Actuadores de Velocidad y Aceleración
Introducción •
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Transductor: dispositivo capaz de transformar o convertir una determinada manifestación de energía de entrada, en otra diferente a la salida, pero de valor muy pequeños en términos relativos con respecto a un generador. generador. Es un dispositivo usado principalmente en la industria, en la medicina interna, en la agricultur a gricultura, a, en robótica, en aeronáutica, etc., para obtener la información de entornos físicos y químicos y conseguir (a partir de esta información) señales o impulsos eléctricos o viceversa. viceversa. siempre consumen cierta cantidad de energía por lo que la señal medida resulta atenuada.
Introducción •
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Transductor: dispositivo capaz de transformar o convertir una determinada manifestación de energía de entrada, en otra diferente a la salida, pero de valor muy pequeños en términos relativos con respecto a un generador. generador. Es un dispositivo usado principalmente en la industria, en la medicina interna, en la agricultur a gricultura, a, en robótica, en aeronáutica, etc., para obtener la información de entornos físicos y químicos y conseguir (a partir de esta información) señales o impulsos eléctricos o viceversa. viceversa. siempre consumen cierta cantidad de energía por lo que la señal medida resulta atenuada.
Velocidad lineal •
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Magnitud física de carácter vectorial (deben considerarse la dirección del desplazamiento y el módulo, el cual se denomina celeridad o rapidez) que expresa el desplazamiento de un objeto por unidad de tiempo. Se representa por Sus dimensiones son [L]/[T]. Es el ritmo o tasa de cambio de la posición por unidad de tiempo, la aceleración es la tasa de cambio de la velocidad por unidad de tiempo.
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velocidad promedio: es la velocidad en un intervalo de tiempo dado. Se calcula dividiendo el desplazamiento (Δr) entre el tiempo (Δt) empleado en efectuarlo:
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Velocidad instantánea: es un vector tangente a la trayectoria, corresponde a la derivada del vector posición (R) respecto al tiempo. La velocidad instantánea es siempre tangente a la trayectoria.
Velocidad angular •
medida de la velocidad de rotación. Se define como el ángulo girado por una unidad de tiempo y se designa mediante la letra griega ω. Su unidad en el Sistema Internacional es el radián por segundo (rad/s).
Aceleración •
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magnitud vectorial que indica el cambio de velocidad por unidad de tiempo. En mecánica newtoniana, para un cuerpo con masa constante, la aceleración del cuerpo es proporcional a la fuerza que actúa sobre él mismo (segunda ley de Newton), donde la relación es válida en cualquier sistema de referencia inercial. F=ma
Transductores de Velocidad lineal y angular
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Dinamo tacométrica (analógica)
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Encoder (Digital)
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RVDT (analógico) y LVDT
Transductores de Aceleración
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Acelerómetros (analógicos)
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Servo acelerómetros
Dínamo Tacómetro •
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También denominadas también tacodinamos o tacómetros, son máquinas eléctricas rotativas reguladores de velocidades de giro. La primitiva función fue simplemente de control, indicadores del número de r. p. m. de ejes de giro. Actualmente La importancia de las dinamos tacométricas modernas reside en su participación directa en el proceso de regulación.
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En las instalaciones de regulación electrónica, son elementos aislados que por su disposición en el conjunto (acoplados a los sistemas motrices) parecen ajenos al circuito electrónico.
Funcionamiento •
proporcionan una señal de corriente continua. Están constituidos por un inductor que genera un campomagnético mediante imanes permanentes o electroimanes y un inducido o rotor ranurado sobre el que se bobinan unos devanados de hilo conductor. Suelen tener una sensibilidad entre 5y 10 mV por cada r.p.m. y pueden medir velocidades de hasta 10000 r.p.m
Encoder •
Un codificador rotatorio, también llamado codificador del eje o generador de pulsos, suele ser un dispositivo electromecánico usado para convertir el desplazamiento angular de un eje a un código digital.
Construcción Se corta un patrón complejo en una hoja de metal y se pone en un disco aislador, que está fijado al eje. También se coloca una fila de contactos deslizantes a lo largo del radio del disco. Mientras que el disco rota con el eje, algunos de los contactos tocan el metal, mientras que otros caen en los huecos donde se ha cortado el metal. La hoja de metal está conectada con una fuente de corriente eléctrica, y cada contacto está conectado con un sensor eléctrico separado. Se diseña el patrón de metal de tal forma que cada posición posible del eje cree un código binario único en el cual algunos de los contactos esté conectados con la fuente de corriente (es decir encendido) y otros no (apagados).
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Este código se puede leer por un dispositivo controlador, tal como un microprocesador, para determinar el ángulo del eje. Generalmente, si hay n contactos, el número de posiciones distintas del eje es 2n. En este ejemplo, n es 3, así que hay 23, es decir, 8 posiciones. En el ejemplo anterior, los contactos producen una cuenta binaria a medida que el disco gira. Sin embargo, esto tiene la desventaja de que si el disco para entre dos sectores adyacentes, o los contactos no se alinean perfectamente, es imposible determinar el ángulo del eje.
Sector
Contacto 1
Contacto 2
Contacto 3
Ángulo
1
OFF
OFF
OFF
0º a 45º
2
OFF
OFF
ON
45º a 90º
3
OFF
ON
ON
90º a 135º
4
OFF
ON
OFF
135º a 180º
5
ON
ON
OFF
180º a 225º
6
ON
ON
ON
225º a 270º
7
ON
OFF
ON
270º a 315º
8
ON
OFF
OFF
315º a 360º
RVDT •
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Un transformador diferencial variable giratorio (RVDT) es un tipo de transformador eléctrico utilizado para medir el desplazamiento angular. transductor electromecánico que proporciona una tensión de salida de corriente alterna variable de (AC) que es linealmente proporcional al desplazamiento angular de su eje de entrada. Cuando energizada con una fuente de CA fijo, la señal de salida es lineal dentro de un rango especificado en el desplazamiento angular.
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RVDTs utilizan sin escobillas, la tecnología sin contacto para asegurar la vida larga y la posición fiable y repetible de detección con resolución infinita. Tal rendimiento fiable y repetible asegura la posición exacta de detección en las condiciones más extremas. La mayoría RVDT se componen de una abertura, el estator laminado y un rotor de dos polos salientes. El estator, que contiene cuatro ranuras, contiene tanto el los dos devanados secundarios devanado primario y. Algunos devanados secundarios también pueden estar conectados entre sí.
Operación de los RVDT •
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Los dos voltajes inducidos de los devanados secundarios, V1 y V2, varían linealmente con el ángulo mecánico del rotor, θ:
Donde G es la ganancia o sensibilidad.
Ventajas del RVDT •
baja sensibilidad a la temperatura, la tensión primaria y variaciones de frecuencia
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robustez
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bajo costo
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electrónica de control simples
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pequeño tamaño
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Aunque el RVDT puede funcionar teóricamente entre ± 45 °, la precisión disminuye rápidamente después de ± 35 °. Por lo tanto, sus límites de operación se encuentran en su mayoría dentro de ± 30 °, pero algunos de hasta ± 40 °. Ciertos tipos pueden operar hasta ± 60 °.
LVDT •
El transformador diferencial variable lineal (LVDT) (también llamado simplemente un transformador diferencial, transformador de desplazamiento variable lineal, o transductor de desplazamiento lineal variable ) es un tipo de transformador eléctrico utilizado para la medición de desplazamiento lineal (posición) .
Acelerómetros •
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El acelerómetro piezoeléctrico por compresión se basa en que, cuando se comprime un retículo cristalino piezoeléctrico, se produce una carga eléctrica proporcional a la fuerza aplicada. están hechos normalmente de circonato de plomo. Los elementos piezoeléctricos se encuentran comprimidos por una masa, sujeta al otro lado por un muelle y todo el conjunto dentro de una caja metálica. Cuando el conjunto es sometido a vibración, el disco piezoeléctrico se ve sometido a una fuerza variable, proporcional a la aceleración de la masa. Debido al efecto piezoeléctrico se desarrolla un potencial variable que será proporcional a la aceleración. Dicho potencial variable se puede registrar sobre un osciloscopio o voltímetro.
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Su uso es común en mantenimiento predictivo, donde se emplea para detectar defectos en máquinas rotativas y alternativas, detectan los fenómenos de cavitación que pulsan a unas frecuencias características. Los acelerómetros electrónicos permiten medir la aceleración en una, dos o tres dimensiones, esta característica permite medir la inclinación de un cuerpo, puesto que es posible determinar con el acelerómetro la componente de la aceleración provocada por la gravedad que actúa sobre el cuerpo. también es usado para determinar la posición de un cuerpo, pues al conocerse su aceleración en todo momento, es posible calcular los desplazamientos que tuvo. Considerando que se conocen la posición y velocidad original del cuerpo bajo análisis, y sumando los desplazamientos medidos se determina la posición.
Servoacelerómetros •
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Un servoacelerómetro se compone de un galvanómetro en forma de péndulo y un sensor óptico, por ello tienen alta estabilidad ante cambios de temperatura, estabilidad a largo plazo del cero y son inmunes a vibraciones. Estos acelerómetros tienen muy altas prestaciones debido a su funcionamiento en bucle cerrado.
Caracteristicas •
Excelente estabilidad a cambios de temperatura
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Muy alta resistencia a shock y vibraciones
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Robusto, estanco y de pequeño tamaño
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Rangos desde 0,05 g hasta 1 g
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Salida ± 5 V y 4..20 mA
