http://controleselectricos32.blogspot.mx/p/unidad-2-in http://controleselectricos3 2.blogspot.mx/p/unidad-2-interruptores-yterruptores-ysensores.html UNIDAD 2 IN!""U#$"!% & %!N%$"!% Introducci'n
Un sen sensor sor es un apa aparat rato o cap capaz az de tra transf nsform ormar ar mag magnit nitud udes es fís física icass o quí químic micas, as, llamadas variables de instrumentación, en magnitudes eléctricas. Las variables de intensida nsidad d lum(n lum(nica ica, inst in stru rume ment ntac ació ión n pu pued eden en se serr po porr ej ejem empl plo: o: temperatura, inte distancia, aceleraci'n, inclinaci'n, despla)amiento, presi'n, *uer)a, torsi'n, humedad, p+, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como en una !"#, una capacidad eléctrica (como en un sensor de $umedad#, una !ensión eléctrica (como en un termopar#, una corriente eléctrica (como en un fototransistor#, etc. Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor est% siempre en contacto con la variable de instrumentación con lo que puede decirse también que es un dispositivo que aprovec$a una de sus propiedades con el fin de adaptar la se&al que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. 'omo por ejemplo el termómetro de mer mercur curio io que ap aprov rovec$ ec$a a la pro propie piedad dad qu que e po posee see el me mercu rcurio rio de dil dilata atarse rse o contraerse por la acción de la temperatura. Un sensor también puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra. reas de aplicación de los sensor sen sores: es: )nd )ndust ustria ria au autom tomot otriz riz,, )nd )ndust ustria ria ae aeroe roespa spacia cial,l, *e *edic dicina ina,, )nd )ndust ustria ria de manufactura, obótica, etc. Los sensores pueden estar conectados a un computador para obtener ventajas como son el acceso a una base de datos, la toma de valores desde el sensor, etc.
2., Interruptores presi'n niel temperatura *lu0o l(mite1.
Un interruptor es es un dispositivo para cambiar el curso de un circuito. +l modelo prototípico es un dispositivo mec%nico (por ejemplo un interruptor de ferrocarril# que puede ser desconectado de un curso unido (conectado# al otro. +l término -el interruptor- se refiere típicamente a la electricidad o a circuitos electrónicos. +n usos donde requieren mltiples opciones de conmutación (p.ej., un teléfono#, con el tiempo $an sido remplazados por las variantes electrónicas que pueden ser controladas automatizadas.
Interruptores de presi'n
/peran a través de su elemento sensible que es un pistón, un resorte, aislado del proceso por un diafragma sellado con un anillo 0/1 est%tico. +sto asegura una larga vida superior operación bajo las condiciones de los procesos industriales. +l contacto on2off de los interruptores tiene características que les permiten una gran e3actitud en los puntos de disparo (menos del 45#. La gran solidez asegura la perfecta operación de nuestros instrumentos, aun en procesos donde e3ista vibración. Los interruptores de presión cuentan con rangos de protección sobre presiones $asta de 46 veces sobre su rango de operación.
Interruptor de niel
+s un dispositivo que, instalado sobre un tanque u otro recipiente en que $a almacenamiento de sólidos o líquidos, permite discriminar si la altura o nivel que el material o elemento almacenado alcanza o e3cede un nivel predeterminado. 7l producirse dic$a condición, este dispositivo cambia de estado genera una acción que evita que el nivel siga subiendo. +l ejemplo m%s sencillo de interruptor de nivel es el flotador de un retrete, que interrumpe el flujo de agua al alcanzar el tanque un nivel determinado.
Interruptores de temperatura
+lectrónicos.2 Un elemento de activación es un sensor de temperatura semiconductor, cuas se&ales modificadas en función de la temperatura provocan cambios en el estado de conmutación con auda de amplificadores o elementos electrónicos. *ediante ajustes en el sistema electrónico se puede ajustar con e3actitud la intensidad de la se&al requerida para el proceso de conmutación , con ello, el punto de conmutación8 en principio, el punto de conmutación.
Interruptor de *lu0o
+s un artefacto que controla el flujo de aire, vapor o líquido. +nvía una -se&al de activación- a un artefacto diferente al sistema, tal como una bomba. +l interruptor de flujo puede indicar a la bomba que se encienda o apague , puede detener un motor cuando no $aa flujo presente, arrancar un motor cuando e3ista un flujo presente, $acer sonar una alarma cuando el flujo se detenga o detener una alarma cuando el fujo es el correcto . 7lgunos de los usos generales son protección de bombas, protección de circuitos de refrigeración alarmas para velocidades de flujo demasiado altas o demasiado bajas.
Interruptores de imite
Los interruptores de límite detienen e inician el flujo de corriente dentro de un circuito para que se alcance una posición específica, por ello se utilizan tanto en maquinarias pesadas así como en dispositivos no industriales como los abridores de puertas de estacionamientos. +stos interruptores vienen de distintos tipos dependiendo de la maquinaria en la que se van a colocar el propósito para el que estén $ec$os. 7lgunos interruptores son $erméticos otros pueden soportar altas temperaturas. +stos tipos de interruptores, adem%s de ser utilizados en todo tipo de equipo industrial, se prestan muc$o para todo tipo de aplicación en proectos $olística, por su versatilidad alto rateo en corriente voltaje aun en dispositivos de mu reducido tama&o.
2.2 #rincipio de transducci'n.
+s la transformación de un tipo de energía en se&al eléctrica o viceversa por medio de un transductor. Los principios de transducción son el fundamento físico sobre el cual se asienta la conversión de una magnitud física a otra. +3iste una gran variedad de estos. Los transductores para detectar una variable física pueden estar basados en principios diferentes. Un transductor es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra. 9e tomar%n los transductores que convierten eventos fisiológicos en se&ales eléctricas. 9e trabajar% con sensores capacitivos, resistivos, inductivos, piezoeléctricos, fotoeléctricos, electroquímicos, etc. ;ropiedad transducible: +s una característica singular de un evento a la cual se le puede aplicar un principio de transducción. ;rincipio de transducción: *étodo empleado para convertir la propiedad transducible en una se&al eléctrica. 'aracterísticas de los transductores egla de
2.3 %ensores de presi'n.
Los sensores de presión o transductores de presión son elementos que transforman la magnitud física de presión o fuerza por unidad de superficie en otra magnitud eléctrica que ser% la que emplearemos en los equipos de automatización o adquisición est%ndar. Los rangos de medida son mu amplios, desde unas milésimas de bar $asta los miles de bar.
+n la industria $a un amplísimo rango de sensores de presión, la maoría orientados a medir la presión de un fluido sobre una membrana. +n robótica puede ser necesario realizar mediciones sobre fluidos $idr%ulicos (por dar un ejemplo#, aunque es m%s probable que los medidores de presión disponibles resulten tiles como sensores de fuerza (el esfuerzo que realiza una parte mec%nica, como por ejemplo un brazo robótico#, con la debida adaptación. Los dispositivos de la serie *;=>466 son piezorresistencias de silicio sensibles a la presión. ;roporcionan una variación de tensión e3acta directamente proporcional a la presión que se les aplica. +l sensor consta de un diafragma monolítico de silicio para medir el esfuerzo una fina película con una red de resistencias integradas en un c$ip. +l c$ip se ajusta, calibra compensa en temperatura por l%ser. +n los sensores electrónicos en general, la presión acta sobre una membrana el%stica, midiéndose la fle3ión. ;ara detectarla pueden aprovec$arse diversos principios físicos, tales como inductivos, capacitivos, piezorresistivos, ópticos, monolíticos (con módulos electrónicos e3tremadamente peque&os, totalmente unidos# u ó$micos (mediante cintas e3tensométricas#. +n los sensores de presión con elemento por efecto ?all, un im%n permanente peque&o (que est% unido a una membrana# provoca un cambio del potencial ?all. +l sensor de presión piezorresistivo tiene un elemento de medición en forma de placa con resistencias obtenidas por difusión o implantación de iones. 9i estas placas se someten a una carga, cambia su resistencia eléctrica. Lo mismo se aplica en el caso de los sensores de presión monolíticos, obtenidos mediante la cauterización gradual de silicio. +squema del interior de algunos sensores de presión a# 9ensor ?all 4 @enerador ?all > )m%n permanente A 'uerpo del sensor B *embrana b# 9ensor de presión piezorresistivo A 'uerpo del sensor C 'apa de unión D 'ontacto de aluminio E ;asivación
F ;iezorresistencia G 'apa epita3iada 469ustrato de silicio 44 9oporte de vidrio 4> 'apa de unión met%lica c# 9ensor de presión capacitivo 46 9ustrato de silicio 44 9oporte de vidrio 4A ;laca d# 9ensor de presión monolítico 46 9ustrato de silicio 4B esistencias incorporadas mediante difusión 4C 'arril de silicio 4D Hacío 4E 'apa de soldadura. 2. %ensores de *lu0o.
"ispositivo que instalado en línea con tubería permite determinar cuando est% circulando un líquido o un gas. +stos son del tipo apagadoIencendido, determinan cuando est% o no circulando un fluido pero no miden el caudal. ;ara medir el caudal se requiere un caudalímetro.
ipos de sensor de *lu0o
4 De pist'n
+s el m%s comn de los sensores de flujo. +ste tipo de sensor de flujo se recomienda cuando se requiere detectar caudales entre 6,C L;* >6 L;*. 'onsiste en un pistón que cambia de posición empujado por el flujo circulante. +l pistón puede regresar a su posición inicial por gravedad o por medio de un resorte. +l pistón contiene en su interior un im%n permanente. 'uando el pistón se mueve el im%n se acerca activa un reed sJitc$ que cierra o abre (segn sea la configuración# el circuito eléctrico. +l %rea entre el pistón la pared del sensor determina su sensibilidad por ende a que caudal se activar% el sensor. 4 De paleta compuerta1
+ste modelo es recomendado para medir grandes caudales, de m%s de >6 L;*. 9u mecanismo consiste en una paleta que se ubica transversal al flujo que queremos detectar. +l flujo empuja la paleta que est% unida a un eje que atraviesa $erméticamente la pared del sensor de flujo apaga o enciende un interruptor en el e3terior del sensor. ;ara ajustar la sensibilidad del sensor se recorta el largo de la paleta. 4 De eleaci'n tap'n1
+ste modelo es de uso general. +s mu confiable se puede ajustar para casi cualquier caudal. 9u mecanismo consiste en un tapón que corta el flujo. "el centro del tapón surge un eje que atraviesa $erméticamente la pared del sensor. +se eje empuja un interruptor ubicado en el e3terior del sensor. ;ara ajustar la sensibilidad del sensor se perforan orificios en el tapón.
2.5 %ensores de temperatura.
Los sensores de temperatura son dispositivos que transforman los cambios de temperatura en cambios en se&ales eléctricas que son procesados por equipo eléctrico o electrónico.
?a tres tipos de sensores de temperatura, los termistores, los !" los termopares. +l sensor de temperatura, típicamente suele estar formado por el elemento sensor, de cualquiera de los tipos anteriores, la vaina que lo envuelve que est% rellena de un material mu conductor de la temperatura, para que los cambios se transmitan r%pidamente al elemento sensor del cable al que se conectar%n el equipo electrónico. ermistor
+l termistor est% basado en que el comportamiento de la resistencia de los semiconductores es variable en función de la temperatura. +3isten los termistores tipo K!' los termistores tipo ;!'. +n los primeros, al aumentar la temperatura, disminue la resistencia. +n los ;!', al aumentar la temperatura, aumenta la resistencia.
+l principal problema de los termistores es que no son lineales segn la temperatura por lo que es necesario aplicar fórmulas complejas para determinar la temperatura segn la corriente que circula son complicados de calibrar. •
!" (resistance temperature detector #
Un !" es un sensor de temperatura basado en la variación de la resistencia de un conductor con la temperatura. Los metales empleados normalmente como !" son platino, cobre, niquel molibdeno. "e entre los anteriores, los sensores de platino son los m%s comunes por tener mejor linealidad, m%s rapidez maor margen de temperatura. •
!ermopar
+l termopar, también llamado termocupla que recibe este nombre por estar formado por dos metales, es un instrumento de medida cuo principio de funcionamiento es el efecto termoeléctrico. Un material termoeléctrico permite transformar directamente el calor en electricidad, o bien generar frío cuando se le aplica una corriente eléctrica. +l termopar genera una tensión que est% en función de la temperatura que se est% aplicando al sensor. *idiendo con un voltímetro la tensión generada, conoceremos la temperatura. Los termopares tienen un amplio rango de medida, son económicos est%n mu e3tendidos en la industria. +l principal inconveniente estriba en su precisión, que es peque&a en comparación con sensores de temperatura !" o termistores. 2.6 %ensores de niel.
+s un dispositivo electrónico que mide la altura del material, generalmente líquido, dentro de un tanque u otro recipiente. )ntegral para el control de procesos en muc$as industrias, los sensores de medición de nivel se dividen en dos tipos principales. Los sensores de medición de punto de nivel se utilizan para marcar una altura de un líquido en un determinado nivel preestablecido. @eneralmente, este tipo de sensor funciona como alarma, indicando un sobre llenado cuando el nivel determinado $a sido adquirido, o al contrario una alarma de nivel bajo. Los sensores de nivel continuos son m%s sofisticados pueden realizar el seguimiento del nivel de todo un sistema. +stos miden el nivel del fluido dentro de un rango especificado, en lugar de en un nico punto, produciendo una salida analógica que se correlaciona directamente con el nivel en el recipiente. ;ara crear un sistema de gestión de nivel, la se&al de salida est% vinculada a un bucle de control de proceso a un indicador visual.
7omponentes de un sensor capacitio.
2.8%ensores de peso elocidad conductiidad #+ etc. %ensores de peso
Las celdas de carga o sensores de peso son aquellos dispositivos electrónicos desarrollados con la finalidad es la de detectar los cambios eléctricos provocados por una variante en la intensidad de un peso aplicado sobre la b%scula o balanza, información que a su vez transmite $acia un indicador de peso o controlador de peso. La celda de carga o sensor de peso es un componente esencial al igual que el indicador de peso, para el funcionamiento de cualquier b%scula o balanza electrónica.
9e trata de un elemento totalmente plano integrado dentro de una membrana de circuito impreso fle3ible de escaso espesor. +sta forma plana permite colocar al sensor con facilidad entre dos piezas de la mec%nica de nuestro sistema medir la f uerza que se aplica sin perturbar la din%mica de las pruebas. Los sensores utilizan una tecnología basada en la variación de resistencia eléctrica del %rea sensora. La aplicación de una fuerza al %rea activa de detección del sensor se traduce en un cambio en la resistencia eléctrica del elemento sensor en función inversamente proporcional a la fuerza aplicada. %ensor de elocidad
+l sensor de velocidad est% $ec$o con una bobina de alambre m%s un im%n. +st%n colocados de forma que al moverse el c%rter, el im%n permanece sin moverse. 9e crea un movimiento relativo en el campo magnético la bobina provoca una corriente que est% en proporción a la velocidad del movimiento. +s auto generador no necesita de aditamentos electrónicos para funcionar. ;osee una impedancia de salida eléctrica baja, que lo $ace casi insensible a la inducción del ruido. /tros sensores est%n $ec$os de una bobina móvil colocada fuera de un im%n estacionario. +l Helómetro, es de todos ellos el mejor en todos los aspectos. 9e $acen con un acelerómetro lleva un integrador electrónico incluido. 7lgunos sensores de velocidad est%n $ec$os con una bobina móvil fuera de un im%n estacionario. +l principio de operación es el mismo. Un otro tipo de transductor de velocidad consiste en un acelerómetro con un integrador electrónico incluido. +sta unidad se llama un Helómetro es en todos los aspectos superiores al sensor de
velocidad sísmico cl%sico. +l sensor de velocidad fue uno de los primeros transductores de vibración, que fueron construidos. 'onsiste de una bobina de alambre de un im%n colocado de tal manera que si se mueve el carter, el im%n tiende a permanecer inmóvil debido a su inercia. +l movimiento relativo entre el campo magnético la bobina induce una corriente proporcional a la velocidad del movimiento. "e esta manera, la unidad produce una se&al directamente proporcional a la velocidad de la vibración. +s autogenerador no necesita de aditamentos electrónicos acondicionadores para funcionar. !iene una impedancia de salida eléctrica relativamente baja que lo $ace relativamente insensible a la inducción del ruido. 7un tomando en cuenta estas ventajas, el transductor de velocidad tiene muc$as desventajas, que lo vuelven casi obsoleto para instalaciones nuevas, aunque $o en día todavía se usan varios miles. +s relativamente pesado complejo por eso es caro, su respuesta de frecuencia que va de 46 ?z a 4666 ?z es baja. +l resorte el im%n forman un sistema resonante de baja frecuencia, con una frecuencia natural de 46 ?z. La resonancia tiene que ser altamente amortiguada, para evitar un pico importante en la respuesta a esta frecuencia. +l problema es que la amortiguación en cualquier dise&o pr%ctico es sensible a la temperatura, eso provoca que la respuesta de frecuencia la respuesta de fase dependan de la temperatura. %ensores de 7onductiidad
La opción para líquidos mu densos o semi2sólidos Los interruptores de conductividad ofrecen las mismas funciones que nuestros interruptores de boa pero con la ventaja de no tener piezas móviles. 7l no tener piezas móviles, estos interruptores se pueden usar en muc$os entornos en los que un interruptor de boa se enganc$aría o no funcionaría en absoluto. +l funcionamiento de estos interruptores no se ver% interrumpido ni siquiera en líquidos conductores semi2sólidos como los del sector alimentario o los lodos industriales, ni en líquidos mu densos como las aguas residuales. 9uministra un controlador b%sico con el *AEFB que satisfar% una amplia gama de aplicaciones. "ado que la conductividad varía considerablemente de un líquido a otro, la sensibilidad del controlador es ajustable para distintos líquidos. La unidad sólo necesita una cantidad de corriente e3tremadamente peque&a para funcionar. 'omo con cualquier otro dispositivo, un sistema adecuadamente instalado conectado atierra no supone ningn riesgo eléctrico. %ensores de #+
+l p?2metro es un sensor utilizado en el método electroquímico para medir el p? de una disolución. La determinación de p? consiste en medir el potencial que se desarrolla a través de una fina membrana de vidrio que separa dos soluciones con diferente concentración de protones. +n consecuencia se conoce mu bien la sensibilidad la selectividad de las membranas de vidrio delante el p?. Una celda para la medida de p? consiste en un par de electrodos, uno de calomel ( mercurio, cloruro de mercurio# otro de vidrio, sumergidos en la disolución de la que queremos medir el p?. La varita de soporte del electrodo es de vidrio comn no es conductor , mientras que el bulbo sensible, que es el e3tremo sensible del electrodo, est% formado por un vidrio polarizable (vidrio sensible de p?#.
9e llena el bulbo con la solución de %cido clor$ídrico 6.4* saturado con cloruro de plata. +l voltaje en el interior del bulbo es constante, porque se mantiene su p? constante (p? E# de manera que la diferencia de potencial solo depende del p? del medio e3terno. +l alambre que se sumerge al interior (normalmente 7gI7g'l# permite conducir este potencial $asta un amplificador. 2.9 7riterios para la selecci'n de un sensor.
9eleccionar un sensor puede ser mu sencillo algunas veces difíciles, pero, siempre el objetivo es de $acerlo bien. +sto es porque por que los sensores, especialmente para uso científico o para ingeniería, pude significar la diferencia entre mediciones repetibles o nmeros disparados. +l objetivo es medir con e3actitud con incertidumbre aceptables. 7l elegir un sensor debemos de tomar en cuenta los siguientes criterios: 7lcance de medición +3actitud del producto 'ondiciones bajo la cual la medición debe ser realizada. Hentajas desventajas del sensor.
