Sistemas de medición de desplazamiento y velocidad Transductores: Son dispositivos que absorben energía de un sistema y mediante una serie de mecanismos, métodos y decisiones se transforma, cediéndola a otro sistema en forma de diferente energía. Por lo tanto podemos decir que se encargará de realizar la conversión de una magnitud física cualquiera en otra, normalmente en forma de energía eléctrica, aunque antaño se utilizaban señales hidráulicas. Podemos llamarlos también sensores o detectores, ya que no alteran la propiedad sensada, es decir, apenas influye en el sistema a medir, tan solo nos interesa captar los valores producidos de una determinada determinada magnitud magnitud física física Por tanto, la necesidad de tener que medir y analizar las vibraciones que se producen en muchas clases de estructuras en situaciones particulares ha fomentado el desarrollo de ciertos tipos de transductores, capaces de realizar estas transformaciones de energía, ya que los podremos encontrar encontrar actualmen actualmente te en numerosos numerosos aparatos aparatos que usaremos usaremos en en la vida cotidiana: cotidiana: teléfonos, micrófonos, paneles solares, estaciones eólicas… Tipos de transductores: Según la magnitud física a medir, podremos realizar una clasificación de los transductores más utilizados actualmente. Atendiendo a esto, tendremos los siguientes tipos de transductores: - Transductores de desplazamiento - Transductores de velocidad Transductores de desplazamiento -
transductores accionados por cable: Los sensores de posición accionados por cable están conformados con un cable de medición especialmente fabricado y calibrado, y con un tambor graduado altamente preciso. Son muy fáciles de instalar y están operativos en un tiempo breve.
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Transductores accionados por cinta: Los sensores de posición accionados por cinta están conformados con un cable de medición especialmente fabricado y calibrado, y con un tambor graduado altamente preciso. Son muy fáciles de instalar y están operativos en un tiempo breve.
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Sistema Magnetostrictivo POSICHRON: los sensores de posición POSICHRON determinan la posición de un imán permanente utilizando principio magnetoestrictivo del tiempo de vuelo. Para ello, utilizan una técnica completamente libre de contacto. Sus diferentes formas estructurales ofrecen una amplia gama de aplicaciones.
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Transductores de escala magnética POSIMAG: El sistema de medición de longitud POSIMAG consta de un cabezal de exploración MR y una escala dimensional magnética. La posición se determina determina sin contacto contacto y por por lo tanto sin desgaste desgaste o rotura. rotura. Esta configurac configuración ión es compatible con resoluciones de medición en el rango de las micras.
Transductor de desplazamiento angular: son muy utilizados en los sistemas de control, fundamentalmente cuando se desea medir la variación producida en el eje rotor de un sistema motor-reductor. Al igual que en los transductores lineales, podemos construir transductores angulares aprovechando el efecto resistivo (potenciómetros), inductivo y capacitivo, pero también se pueden utilizar discos codificados (encoders) que permiten un tratamiento digital de la información angular medida. -
Los codificadores de posición o encoders: son dispositivos que permiten la medida de posiciones lineales o angulares suministrando una señal de salida digital. No son más que unos discos planos que se acoplan directamente, o mediante un sistema de engranajes, al eje rotor de un motor-reductor, del cual queremos obtener su posición. En la superficie del disco irá grabada, mediante bandas blancas y negras, o mediante muescas perforadas en la superficie, la información digital que nos servirá para averiguar el desplazamiento no posición angular a medir. Dentro de codificadores digitales o encoders se distinguen:
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Codificadores relativos o incrementales: proporcionan información de una posición relativa a una posición anterior ( sólo se necesita una información de 0 y 1, ya que el sistema cuenta el incremento de impulsos a partir de la última posición). Pueden medir desplazamientos pero se usan sobre todo en la medida de velocidades.
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Codificadores absolutos: Proporcionan información sobre una posición concreta (por lo tanto es necesario un código binario). Los codificadores se emplean en robótica, máquinas-herramientas, posicionamiento de cabezales de discos magnéticos, radares, etc. Aplicaciones: Los sensores de desplazamiento lineal se utilizan en una amplia gama de aplicaciones industriales - de hecho, en cualquier lugar donde las mediciones de desplazamiento, distancia, posición o longitud se utilizan para automatizar, probar o controlar procesos.
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Potenciómetro: Se usan para la determinación de desplazamiento lineal o angular. Eléctricamente se cumple la relación. Este potencial puede medirse y disponer de un sistema de calibrado de manera que por cada potencial se obtenga proporcionalmente una distancia de desplazamiento. Ventajas: facilidad de uso y bajo precio. Desventajas: deben estar fijados al dispositivo cuyo desplazamiento se quiere medir, precisión limitada.
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Encoders(codificadores angulares de posición) : Los encoders pueden monitorear electrónicamente la posición de un eje giratorio:
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encoders absolutos :son dispositivos electromecánicos que son elementos de retroalimentación útiles en sistemas de control de bucle cerrado. Proporcionan control de posición en aplicaciones de empaquetado, robótica, recogida y colocación, tornillo guía/de bolas, posicionamiento de mesa rotativa e inserción de componentes.
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encoders ópticos: Los encoders ópticos incrementales producen una salida digital relacionada con la posición de un eje giratorio y proporcionan elementos de retroalimentación en sistemas de control de bucle cerrado. Puede usar nuestros encoders con componentes electrónicos externos, tales como contadores, para acumular datos con el fin de determinar la posición, la velocidad y la dirección.
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LVDT: transformador diferencial de variación lineal, que consta de un núcleo de material ferromagnético unido al eje, que se mueve linealmente entre un devanado primario y dos secundarios haciendo que varíe la inductancia entre ellos. En el caso de la figura, se puede afirmar que la energía de la corriente en la bobina primaria es igual a la que circula en las secundarias: EP iP t = ES iS t => EP / ES = iS / iP . Como resultado de un desplazamiento que se quiere medir, el núcleo magnético es desplazado de manera que una de las bobinas secundarias no recubra totalmente el núcleo => la corriente inducida en un secundario será mayor que la inducida en el otro. De la diferencia de las tensiones medidas en los dos secundarios se obtiene el desplazamiento realizado por el núcleo.
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Sensor efecto hall: Si fluye corriente por un sensor Hall y se aproxima a un campo magnético que fluye en dirección vertical al sensor, entonces el sensor crea un voltaje saliente proporcional al producto de la fuerza del campo magnético y de la corriente. Si se conoce el valor de la corriente, entonces se puede calcular la fuerza del campo magnético; si se crea el campo magnético por medio de corriente que circula por una bobina o un conductor, entonces se puede medir el valor de la corriente en el conductor o bobina. Como sensor de posición o detector para componentes magnéticos los sensores Hall son especialmente ventajosos si la variación del campo magnético es comparativamente lenta o nula. En estos casos el inductor usado como sensor no provee un voltaje de inducción relevante. En la industria del automóvil el sensor Hall se utiliza de forma frecuente, ej. en sensores de posición del cigüeñal (CKP) en el cierre del cinturón de seguridad, en sistemas de cierres de puertas, para el reconocimiento de posición del pedal o del asiento, el cambio de transmisión y para el reconocimiento del momento de arranque del motor. La gran ventaja es la invariabilidad frente a suciedad (no magnética) y agua.
Aplicaciones del sensor efecto hall: -
Mediciones de campos magnéticos (Densidad de flujo magnético) Mediciones de corriente sin potencial (Sensor de corriente) Emisor de señales sin contacto Aparatos de medida del espesor de materiales.
Transductores de velocidad Una de las mediciones más importantes en las aplicaciones industriales es la de la velocidad angular. Esto se realiza mediante los tacómetros, que pueden ser mecánicos o eléctricos. También se puede medir la velocidad mediante medidores de velocidad por impulsos y sistemas ópticos. -
Tacómetros mecánicos: El más sencillo es el contador de revoluciones. Consiste en un tornillo sinfin que se acopla al eje cuya velocidad se quiere medir. Este tornillo hace rotar por un sistema de
engranajes, a dos diales concéntricos calibrados. Cada división del dial exterior representa una vuelta del eje giratorio mientras que cada división del dial interior corresponde con una vuelta del dial externo. -
tacómetro centrífugo: Va provisto de dos bolas, que por efecto de la fuerza centrífuga, se alejan tanto más del eje cuanto mayor sea la velocidad angular. Así se comprime un resorte que va unido a un dispositivo provisto de una aguja indicadora que señala sobre una escala la velocidad angular.
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Tacómetros eléctricos: - Tacodinamos o dinamos tacométricas: proporcionan una señal de corriente continua. Están constituidos por un inductor que genera un campo magnético mediante imanes permanentes o electroimanes y un inducido o rotor ranurado sobre el que se bobinan unos devanados de hilo conductor. - Tacoalternadores o alternadores tacométricos: proporcionan una señal alterna senoidal con frecuencia y amplitud proporcionales a la velocidad de rotación. A diferencia de la tacodinamo el elemento que gira es el inductor o rotor formado por un imán permanente o electroimán. Tiene la ventaja frente a la tacodinamo que no utiliza colector y escobillas, lo que le dota de mayor duración.
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Tacómetro capacitivo: Usan un rotor con armadura unido al eje sensor. Se moldean una, dos o cuatroarmaduras en el estator según la configuración del rotor. La capacidad varía periódicamente con la rotación del eje. Si los electrodos se conectan a un puente de c.a. la salida del puente detecta estor cambios. Tacómetros extensiométricos: Emplean una viga en voladizo a la que se le han aplicado unas galgas extensiométricos, un disco excéntrico está unido al eje de rotación. La viga se encuentra en contacto con el disco de manera que se provoca una deflexión en cada revolución del objeto. Mediante un diseño adecuado del disco se pueden obtener a la salida del puente señales senoidales.
Sensores de velocidad El primer método que podemos encontrar es el que se basa en la medida de la posición. Puesto que hemos visto que existen gran diversidad de métodos para calcular la posición del robot, podemos derivar de esta medida la velocida. Esto se haría aplicando directamente la definición de velocidad, es decir, incremento de posición dividido entre el tiempo. -
Tacogenerador: proporciona una tensión proporcional a la velocidad de giro del eje. Utiliza un interruptor llamado “reed switch”, que utiliza fuerzas magnéticas para activarse o no dependiendo si un objeto magnético se encuentra físicamente cercano al interruptor. Se desea medir la velocidad de giro de una rueda dentada, se dispone de uno de los dientes magnetizados de forma que cada vez que éste diente pase junto al interruptor será accionado por la fuerza magnética. Así por cada vuelta descrita por la rueda, el interruptor se activa y en su salida se obtiene un pulso de corriente. Midiendo estos pulsos de corriente (número de vueltas) por unidad de tiempo => velocidad.
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Sensores doppler: Los sensores basados en el efecto Doppler miden la velocidad lineal de un objeto móvil apoyandose en otra superficie. Se basan en la observación del desplazamiento en frecuencia de una radiación emitida por el sensor y reflejada en una superficie que se está moviendo.
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Lvt: Este tipo de sensores se basan en un principio electromagnético similar al que veiamos en los sensores de posición LVDT. Los sensores LVT constan de un núcleo magnético permanente en forma de varilla; este nucleo es el que es conectado al dispositivo cuya velocidad vamos a medir. Arriba y abajo de la varilla se diponen dos espirales conductoras. Por la ley de Faraday, en las espiras se desarrolla una diferencia de potencial proporcional al cambio en el campo magnético al que están sometidas.
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Escoders: si se dispone de un detector que se active cuando se ha realizado un giro completo, se calcula la velocidad: el número de vueltas por unidad de tiempo.
