sensores-transductores

UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATO FACULTAD DE INGENIERÍA EN SISTEMAS, ELECTRÓNICA E INDUSTRIAL CARRERA DE INGENIERÍA EN ELECTRÓNICA Y COMUNICACIONES Instrumentación y Control de procesos

Sexto “A”

Consulta N.- 3

Sensores Transductores y Transmisores Integrantes García José

Jinde David Morales Pamela Pico Javier

Fecha de Envío 10 de Octubre del 2017

Fecha de Entrega 12 de Octubre del 2017

Docente: Ing. Edgar Patricio Córdova Córdova MARZO 2017  –  SEPTIEMBRE  SEPTIEMBRE 2017 AMBATO - ECUADOR 2017

1.

TEMA

Sensores y Transductores y Transmisores

 2.

OBJETIVOS a. Objetivo General Investigar y definir los diferentes conceptos y aplicaciones de los transductores sensores y transmisores para un mejor entendimiento.

b. Objetivos Específicos 

Indagar sobre la definición de un transductor sensor y transmisor e identificar sus diferencias.



Caracterizar los transductores sensores y transmisores de acuerdo a las diferentes magnitudes físicas.



Analizar cada uno de los diferentes conceptos y definir un concepto  personal

 3.

 FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA Sensor •

Los sensores captan el valor de la variable de proceso y envían una señal de salida

predeterminada. El sensor puede formar parte de otro instrumento (por ejemplo, un transmisor) o bien puede estar separado. También se denomina detector o elemento primario por estar en contacto con la variable, con lo que utiliza o absorbe energía del medio controlado para dar, al sistema de medición, una indicación en respuesta a la variación de la variable. [1]

•

Un sensor es un dispositivo que modifica la medición inicial y convierte la energía de una

variable en información análoga eléctrica o neumática; adicionalmente, la medición o señal condicionante se puede requerir para completar la medición de la función, el resultado de la medición es una transformación de la variable en alguna información proporcional y en una forma útil requerida por otros elementos en el control de la operación del proceso. [2]

•

Un sensor es un elemento que detecta la variable física que se va a medir. Este elemento

debe responder sólo a cambios de la variable por medir. Por ejemplo, un sensor que responde a variaciones de temperatura no debe detectar cambios de presión, de vibraciones o cualquier otra variable. [3] Definición grupal: Un sensor es un dispositivo que a partir de una magnitud física medida la convierte a una magnitud eléctrica que está en contacto directo con la variable.

Transductor 

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 calibradores de tensión (utilizados para medir la fuerza y la presión), los termopares (temperaturas), los velocímetros (velocidad). [4]



Se denomina transductor a todo dispositivo que convierte una señal física de un tipo en una señal física de otro tipo; es decir, convierte un tipo de energía en otro. En un sistema de medida electrónico, el transductor es el componente que convierte la magnitud física que se desea medir en una señal eléctrica. En este componente se puede diferenciar entre el sensor, que es el elemento sensible primario que responde a las variaciones de la magnitud que se mide, y el transductor, que es el que lleva a cabo la conversión energética entre la magnitud de entrada y la de salida. [5]



Un transductor se define como aquel dispositivo que es capaz de convertir una variable física en otra que tiene un dominio diferente. De acuerdo con esta definición, es posible afirmar que un transductor forma parte de un sensor o de un actuador; pero la diferencia entre un sensor, un actuador y un transductor radica en que el transductor simplemente cambia el dominio de la variable, mientras que el sensor proporciona una salida útil para ser usada como variable de entrada a un sistema de procesamiento de la información y el actuador se encarga de ejecutar la acción determinada por el sistema de procesamiento de la información. [6]

Definición grupal: Un transductor es un dispositivo que transforma o linealiza una magnitud física que se puede encontrar en el medio ambiente, y lo transforma en medidas eléctricas que después se pueden procesar para el control de un proceso.

Características La exactitud de la medición debe ser alta como fuese posible. El promedio de error entre el valor real y el valor detectado tendera a ser cero. 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 minina. El transductor debe ser capaz de responder a los cambios de la variable detectada en un tiempo mínimo. Lo ideal sería una respuesta instantánea El sensor debe tener un amplio rango de funcionamiento y debe ser exacto y preciso en todo el rango. Su calibración debe ser fácil, el tiempo y los procedimientos necesarios para llevar a cabo el proceso de calibración deben ser mínimos, además el sensor no debe necesitar una Re calibración frecuente El sensor no debe ser sujeto a fallos frecuentes durante el funcionamiento debe ser fiable. Exactitud. - es la cualidad que caracteriza la capacidad de un instrumento de medida de dar indicaciones que se aproximen al verdadero valor de la magnitud medida. La exactitud de un sensor se determina con la denominada calibración estática. El valor Exacto, verdadero o ideal. - es el que es obtendría si la magnitud se midiera con un método de medida en el que los expertos coinciden en que es suficientemente exacto para la finalidad pretendida con los resultados que se obtengan. Fidelidad. – Es la cualidad que caracteriza la capacidad de un instrumento de medida de dar el mismo valor de la magnitud medida al medir varias veces en una misma condición determinada prescindiendo de su concordancia o discrepancia con el valor real de dicha magnitud. Repetitividad. - Se refiere al mismo hecho, pero cuando las medidas de realizan en un intervalo de tiempo corto. Cuantitativamente, es el valor por debajo del cual se encuentra del cual se encuentra, con una probabilidad especificada. La reproducibilidad. - Se refiere también al grado de coincidencia entre distintas lecturas individuales cuando se determina el mismo parámetro con un método concreto, pero con un conjunto de medidas a largo plazo o realizadas por personas distintas o con distintos aparatos o en diferentes laboratorios. La sensibilidad o factor de escala. - Es la pendiente de la curva de calibración, que puede ser o no constante a lo largo de la escala de medida. La linealidad. - Expresa el grado de coincidencia entre la curva de calibración y una línea recta determinada. Según cual sea dicha recta se habla de:



Linealidad independiente: la línea de referencia se define por el método de mínimos cuadrados. De esta forma, el máximo error positivo y el mínimo error negativo son iguales. Es la forma de especificación que suele dar «mejor» calidad.



Linealidad ajustada al cero: la recta se define también por el método de los mínimos cuadrados, pero con la restricción adicional de pasar por cero.



Linealidad terminal: la recta se define por la salida sin entrada (o la menor del margen de medida) y la salida teórica máxima, correspondiente a la mayor entrada admitida.



Linealidad a través de los extremos: la recta se define mediante la salida real cuando la entrada es la menor del alcance especificado, y la salida real cuando la entrada es la máxima del alcance especificado.



Linealidad teórica:  la recta es la definida por las previsiones teóricas formuladas al diseñar el sensor. [7]

Sensores de nivel En las aplicaciones en las que se trabaja con fluidos o materiales a granel, se utilizan depósitos de reserva, silos o tanques de almacenamiento para el procesamiento o almacenaje de los fluidos. Los sensores detectan en ese caso el nivel de llenado. Dichos sensores de nivel también sirven para la supervisión de los estados críticos de un proceso, como puede ser el vaciado de un tanque hidráulico o el desbordamiento no deseado de un depósito

Temperatura Sensores de Temperatura La temperatura es una de las magnitudes físicas que más se mi den. Los sensores de temperatura convierten una magnitud física en una resistencia o tensión eléctrica. El uso de sensores de temperatura es muy amplio. Sea que se trate de la temperatura ambiental en la casa o en la oficina o la temperatura precisa de un material en proceso de ebullición, la medición de temperatura en el ámbito privado o industrial es muy importante. Los sensores de temperatura usan diferentes efectos físicos para convertir la temperatura en una magnitud eléctrica.

Sensor de temperatura para el sector alimentario WTR 270 El sensor de temperatura para el sector alimentario WTR 270 destaca por su construcción robusta de acero inoxidable o teflón. El sensor de temperatura para el sector alimentario WTR 270 está disponible en diferentes longitudes, lo que es una gran ayuda para los inspectores de sanidad. Gracias a su punta aguda los inspectores de sanidad pueden penetrar el sensor de temperatura en alimentos congelados para determinar la temperatura central con precisió n. [8]

Figura N° 1: Sensor de temperatura WTR 270 Especificaciones técnicas Carcasa

Mango: teflón, acero inoxidable con manguito protector de cable Sensor acero inoxidable 1.4571

Diámetro del sensor

3 mm, 5 mm (seleccionable)

Material del cable de conexión

Silicona, teflón

Tipo de Pt100

3 hilos

Rango de medición

-50 ... +200 ºC -50 ... +280 ºC (con manguito protector de cable tipo muelle)

Clase de precisión

Clase A

Longitud del sensor

Según petición del cliente Tabla N°2: especificaciones del sensor de temperatura.

Tipo de termómetro

Rango Nominal [°C] -10 a 300

Costo

Linealidad

Bajo

Buena

-150 a 600

Medio

Alta

-150 a 1500

Bajo

Alta

Termistor Integrador Lineal

-15 a 115

Medio Medio

No lineal Muy alta

Gas Diodos

-20 a 100 -200 a 50

Medio Bajo

Buena Alta

Termómetro de mercurio Termorresistencia (Pt, Ni, etc.) RTD (Resistance Temperature Detectors) Termocupla

Características Notables Simple, lento y de lectura manual. Exactitud

Requiere referencia de temperatura. Muy sensible. Fácil conexión a sistema de toma de datos. No muy versátil Bajo costo

Tabla N°3: tipos de termómetros y sus especificaciones Presión El cambio físico del sensor de presión se convierte en una señal neumática, eléctrica o electrónica; y por eso se llaman transductores de presión porque como otros aparatos similares, traducen el valor de una variable del proceso a una señal estándar neumática de 0.21 a 1.054 kg/cm 2 (3 a 15 psi), a una señal electrónica de 4 a 20 miliamperes de corriente directa, o a un contacto eléctrico para control de arranque-paro. En las plantas industriales se miden las diferentes variables de proceso colocando un instrumento que tiene integrado el sensor y el mecanismo de transmisión, registro, indicación o control, junto al equipo del proceso. Si lo que se quiere es que el valor de la variable del proceso se conozca en un tablero de control, se coloca entonces un transmisor con o sin indicador integrado junto al proceso para que envíe una señal neumática, electrónica o eléctrica y pueda usarse esta señal para indicación, registro o control. Transductor de presión neumático En la figura se muestra esquemáticamente un transductor (transmisor) neumático de presión con sus partes más importantes: el elemento sensor que en este caso es un tubo bourdón C, el sistema tobera-obturador, el relevador, y los puertos de suministro de aire a presión y de señal de salida.

Figura N°2: Transductor de presión neumática. Transductor de presión electrónico Se puede usar un mecanismo similar a los descritos para producir una señal eléctrica. El movimiento mecánico de los tubos bourdón, fuelle y diafragma se pueden aprovechar para generar una señal eléctrica. Primero se convierte el movimiento mecánico en un c ambio de resistencia eléctrica, y después el cambio de resistencia a un cambio en voltaje o corriente eléctrica. El transductor de presión eléctrico tiene tres elementos básicos: 

Elemento sensor de presión: tubo de bourdón, fuelle o diafragma.



Elemento de conversión primaria: convierte la acción mecánica del elemento sensor, en una señal eléctrica, generalmente un voltaje o una resistencia eléctrica.



Elemento de conversión secundaria: circuito electrónico que produce una señal de salida estándar de 4 a 20 miliamperes de corriente directa.

Transductor de presión tipo potenciométrico El potenciómetro es uno de los elementos de conversión primaria más sencillos pues consiste básicamente en una resistencia variable que es un alambre enredado alrededor de un cilindro aislado. Si se desliza a lo largo del cilindro un contacto móvil, llamado escobilla; como va tocando el alambre en un punto sobre cada vuelta, se irá variando el valor de la resistencia porque variará el largo del alambre entre su extremo y la escobilla.

Figura N°3: Transductor de presión tipo potenciómetro Transductor de presión mediante capacitancia variable Un capacitor consiste en dos placas metálicas separadas por aire o algún material aislante y que almacena carga eléctrica. Cuando las placas están casi juntas, un capacitor puede almacenar más carga eléctrica que cuando las placas están muy separadas. La capacitancia eléctrica es la capacidad de un capacitor para almacenar carga eléctrica. Cuando se conecta un capacitor en un circuito de corriente alterna (AC por sus siglas en inglés Altern Current), un cambio en capacitancia afecta la salida de voltaje del circuito.

Figura N°4: Transductor de presión tipo capacitivo Transductor de presión mediante reluctancia Michael Faraday (1791-1867) descubrió experimentalmente que si se arrollan dos alambres separadamente alrededor de un núcleo circular de hierro, y se forman de esta manera dos bobinas, al aplicarle un voltaje de corriente alterna a una bobina, ésta induce un voltaje de corriente alterna a la otra. Se dice entonces que las dos espirales están acopladas eléctricamente como resultado de la interacción magnética entre las dos espirales. La cantidad de voltaje inducido depende del voltaje de corriente alterno aplicado, del espacio entre las espirales y el número de vueltas de alambre en cada espiral. [9]

Figura N°5: Transductor de presión mediante reluctancia

Transmisores 

El transmisor es un instrumento que capta la variable en proceso y la transmite a distancia a un instrumento indicador o controlador. Es un equipo que emite una señal, código o mensaje a través de un medio. Para lograr una sesión de comunicación se requiere: un transmisor, un medio y un receptor. [10]



Los transmisores son instrumentos que captan la variable de proceso y la transmiten a distancia a un instrumento receptor, indicador, registrador, controlador o combinación de estos. [11]



Los transmisores consisten en instrumentos que interpretan fenómenos físicos, los cuales traducen en señales estampar de ingeniería. [12]

Definición grupal: Los trasmisores son instrumentos que captan la variable de proceso y la trasmiten a un instrumento que traducen en señales como un indicador, registrador, etc.

TRANSMISORES NEUMÁTICOS Los transmisores neumáticos generan una señal neumática variable linealmente de 3 a 15 psi para el campo de medida de 0-100% de la variable. Utilizando el sistema métrico decimal la señal que se empleará será de 0,2-1 bar, siendo prácticamente equivalente a la anterior. Así, por este procedimiento, según la presión de salida se transmitirá un valor de la variable. Existen varias configuraciones posibles basándose todas ellas en un sistema tobera obturador, mediante el cual se regula la presión de la señal de salida. El movimiento del obturador, dejando más sección de la tobera libre o menos, nos determina la presión de salida, así sólo queda regular el movimiento de éste en función de la señal de entrada.

Los componentes básicos de un transmisor neumáticos son: 

Elemento Primario de Medición: Es el dispositivo que está en contacto con el proceso y traduce e interpreta los cambios producidos por la variable y los comunica mecánicamente al sistema Tobera- Obturador.



Sistema Tobera-Obturador: La Tobera consiste en un tubo con una restricción en su interior y que está conectado a una fuente de aire o gas. El Obturador es una lámina delgada que puede tapar y destapar la Tobera.



Amplificador Neumático: También llamado relevador (relay) es el dispositivo que amplifica la señal de salida producida por el sistema tobera-Obturador. El relevador básicamente está compuesto por una válvula de aguja unida a un diafragma y una válvula de bola unida a una lámina elástica, los cuales están ubicados en una carcasa.



Sistema de Retroalimentación: Está constituido por cualquier elemento que toma parte de la señal de salida para balancear el sistema. Tobera-Obturador. Esta acción se conoce como retroalimentación.

TRANSMISORES ELECTRÓNICOS Los transmisores electrónicos son generalmente de equilibrio de fuerzas. Consisten en su forma más sencilla en una barra rígida apoyada en un punió sobre la que actúan dos fuerzas en equilibrio: Características



Generan una señal estándar de 4-20 mA c.c.



A veces esta señal de salida es sustituida por un voltaje de 1-5V, si existen problemas de suministro electrónico.



La señal de corriente guarda relación entre la distancia de transmisión y la robustez del equipo.



Al ser corriente continua y no alterna, elimina la posibilidad de captar perturbaciones, está libre de corriente parásitas, emplea sólo dos hilos que no precisan blindaje y permite actuar directamente sobre miliamperímetros,

potenciómetros, calculadores analógicos, etc. Sin necesidad de utilizar rectificadores ni modificar la señal. 

La relación de 4 a 20 mA c.c. es de 1 a 5 la misma que la razón de 3 a 15 psi en la señal neumática y el nivel mínimo seleccionado de 4 mA elimina el problema de la corriente residual que se presenta al desconectar los circuitos a transistores.



La alimentación de los transmisores puede realizarse con una unidad montada en el panel de control y utilizando el mismo par de hilos del transmisor.



El «cero vivo» con que empieza la señal (4 mA c.c.) ofrece las ventajas de poder detectar una avería por corte de un hilo (la señal se anula) y de permitir diferenciar todavía más el «ruido» de la transmisión cuando la variable está en su nivel más bajo

4.  DIAGRAMAS Y ESQUEMA

Contacto con la variable Sensores Captan una señal de un proceso Sensores y transducores No siempre esta en contacto con la variable Trnasductores Da forma a una magnitud acondicionando una variable

Clasificacion segun su magnitud

Posicion Lineal o Angular

Pequeños Desplazamientos o Deformaciones

Velocidad Lineal o angular

Aceleracion o Vibracion

Fuerza y Par

Presion

Caudal y Flujo

Temperatura y humedad

Tacto o Contacto

Imagenes o vision artificial

Nivel de lliquidos o solidos granulados

Fisicas-Quimicas

ELECTRÓNICOS

     S     E     R      O      S     I     M      S     N     A     R     T

Cualquier señal captada se podrá transmitir en forma de señal eléctrica estableciendo una relación, entre el valor de la variable recibida y el de corriente saliente.

Elemento Primario de Medición

Sistema Tobera-Obturador:

NEUMÁTICOS Amplificador Neumático

Sistema de Retroalimentación

DIGITALES

Emite una señal digital, que consiste en una serie de impulsos en forma de bits. Cada bit consistirá en dos signos, el 0 y el 1, que corresponden al paso o no de corriente.

5. CONCLUSIONES



Investigamos y comparamos tres definiciones de autores diferentes de cada elemento, para identificar las diferencias que existen entre estos tres elementos



Vimos los tipos, características de los sensores transductores y trasmisores estudiando en que situacion como debemos utilizarlos



Identificamos las diferencias y basándonos en las definiciones de estos instrumentos, con nuestras palabras realizamos un concepto para la comprensión del grupo

6.  Bibliográfica Referencias [1] p. turmero, «clases de instrumentos,» monografias , [En línea]. Available: http://www.monografias.com/trabajos106/clases-instrumentos/clasesinstrumentos.shtml. [Último acceso: 11 10 2017]. [2] e. harper, el abc de la instrumentacion, mexico: limusa s.a, 2012. [3] c. gutierrez, inducciona la metodologia experimental, mexico : limusa s.a , 2005. [4] ladrillikos, «transductores y sensores,» tecnologia, 30 03 2009. [En línea]. Available: http://ladrillikos.wikidot.com/transductores-y-sensores. [Último acceso: 11 10 2017]. [5] m. granda, instrumentacion electronica, españa: universidad catanbria, 2015. [6] l. corona, sensores y actuadores, MEXICO: politecnico nacional, 2014.

[7] j. mendoza, «instrumentacion 2012,» 12 05 2012. [En línea]. Available: https://instrumentacion2012.wordpress.com/2012/09/27/caracteristicas-estaticas/. [Último acceso: 11 10 2017]. [8] PCE, «sensores de temperatura,» [En línea]. Available: http://www.pceiberica.es/instrumentos-de-medida/sistemas/sensores-temperatura.htm. [Último acceso: 11 10 2017]. [9] p. lara, «introduccion a la mecatronica,» 26 11 2012. [En línea]. Available: http://1538445.blogspot.com/2012/11/21-sensores-y-transductores.html. [Último acceso: 11 10 2017]. [10] «EcuRed,» [En línea]. Available: https://www.ecured.cu/Transmisor. [11] «slideshare,» 13 Noviembre 2013. [En línea]. Available: https://es.slideshare.net/andres452/instrumentacion-transmisores. [12] «Xuletas,» 29 Abril 2007. [En línea]. Available: https://www.xuletas.es/ficha/transmisores-neumaticos-electronico-inteligentes-yconvertidores/.