Sección 10-1
1. ¿Cuáles son las ventajas de los transductores de señales eléctricas sobre los transductores de señales mecánicas? 1.Las señales eléctricas se pueden transmitir de un lugar a otro mucho más fácilmente que las señales mecánicas. (Todo lo que necesita es un par de cables.) 2. Las señales eléctricas son más fáciles de amplificar y filtrar que las señales mecánicas. 3. Las señales eléctricas son fáciles de manipular para analizar cuestiones como la velocidad de cambio de la variable, la integral de tiempo de la variable, si la variable ha excedido algún límite, etcétera. 2. Si un potenciómetro de 10 000 Ω tiene una linealidad de 2%, ¿cuánto es lo más que la resistencia real puede diferir de la resistencia ideal en cualquier punto? Tan solo el 2% que es 200 Ω. 3. En términos generales, ¿qué se considera una linealidad aceptable para un potenciómetro usado como transductor de medición? De menos de 1%y algunas veces tan bajas como 0.1%. 4. Si un potenciómetro de cable enrollado de 1 000 Ω tiene 50 vueltas, ¿cuál es su resolución porcentual? La resolución porcentual es .002%. 5. En la figura 10-3 (c), si R1 = 5 k Ω, R2 = 12 k Ω, y R4 Ω 15 k Ω, ¿qué valor de R3 causará que el puente esté balanceado? 4 Ω.
Sección 10-2
6. El análisis de la sección 10-2 explicó por qué las palabras diferencial variable se utilizan en el nombre del LVDT. ¿Por qué supone que la pa labra lineal se usa en su nombre? El LVDT se construye de manera que la diferencia entre los dos voltajes de bobina secundaria sea proporcional al desplazamiento de núcleo. 7. ¿Aproximadamente qué tanto pueden desplazarse los núcleos de los LVDT? La mayoría de los LVDT tienen un rango del desplazamiento de aproximadamente más o menos una pulgada. 8. En términos generales, ¿cuánto voltaje de señal puede esperar de un LVDT? En cuanto a los valores de voltaje se refiere, la mayoría de los LVDT se diseñan para operar sobre un voltaje de entrada de menos de 10 V ca.
Sección 10-3
9. ¿De qué están hechos los t ubos Bourdon? Un tubo de Bourdon es un tubo de metal deformado con una sección transversal oval. Está abierto en un extremo y sellado en el otro. El tubo entero es elástico debido a la elasticidad del metal usado en su fabricación. 10. ¿Los tubos Bourdon se utilizan pa ra medir presión de líquidos, presión de gas o ambas? Ambas, ya que solo necesita un fluido para funcionar. 11. ¿Cuál es la ventaja de un tubo Bourdon espiral o helicoidal sobre un tubo de Bourdon de forma C? Los tubos Bourdon helicoidales y en espiral a menudo son preferibles que los tubos de Bourdon en forma de C debido a que producen un movimiento mayor de la escala por cantidad de presión. 12. ¿Los tubos de Bourdon son útiles para medir bajas presiones? Explique. Los tubos Bourdon se utilizan más a menudo para medir presiones en el rango de 10 a 300 psi. 13. Un tubo de Bourdon en sí mismo es un transductor mecánico. ¿Cómo se usan los tubos Bourdon para proporcionar una señal de medición eléctrica? El fluido cuya presión está siendo medida se admite al interior del tubo en el extremo abierto, el cual está anclado mecánicamente. El tubo entonces se curvea en una cantidad proporcional a la magnitud de la presión. Esta curvatura se transmite mecánicamente al selector de un potenciómetro o al núcleo de un LVDT para proporcionar una señal eléctrica. 14. En términos generales, ¿qué rango de presiones puede manejar un transductor de fuelle? Los tubos Bourdon se utilizan más a menudo para medir presiones en el rango de 10 a 300 psi. 15. ¿Un fuelle de presión en sí mismo es un transductor mecánico o un transductor eléctrico? Explique. Es un transductor mecánico, ya que en el momento en que el fuelle se expande, acciona una articulación mecánica que mueve el selector de un potenciómetro para proporcionar una señal de salida eléctrica. En este caso el potenciómetro es el transductor eléctrico. 16. ¿Qué devuelve a un fuelle a su posición original cuando su presión es aliviada? Mediante un resorte de regreso o una tuerca de a juste.
Sección 10-4
17. Hablando estrictamente, ¿un lazo termo acoplador mide la temperatura de unión caliente, o mide la diferencia entre temperaturas de unión fría y caliente? Mide la diferencia entre temperaturas de unión fría y caliente. 18. En las tasas de termo acoplador industriales, ¿qué temperatura de unión fría se asume habitualmente? 75° F. 19. ¿Cuál es el propósito de los circuitos de compensación de termo acoplador? Se utilizan debido a esta variación en la temperatura de unión fría, los lazos de termo acoplador. 20. Si la unión fría de un lazo termo acoplador estuviera localizado en un cuarto de control de aire acondicionado y calefacción, ¿sería necesario un circuito de compensación? Explique. Si. El instrumento de medición se localiza fuera con el equipo y la maquinaria industrial. La temperatura ambiente puede variar fácilmente de cerca de 50 °F en el invierno a cerca de 100 °F en el verano; estos cambios en la temperatura del ambiente son comunes. 21. De los tipos comunes de termo acoplador, ¿cuál es el más sensible? Los que están hechos de 87% platino/13% rodio-platino puro. 22. De los tipos comunes de termo acoplador, ¿cuál tipo es más adecuado para las temperaturas superiores a 2 000 °F? Los que están hechos de Chromel. Alumel o 87 % platino/13% rodio-platino puro. 23. De los termo acopladores de tipo común, ¿cuál tipo supone que es el más costoso? Los que no tienen circuitos de compensación de temperatura.
Sección 10-5
24. ¿Cuál es la diferencia entre un coeficiente de temperatura positiva de resistencia y un coeficiente de temperatura negativa de resistencia? Un coeficiente positivo significa que la resistencia se vuelve mayor al incrementarse la temperatura. 25. ¿Un RTD tiene un coeficiente de temperatura positivo o negativo de resistencia? Repita la pregunta para un termistor. Los RTD tienen coeficientes de temperaturas positivos, los termistores tienen coeficientes de temperaturas negativos. 26. ¿Cuál dispositivo es más sensible, un termistor o un RTD? Los termistores.
27. ¿Cuál dispositivo es más lineal, un termistor o un RTD? Un RTD. 28. De los materiales de RTD comunes, ¿cuál es el más sensible? Níquel, Cobre y Platino. 29. Sobre qué rango de temperaturas los RTD encuentran su mayor uso industrial. Repita para los termistores. La mayoría de los termistores se fabrican para usarse entre -150 °F y -800 °F, aunque se han desarrollado termistores especiales para usarse a temperaturas extremadamente bajas, cercanas al cero a bsoluto. Los termómetros RTD están disponibles para usarse a temperaturas de -400 °F a -2 000 °F. 30. Dibuje el símbolo esquemático para un resistor sensible a la temperatura que tenga un coeficiente de temperatura positivo. Repita para un coeficiente de temperatura negativo.
31. ¿Cuál es la diferencia entre una escala de medición lineal y una escala de medición no lineal? Una escala de lectura lineal significa que distancias iguales en la escala representan diferencias iguales en temperatura, o, dicho de otra manera, que las marcas de la escala de temperatura están espaciadas equivalentemente. 32. ¿Qué es la escala logarítmica? ¿Por qué se utilizan en gráficas? Es una escala de medida que utiliza el logaritmo de una cantidad física en lugar de la propia cantidad. 33. Cuando un termistor está siendo usado para medir la temperatura de un medio externo, ¿el auto calentamiento es bueno o malo? Explique. En cualquier aplicación de medición de temperatura externa, es importante eliminar el efecto del calor generado internamente por el termistor, esto se hace haciendo la corriente del termistor muy pequeña. En algunas aplicaciones, sin embargo, la ca pacidad de un termistor para cambiar su propia resistencia al 2 generar energía calorífica I R puede ser muy útil. 34. Explique la forma en que el auto calentamiento de un termistor se puede utilizar para detectar si un líquido está por arriba o por debajo de una cierta altura dentro de un tanque. El auto calentamiento del termistor se puede utilizar para establecer retrasos de tiempo, proteger componentes delicados de sobrecargas de corriente, detectar la presencia o ausencia de material conductivo térmico, etcétera.
Sección 10-6
35. Explique por qué los transductores de temperatura de estado sólido generalmente no son adecuados para una medición precisa de temperatura. El defecto universal de este método es la inevitable inestabilidad de lote de todo dispositivo de estado sólido 36. En la figura 10-11(b), suponga que R F = 49 kΩ y RENT= 1 kΩ. El diodo tiene la característica de temperatura mostrada en la figura 10-11(a). ¿Qué magnitud de cambio existirá en el voltaje de salida para un ca mbio de temperatura de 5 °C? Repita para T = 100 °C. 500 y 10000 respectivamente. 37. ¿Cuál es la ventaja fundamental de un pirómetro óptico sobre otros transductores de temperatura? Se pueden medir altas temperaturas a distancia. 38. Para medir una temperatura más alta con un pirómetro óptico, ¿qué cambio se debe realizar en la corriente del filamento, un incremento o un decremento? Un incremento.
Sección 10-7
39. ¿Cuál es la diferencia entre una celda fotovoltaica y una celda fotoconductora? Una celda fotovoltaica es una fuente de energía cuyo voltaje de salida varía en relación con la intensidad luminosa sobre su superficie. Una celda fotovoltaica es un dispositivo pasivo, que no es capaz de producir energía; su resistencia varía en relación con la intensidad luminosa en su superficie. 40. ¿Cuál es la ventaja operativa principal de la celda fotoconductora sobre la fotovoltaica? La virtud principal de la celda fotoconductora moderna es su sensibilidad. 41. ¿Cuál es la principal ventaja operativa de las celdas fotovoltaicas sobre las celdas fotoconductoras? Cuando es necesaria una respuesta rápida, las celdas fotovoltaicas son preferibles a las celdas fotoconductoras. 42. ¿Las celdas foto conductivas tienen un coeficiente de iluminación negativo o positivo de resistencia? Explique. Negativo, ya que al elevarse l a iluminación la resistencia disminuye. 43. ¿Qué significa el término proporción iluminación-a-o scuridad? El gran cambio de resistencia en una celda fotoconductora.
44. En términos generales, ¿aproximadamente cuánto voltaje puede suministrar una celda fotovoltaica típica? Repita la pregunta para la corriente. .5 volts y 1 Amper. 45. ¿Qué es la fatiga de celdas fotovoltaicas? Las celdas fotovoltaicas están sujetas a una fatiga cuando suministran casi toda su corriente durante algún periodo de tiempo. 46. ¿Las celdas fotovoltaicas p ueden apilarse en paralelo? ¿Pueden apilarse en serie? Se pueden apilar en cualquiera de las dos formas. 47. Explique la operación de un foto detector de conmutación. ¿Cuál es su ventaja sobre un foto detector “plano”? Que su conmutación es mayor. 48. ¿Cuáles frecuencias de conmutación no deben utilizarse para los foto detectores de r ecorte? ¿Por qué? Pulsaciones de luz de 60 y 120 Hz de las lámparas de mercurio. Para que sea más fácil distinguir entre la luz ambiental y una luz de señal verdadera. 49. ¿Todas las fotoceldas son sensibles a la temperatura? No. 50. ¿Cuáles son las unidades de iluminación en el sistema inglés? (Existen dos nombres para la misma unidad; vea si puede obtener el otro nombre.) Candelas. 51. ¿Cuáles son las unidades de iluminación en el sistema métrico SI? ¿Cuál es el factor de conversión entre las unidades Inglesas y las SI? Candelas. 52. ¿Qué nivel de iluminación se considera una completa oscuridad? 0 pie-candela. 53. ¿Cuál es el nivel de iluminación en exteriores en un día soleado? 10,000 lux. 54. ¿Por qué no pueden utilizarse lámparas incandescentes para el foto conmutador de la figura 10-21? Pulsaciones de luz de 60 y 120 Hz de las lámparas de mercurio. Para que sea más fácil distinguir entre la luz ambiental y una luz de señal verdadera.
55. Nombre algunos de los usos industriales de los aisladores/acopladores ópticos. El uso industrial más común del aislador óptico es como convertidor de señales entre dispositivos pilotos de alto voltaje (interruptores de límite, etc.) y circuitos lógicos de estado sólido de bajo voltaje. 56. ¿Cuáles son las ventajas de los acopladores ópticos sobre los acopladores analizados en el capítulo 1? Los aisladores ópticos se pueden utilizar en cualquier situación donde una señal debe transferirse entre dos circuitos que están aislados eléctricamente uno de otro. 57. ¿Cuáles son las ventajas de los LED sobre las fuentes de luz convencionales? Algunos LED ni siquiera emiten una luz visible sino que emiten luz infrarroja invisible al ojo humano. Naturalmente, tales LED deben utilizarse con foto detectores que sean sensibles a la radiación infrarroja. En acopladores ópticos de fabricación comercial ésta es una práctica común, dado que no es necesario que ninguna persona perciba la luz. 58. ¿Cuál es la diferencia entre los LED visibles y los LED infrarrojos? Presente las ventajas relativas de cada uno. Los LED infrarrojos son más eficientes que los LED visibles, ya que convierten una mayor parte de la energía eléctrica en luz y una menor parte en calor. 59. Un eje-codificador óptico tiene una proporción de 10:1 y 180 orificios sobre su disco. a.
¿Qué tanto debe desplazarse el eje medido para incrementar el contador en 1 bit?
b.
¿Cuál es la resolución de este transductor?
.5°.
Tiene una resolución de .5°. c. Si el eje medido se desplaza de forma positiva 87.4°, ¿cuál será el contenido binario del contador? Suponga un diseño con un contador de 12 bits con once bits de magnitud y un bit de signo. 0001 1011 0101. 60. Para el transductor del problema 59, ¿qué cantidad de desplazamiento producirá un contenido binario de 0011 0111 1010? Especifique la magnitud y la dirección. 178°. 61. Repita el problema 60 para un contenido de contador binario de 1101 0010 0101. 673°. 62. ¿Puede el transductor de eje óptico de los problemas 59, 60 y 61 construirse con una sola fotocelda, o se requieren dos fotoceldas? Con una es suficiente.
