceso de automatización es necesario captar las magnitudes de planta, para poder así saber el estado del proceso que estamos controlando. Para ello empleamos los sensores y transductores. Un transductor es un dispositivo que transforma un tipo de variable física
(por ejemplo, fuerza, presión, temperatura, velocidad, etc.) en otro. Un
sensor es un transductor que se utiliza para medir una variable física de
interés. Algunos de los sensores y transductores utilizados con más
frecuencia son los calibradores de tensión (utilizados para medir la fuerza
y la presión), los termopares (temperaturas), los velocímetros (velocidad).
Cualquier sensor o transductor necesita esta calibrado para ser útil como
dispositivos de medida. La calibración es el procedimiento mediante el
cual se establece la relación entre la variable medida y la señal de salida
convertida.
Tocando el punto de las unidades de medición La metrología es la Ciencia de las Mediciones y que medir es comparar con algo (unidad) que se tomo como base de comparación. Claro está que para realizar la medición se debe de tener una unidad establecida y están son las que se van a presentar en el siguiente trabajo.
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Esquema
Introducción
1) Transductores y Sensores.
2) Características de los transductores.
2.1) Características comunes de los transductores.
2.2) Características deseables de los transductores.
3) Clasificación de Transductores.
3.1) Clasificación de los transductores según la variable física a medir.
4) Sistema de unidades de medición.
5) Sistemas de unidades de medición de las variables:
5.1) Presión.
5.2) Flujo.
5.3) Temperatura.
6) Tablas de Equivalencias de las variables Longitud, Área.
Conclusión.
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1) Transductores y Sensores:
El término transductor ha sido aplicado a dispositivos, o combinaciones de dispositivos, que convierten señales, o energía, de una forma física a otra forma. Más específicamente, en sistemas de medición, un transductor se define como un dispositivo que provee una salida usable, en respuesta a una medida especificada. La medida es "una cantidad física, propiedad o condición, la cual es medida" y la salida es una "cantidad eléctrica, producida por un transductor, que es función de la medida". Los transductores, constituidos por un sensor y circuitos electrónicos, posibilitan la conversión de magnitudes físicas no eléctricas como temperatura, fuerza, presión, distancia, movimiento, etc., en magnitudes eléctricas ya sean tensiones o corrientes DC. En particular, si la señal a medir es una magnitud eléctrica, el transductor es denominado convertidor de medida (CM). Éstos toman como fuente una señal eléctrica (tensión, corriente, potencia, frecuencia, etc.) y la transforman a otra señal eléctrica de DC proporcional a lo que se quiere medir.
2) Características de los transductores
Los transductores pueden tener un innumerable conteo de aplicaciones en la industria. Su principal ventaja es permitir a distancias largas señales eléctricas que se pueden relacionar linealmente con señales de corriente de 4 a 20 mA. Esto permite que se pueda ver el estado de máquinas y procesos en lugares apartados de su ubicación de origen, permitiendo así, un mejor seguimiento y un mayor control a distancia.
2.1) Características comunes de los transductores:
Capacidad de sobrecarga en el circuito de entrada: Corriente permanente: 2 In
Corriente transitoria: 25 In, 1 segundo Voltaje permanente: 1.3 Un Voltaje transitorio: 2.0 Un, 10 segundos Aislamiento dieléctrico entre caja y terminales: 2 K
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2.2) Características deseables de los transductores
Exactitud
La exactitud de la medición debe ser tan alta como fuese posible. Se entiende por exactitud que le valor verdadero de la variable se pueda detectar sin errores sistemáticos positivos o negativos en la medición. Sobre varias mediciones de la variable, el promedio de error entre el valor real y el valor detectado tendera a ser cero.
Precisión
La precisión de la medición debe ser tan alta como fuese posible. La precisión significa que existe o no una pequeña variación aleatoria en la medición de la variable. La dispersión en los valores de una serie de mediciones será mínima.
Rango de funcionamiento
El sensor debe tener un amplio rango de funcionamiento y debe ser exacto y preciso en todo el rango.
Velocidad de respuesta
El transductor debe ser capaz de responder a los cambios de la variable detectada en un tiempo mínimo. Lo ideal sería una respuesta instantánea.
Calibración
El sensor debe ser fácil de calibrar. El tiempo y los procedimientos necesarios para llevar a cabo el proceso de calibración deben ser mínimos. Además, el sensor no debe necesitar una recalibración frecuente. El término desviación se aplica con frecuencia para indicar la pérdida gradual de exactitud del sensor que se produce con el tiempo y el uso, lo cual hace necesaria su recalibración.
Fiabilidad
El sensor debe tener una alta fiabilidad. No debe estar sujeto a fallos frecuentes durante el funcionamiento.
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3) Clasificación de Transductores:
Los transductores y pueden clasificarse en dos tipos básicos, dependiendo de la forma de la señal convertida.
Los dos tipos son:
Transductores analógicos Transductores digitales
Los transductores analógicos proporcionan una señal analógica continua, por ejemplo voltaje o corriente eléctrica. Esta señal puede ser tomada como el valor de la variable física que se mide.
Los transductores digitales producen una señal de salida digital, en la forma de un conjunto de bits de estado en paralelo o formando una serie de pulsaciones que pueden ser contadas. En una u otra forma, las señales digitales representan el valor de la variable medida. Los transductores digitales suelen ofrecer la ventaja de ser más compatibles con las computadoras digitales que los sensores analógicos en la automatización y en el control de procesos.
Ademas de estos dos tipos de transductores básicos también se encuentran los “Transductores Híbridos” los cuales funcionan con señales analógicas y digitales a la vez.
3.1) Clasificación de los transductores según la variable física a medir:
Temperatura:
RTD:
Sensor de tipo resistivo y que varía su resistencia según la temperatura. Actúa como un metal, por lo tanto tiene coeficiente de temperatura positivo. Es un sensor muy lineal, repetibilidad alta y presentan un error del 0,1% a 1%. La sensibilidad es 10 veces mayor a los termopares, y 10 veces menor que los termistores.
TERMOPAR:
Son sensores generadores y se basan en el efecto Peltier y del efecto Seebeck. Se basan en que dos metales homogéneos, A y B, con dos uniones a diferente temperatura, aparecerá una corriente eléctrica.
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TERMISTORES:
Son semiconductores sensibles a la T. Se consigue actuando sobre la movilidad de los semiconductores. Hay de 2 tipos:
NTC (coeficiente de temperatura negativo) y PTC (coeficiente de temperatura positivo).
Las NTC son incluso más alineales que las PTC. Tienen una alta sensibilidad (10+ que las RTD), presenta una resistencia muy alta a la temperatura de trabaja, bajo calentamiento y son económicos.
Son no-lineales. Presentan una disparidad de valores ente el mismo componente de la misma familia.
PIROELECTRICOS:
Son sensores generadores. Aparecen cargas superficiales en una dirección determinada cuando el material experimenta un cambio de temperatura. Estas cargas son debidas al cambio de su polarización espontánea al variar la temperatura.
Osciladores de Cuarzo
UNIONES P-N:
DIODO, TRANSISTORES, dada sus características estáticas, la movilidad de los semiconductores variará a la temperatura variando la corriente que circule por ella.
Distancia, desplazamiento o posición:
POTENCIOMETROS:
Es un sensor de tipo resistivo. Básicamente es un resistor con un contacto móvil deslizante o giratorio. Y según el ángulo girado o la distancia recorrida x la resistencia entre el contacto móvil y uno de los terminales varía.
GALGAS:
Se basan en la variación de resistencia de un conductor o un semiconductor cuando es sometido a un esfuerzo mecánico.
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MAGNETORRESISTENCIAS:
Si se le aplica un campo eléctrico a un conductor por el que circula una corriente eléctrica, dependiendo de la dirección del campo, además de la tensión de Hall hay una reducción de la corriente al ser desviados algunos electrones de su trayectoria.
CONDENSADOR DIFERENCIAL:
Sensor de tipo capacitivo. Consiste en dos condensadores variables dispuestos físicamente de tal modo que experimenten el mismo cambio pero en sentidos opuestos.
LVDT:
Sensor inductivo. Es un transformador diferencial de variación lineal. Se basa en la variación de la inductancia mutua ente un primario y cada uno de los secundarios al desplazarse a lo largo de su interior un núcleo de material ferromagnético, arrastrado por un vástago no ferromagnético, unido a la pieza cuyo movimiento se desea medir.
CORRIENTES DE FOUCAULT:
Sensor inductivo. La impedancia de una bobina por la que circula una corriente alterna queda alterada si se introduce una superficie conductora dentro de su campo magnético. Ello es debido a que se inducen corrientes de Foucault en la superficie que crean su propio campo magnético, opuesto al de la bobina. Cuanto más próximas estén la bobina y la superficie, mayor es el cambio de impedancia.
Resolver
EFECTO HALL:
Sensor inductivo. Consiste en la aparición de una diferencia de potencial transversal en un conductor o semiconductor, por el que circula corriente, cuando hay un campo magnético aplicado en dirección perpendicular a ésta.
CODIFICADOR INCREMENTAL:
Es un sensor digital. Hay un elemento lineal o un disco con poca inercia que se desplaza solidario a la pieza cuya posición se desea determinar.
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CODIFICADOR ABSOLUTO:
Sensor digital. Ofrecen a su salida una señal codificada correspondiente a la posición de un elemento móvil, regla o disco, con respecto a una referencia interna.
FOTOELÉCTRICOS:
Basada en uniones p-n.
REFLEXIÓN:
Por ultrasonidos.
Velocidad:
LEY FARADAY:
Sensor inductivo. En un circuito con N espiras que abarque un flujo magnético, si éste varía con el tiempo se induce en él una tensión o fuerza electromotriz e.
CODIFICADORES INCREMENTALES EFECTO DOPPLER
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4) Sistema de unidades de medición:
Un sistema de unidades es un conjunto consistente de unidades de medida. Definen un conjunto básico de unidades de medida a partir del cual se derivan el resto. Existen varios sistemas de unidades:
Sistema Internacional de Unidades o SI:
Es el sistema más usado. Sus unidades básicas son: el metro, el kilogramo, el segundo, el ampere, el kelvin, la candela y el mol. Las demás unidades son derivadas del Sistema Internacional.
Sistema métrico decimal:
Primer sistema unificado de medidas.
Sistema cegesimal o CGS:
Denominado así porque sus unidades básicas son el centímetro, el
gramo y el segundo.
Sistema Natural:
En el cual las unidades se escogen de forma que ciertas constantes
físicas valgan exactamente 1.
Sistema técnico de unidades:
Derivado del sistema métrico con unidades del anterior. Este sistema
está en desuso.
Sistema anglosajón de unidades:
Aún utilizado en algunos países anglosajones. Muchos de ellos lo están reemplazando por el Sistema Internacional de Unidades.
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5) Sistemas de unidades de medición: Presión, Flujo, Temperatura.
5.1) Sistema de unidades de la variable presión:
Presión
En física y disciplinas afines, la presión es una magnitud física que mide la fuerza por unidad de superficie, y sirve para caracterizar como se aplica una determinada fuerza resultante sobre una superficie.
En el Sistema Internacional de Unidades (SI) la presión se mide en una unidad derivada que se denomina pascal (Pa) que es equivalente a una fuerza total de un newton actuando uniformemente en un metro cuadrado.
Sistema internacional de unidades:
Gigapascal (GPa), 109 Pa Megapascal (MPa), 106 Pa Kilopascal (kPa), 103 Pa Pascal (Pa), unidad derivada de presión del SI, equivalente a un
newton por metro cuadrado ortogonal a la fuerza.
El pascal (símbolo Pa) es la unidad de presión del Sistema Internacional de Unidades. Se define como la presión que ejerce una fuerza de 1 newton sobre una superficie de 1 metro cuadrado normal a la misma.
1 Pa = 1 N/m2 = 1 J/m3 = 1 kg m-1 s-2
Equivale a 10–5 bares, 10 barias y a 9,86923 · 10–6 atmósferas.
Sistema cegesimal:
Baria.
La baria es la unidad de presión del sistema cegesimal (CGS). Se define como la presión ejercida por una fuerza de una dina sobre una superficie de un centímetro cuadrado. Esta unidad no tiene símbolo reconocido, por lo que suele designarse tal cual, aunque en algunos lugares se la abrevia por b (desaconsejable).
Sistema técnico gravitatorio
Kilogramo fuerza por centímetro cuadrado (kgf/cm2) Gramo fuerza por centímetro cuadrado (gf/cm2) Kilogramo fuerza por decímetro cuadrado (kgf/dm2)
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Sistema inglés
PSI es la unidad básica de este sistema se denomina psi (del inglés Pounds per Square Inch) a una unidad de presión cuyo valor equivale a 1 libra por pulgada cuadrada.
KSI = 1000 PSI PSI. Libra fuerza por pulgada cuadrada (lbf/in
2)
Otros sistemas de unidades:
Bar
Se denomina bar a una unidad de presión equivalente a un millón de barias, aproximadamente igual a una atmósfera (1 Atm). Su símbolo es "bar". La palabra bar tiene su origen en báros, que en griego significa peso.
Atmósfera (atm) = 101325 Pa = 1013,25 mbar = 760 mmHg Milímetro de mercurio (mmHg) = Torricelli (Torr) Pulgadas de mercurio (pulgadas Hg)
Tabla de Equivalencias:
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5.2) Sistema de unidades de la variable Fluido.
Un fluido es una sustancia o medio continuo que se deforma continuamente en el tiempo ante la aplicación de una solicitación o tensión tangencial sin importar la magnitud de ésta.
Características
La posición relativa de sus moléculas puede cambiar continuamente.
Todos los fluidos son compresibles en cierto grado. No obstante, los líquidos son mucho menos compresibles que los gases.
Tienen viscosidad, aunque la viscosidad en los gases es mucho menor que en los líquidos.
La viscosidad es la resistencia que presenta un fluido a ser movido por una fuerza.
Caudal (fluido)
En dinámica de fluidos, caudal es la cantidad de fluido que pasa en una unidad de tiempo. Normalmente se identifica con el flujo volumétrico o volumen que pasa por un área dada en la unidad de tiempo. Menos frecuentemente, se identifica con el flujo másico o masa que pasa por un área dada en la unidad de tiempo.
El caudal de un río puede calcularse a través de la siguiente fórmula:
Donde
Q Caudal ([L3T−1]; m3/s) A Es el área ([L2]; m2) Es la velocidad lineal promedio. ([LT−1]; m/s)
Galones por minuto: US GALONES/MIN.
Galones por minuto (GPM o gpm), es una unidad de velocidad de flujo volumétrico de líquidos. La unidad de "galón" es ambigua, y puede referirse al galón EE.UU. líquido (USgpm) o Imperial (Reino Unido) por galón (Igpm). A menos que el galón se declara explícitamente, por lo general se supone que el galón EE.UU. líquido en los Estados Unidos, y el galón imperial de Gran Bretaña. Otros países utilizan una o ambas definiciones unidad para el galón, lo que puede llevar a confusión ya que hay una diferencia significativa entre las dos unidades.
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La unidad se puede utilizar para describir en términos generales la cantidad de agua en un río, o más precisamente, la salida de una bomba de agua.
Pie Cubico por segundo: Pie3/seg.
Un pie cúbico por segundo (también síndrome de fatiga crónica, cu ft / s, y cusec pies ³ / s) es una unidad Imperial tasa / unidad EE.UU. consuetudinario de flujo volumétrico, lo que equivale a un volumen de 1 pie cúbico que fluye cada segundo. Uso actual oficial es limitado en gran parte a los Estados Unidos y Canadá, pero al igual que muchas unidades imperiales que han sido oficialmente "abolido" en el Reino Unido, que sigue siendo familiar en ese país, con el uso no oficial de amplia. Es popularmente utilizado para los tipos de transporte por tubería, el flujo de agua en los ríos, y para las mediciones de flujo de aire HVAC.
Metro cubico Por Segundo: M3/Seg
Un metro cúbico por segundo (m3 · s-1, en m3 / s, cumecs o un metro cúbico por segundo en Inglés Americano) es una unidad derivada del SI de velocidad de flujo igual a la de un cubo con lados de un metro (~ 39,37 in) de longitud intercambiada o en movimiento cada segundo. Es popularmente utilizado para el flujo de agua, especialmente en los ríos y arroyos, y las fracciones de HVAC valores de medición de flujo de aire.
Litro Por Minuto: Litro/Minuto
Un litro por minuto (litros por minuto también en Inglés Americano, l / min, y l / min) es una unidad derivada del SI de la medición de caudal volumétrico que es equivalente a un litro de volumen que fluye a cada instante.
Barriles Por Día: Barriles/Día
Barriles por día (BPD abreviada, bbl / d, b / d, o bd b / d) es una medida utilizada para describir la cantidad de petróleo crudo (medido en barriles) producidos o consumidos por una entidad en un día. Por ejemplo, un campo petrolero podría producir 100.000 barriles diarios, y un país puede consumir 1 millón de bpd.
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5.3) Sistema de unidades de la variable Temperatura:
La temperatura es una magnitud referida a las nociones comunes de caliente o frío. Por lo general, un objeto más "caliente" tendrá una temperatura mayor, y si fuere frío tendrá una temperatura menor. Físicamente es una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. Más específicamente, está relacionada directamente con la parte de la energía interna conocida como "energía sensible", que es la energía asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en forma de vibraciones. A medida que es mayor la energía sensible de un sistema se observa que está más "caliente" es decir, que su temperatura es mayor.
Unidades de Medición de temperatura:
El kelvin (antes llamado grado Kelvin),[1] simbolizado como K, es la unidad de temperatura de la escala creada por William Thomson en el año 1848, sobre la base del grado Celsius, estableciendo el punto cero en el cero absoluto (−273,15 °C) y conservando la misma dimensión. William Thomson, quien más tarde sería Lord Kelvin, a sus 24 años introdujo la escala de temperatura termodinámica, y la unidad fue nombrada en su honor.
El grado Celsius, (símbolo ºC), es la unidad creada por Anders Celsius en 1742 para su escala de temperatura. El grado Celsius pertenece al Sistema Internacional de Unidades, con carácter de unidad accesoria, a diferencia del kelvin que es la unidad básica de temperatura en dicho sistema.
El grado Celsius se tomó como punto de partida para definir el kelvin, ya que los intervalos de temperatura expresados en ºC y en kelvins tienen el mismo valor. En la actualidad se define a partir del kelvin del siguiente modo:
El grado Fahrenheit (representado como °F) es una escala de temperatura propuesta por Daniel Gabriel Fahrenheit en 1724. La escala se establece entre las temperaturas de congelación y evaporación del agua, que son 32 °F y 212 °F, respectivamente. El método de definición es similar al utilizado para el grado Celsius.
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Equivalencias De Temperatura
0.555 (°F - 32) = Grados Celsius (°C) (
1.8 x °C) + 32 = Grados Fahrenheit (°F)
°C + 273.15 = Grados Kelvin (°K)
Punto de ebullición = 212° F
= 100° C
= 373° K
Punto de congelamiento = 32° F = 0° C = 273° K
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Conclusión.
El término transductor ha sido aplicado a dispositivos, o combinaciones de dispositivos, que convierten señales, o energía, de una forma física a otra forma. Más específicamente, en sistemas de medición, un transductor se define como un dispositivo que provee una salida usable, en respuesta a una medida especificada. La medida es "una cantidad física, propiedad o condición, la cual es medida" y la salida es una "cantidad eléctrica, producida por un transductor, que es función de la medida". Los transductores, constituidos por un sensor y circuitos electrónicos, posibilitan la conversión de magnitudes físicas no eléctricas como temperatura, fuerza, presión, distancia, movimiento, etc., en magnitudes eléctricas ya sean tensiones o corrientes DC.
En la actualidad el Sistema Internacional de Unidades reconoce las siguientes unidades como fundamentales, ya que no se basan en otras unidades para su definición.
Frecuentemente es necesario referirse a otras unidades de medida diferentes a las unidades fundamentales, estas son las unidades derivadas que se forman a partir de las unidades fundamentales por la aplicación de algoritmos establecidos con la finalidad de obtener unidades que se puedan aplicar en los casos no previstos por las unidades fundamentales. El conjunto de unidades de media aceptado en la mayoría de los países se le conoce como Sistema Internacional de Unidades (SI).