Sensores

ESP. GLORIA ESMERALDA SANDOVAL MARTINEZ IEM

INTRODUCCION A LA AUTOMATIZACION

SENSORES Y ACONDICIONADORES DE SEAL

QUE ES UN SENSOR?

Dispositivo encargado de obtener una seal elctrica en respuesta a magnitudes de entrada no elctricas.

Dispositivo que, a partir de la energa del medio donde se mide, da una seal de salida transducible que es funcin de la variable medida.

TIPOS DE SENSORES

1.Sensores de posicin.

2.Sensores de velocidad.

3.Sensores de temperatura.

4.Sensores de presin.

5.Medidores de caudal.

6.Medidores de nivel.

TIPOS DE SENSORES

1. Sensores de posicin:

Se usan para:

Medir distancias entre objetos.

Detectar la presencia de un objeto a cierta distancia.

Tipos:

a) Detectores de presencia o proximidad.

b) Medidores de distancias o posicin.

c) Sensores de pequeas deformaciones.

TIPOS DE SENSORES

INDUCTIVOS DE PROXIMIDAD:

Detectan la proximidad de piezas metlicas en el rango 1mm-30mm.

Formados por un circuito oscilador con alta frecuencia de resonancia. La presencia del metal altera el circuito magntico y hace variar la amplitudde la oscilacin generada por el circuito.

Ventajas:- No necesita estar en contacto con el objeto a detectar.- Robustez mecnica.- Resistencia a ambientes agresivos y a altas temperaturas.- Bajo precio.

TIPOS DE SENSORES

CAPACITIVOS:

Basados en el mismo principio.

El elemento sensible es el C del circuito oscilante: dos aros metlicosconcntricos que forman un condensador.

Cuando el objeto se acerca, cambia la constante dielctrica del C y, por tanto, cambian las oscilaciones del circuito.

Ventajas:-Puede detectar materiales distintos a los metales.

Pero: Su sensibilidad depende mucho del tipo de material a detectar y de la humedad ambiental.

TIPOS DE SENSORES

PTICOS:

Incorporan un emisor y un receptor.

La variacin de luz es la que activa su salida. Pueden conmutar porluz o por oscuridad.

PALPACIN DIRECTA:

Emisor y receptor en la mismaunidad.

El objeto se detecta cuando el hazde luz se refleja en l.

SISTEMA ENFOCADO:

Emisor y receptor en la misma unidad.

El punto de enfoque (por medio de una lente) se encuentra a una distancia prefijada del receptor.

Slo la reflexin de un objeto a esa distancia provoca la activacin de la salida.

TIPOS DE SENSORES

SISTEMA EMISOR/RECEPTOR:

Emisor y receptor en distintasunidades.

La interrupcin del haz de luzprovoca la conmutacin.

SISTEMA DE BARRERA:

Emisor y receptor en la mismaunidad.

El haz de luz se refleja con un reflector.

La interrupcin del haz de luzprovoca la conmutacin.

Permiten identificar colores y objetos de tamao pequeno (dcimas de mm)

Distancias de deteccin grandes: 5m-500m

Pueden complementarse con fibra ptica

TIPOS DE SENSORES

ULTRASONIDOS:

Basados en la emisin-recepcin de ondas de ultrasonidos.

El objeto interrumpe el haz, el nivel de recepcin vara y el objeto esdetectado

Ventaja: Deteccin de objetos transparentes (cristal, plstico)

Desventaja: no se pueden usar en sitios donde el aire circule con violencia o en medios con elevada contaminacin acstica

TIPOS DE SENSORES

2. Sensores de velocidad:

Se usan en un gran nmero de sistemas industriales, en los que se requiere un control de la dinmica de los mismos.

GENERADOR DE IMPULSOS:

Son los ms usados.

Generan pulsos a una frecuencia proporcional a la velocidad.

DINAMO TACOMTRICA:Es un generador de DC. La tensin generada al girar el rotor es proporcional a la velocidad angular de giro.Sensibilidad: 50-100 mV/r.p.m.

TIPOS DE SENSORES

3. Sensores de temperatura:

Parmetro muy importante en los procesos industriales.

Tipos:

a) Termmetros de dilatacin.

b) Termmetros sensibles a la resistencia.

c) Termopares.

d) Mtodos sin contacto.

TIPOS DE SENSORES

a) Termmetros de dilatacin:

TERMMETROS DE VIDRIO:

Indican la temperatura como diferencia entre el coeficiente de dilatacin del vidrio y del lquido empleado (Ej.: mercurio).

TERMMETROS DE BULBO:

La variacin de temperatura produce la expansin o contraccin del fluido, lo que deforma el recinto que lo contiene.

TIPOS DE SENSORES

TERMMETROS BIMETLICOS:

Sensores que conmutan a un cierto valor de temperatura.

Constan de dos lminas metlicas con diferente coeficiente de dilatacin, unidas slidamente por sus extremos. Se basan en la diferencia de dilatacin de dos metales.

Cuando por efecto de la temperatura se dilatan, se deformanproducindose un desplazamiento mecnico cuya fuerza se emplea para mover una aguja indicadora o para activar un mecanismo de control.

Usos tpicos: sistemas de climatizacin, interruptores de proteccin, etc.

TIPOS DE SENSORES

b) Termmetros sensibles a la resistencia: TERMMETROS DE RESISTENCIA METLICA (RTD):

Se basan en que la resistencia elctrica de metales puros aumentacon la temperatura.

El material debe ser resistente a la corrosin y a ambientes hostiles, con comportamiento lineal, alta sensibilidad, fcil de fabricar y estable: Pt y Ni.

Rango (Pt): -200C a +500C. PT100: sensibilidad 0.385 ohmios/C

TIPOS DE SENSORES

c) Termopares:

Sensores activos que usan el efecto Seebeck.

Dos metales soldados en un extremo, este estremo se calienta (unincaliente) y los otros dos extremos no (unin fra). Efecto Seebeck: aparece una diferencia de tensin entre los dos extremos.

El voltaje es proporcional a la diferencia de temperaturas.

Seal de salida muy baja: microvoltios por grado.

Aguantan altas temperaturas (Ej.: calderas)

Bastante lineales

TIPOS DE SENSORES

4. Sensores de presin:

Suelen basarse en la deformacin de un elementoelstico (membrana) cuyo movimiento bajo la accin del fluido es detectado por un transductor de pequeosdesplazamientos que nos da una seal proporcional a la presin.

Dos tipos de medidas:

- Presin absoluta: medida respecto al vaco.

- Presin diferencial o relativa: se mide la diferencia de presin entre dos puntos.

a) Sensores mecnicos

b) Sensores electromecnicos

TIPOS DE SENSORES

a) Sensores mecnicos:

TUBO DE BOURDON:

Tubo de seccin elptica que forma un anillo casi completocerrado por un extremo y conectado a la fuente de presin porel otro.

Al aumentar la presin en el interior del tubo ste se endereza, provocando un movimiento que es recogido por una agujaindicadora o transmisor colocados en el extremo cerrado del tubo.

TIPOS DE SENSORES

TIPOS DE SENSORES

FUELLE:

Tubo fino sin soldadura, ondulado, de acero inoxidable o latn, que por efecto de la presin se estira o contrae con un desplazamiento considerable.

TIPOS DE SENSORES

b) Sensores electromecnicos: SENSOR CAPACITIVO:

Consta de dos membranas exteriores y un fluido en contacto con un diafragma sensor, situado entre las dos armaduras del condensador.

El fluido transmite la presin soportada por las membranas al diafragma, el cual se desplaza hacia un lado o hacia otroproporcionalmente a la presin.

Esto hace que vare la constante dielctrica entre las placas del condensador.

TIPOS DE SENSORES

TIPOS DE SENSORES

GALGAS EXTENSIOMTRICAS:

Al someter una galga a presin, vara su longitud y su diamtro, y en consecuencia, su resistencia elctrica.

SENSORES INDUCTIVOS:Se basa en que al desplazar un ncleo mvil dentro de una bobina aumenta la tensin inducida en el arrollamiento secundario.

SENSORES PIEZOELCTRICOS:Un material piezoelctrico genera una seal elctrica al deformarsepor efecto de una presin.

TIPOS DE SENSORES

5. Medidores de caudal:

Se basan en distintos principios segn se trate de medirel caudal de flujos compresibles o no (gases o lquidos).

Tipos:

a) Medidores de presin diferencial.

b) Medidores de velocidad.

c) Medidores msicos.

d) Medidores volumtricos.

TIPOS DE SENSORES

a) Medidores de presin diferencial:

PLACA ORIFICIO:

Al restringir el paso de fluido se produce una cada de presin.

Es una placa con un orificio que se usa para restringir el paso defluido.

Se usa con lquido limpio y gases (los fluidos sucios producenerosin del filo de la placa).

TIPOS DE SENSORES

TUBO VENTURI:

Consiste en un estrechamiento gradual cnico y una descarga con salida tambin suave.

Se usa para fluidos sucios y ligeramente contaminados.

Su alto coste restringe su utilizacin.

TIPOS DE SENSORES

b) Medidores de velocidad: MEDIDOR DE TURBINA:

El fluido entra en el medidor y hace girar un rotor a una velocidad quees proporcional a la del fluido, y por tanto, al caudal instantneo.

La velocidad de giro del rotor se mide con un sensor que registra el nmero de vueltas o por pulsos electrnicos generados en cadagiro.

Son los ms precisos.

Aplicables a gases y lquidos limpios de baja viscosidad.

TIPOS DE SENSORES

MEDIDOR ELECTROMAGNTICO:

Se basan en la ley de induccinelectromagntica de Faraday: el voltaje inducido en un conductor que se mueve en un campo magntico es proporcional a la velocidad del conductor.

Ventajas: No originan cada de presin(no entorpecen el paso del fluido), se usan para lquidos sucios, viscosos y contaminados.

Desventajas: Medidas con error si la tubera no est totalmente llena o si existen burbujas.

TIPOS DE SENSORES

MEDIDORES DE ULTRASONIDOS:

Emplean ondas ultrasnicas para medir el caudal.

Buenos para medir lquidos altamente contaminados o corrosivos, porque se instalan exteriormente a la tubera.

Introducen dos pulsos inclinados y simultneos mediante dos emisores-receptores. La diferencia de tiempos para el mismocamino recorrido depende de la velocidad del flujo.

TIPOS DE SENSORES

c) Medidores msicos:

MEDIDOR DE INCREMENTO DE TEMPERATURA:

Consiste en aportar calor en un punto del flujo y medirla temperatura aguas arribay aguas abajo.

Si la velocidad del flujo fuesenula, no habra diferenciade temperatura. Al existirvelocidad, la diferencia de temperaturas esproporcional al flujo msicoexistente.

TIPOS DE SENSORES

d) Medidores volumtricos:

MEDIDOR DE DESPLAZAMIENTO POSITIVO:

Para caudales de gases.

Se intenta mantener la presin y la temperatura constantes.

El flujo se divide en segmentos de volumen conocido, contando el nmero de segmentos en un intervalo de tiempo.

No se recomienda con fluidos sucios al existir partes mviles.

TIPOS DE SENSORES

6. Medidores de nivel:

Mide el estado de llenado de depsitos de:

a) lquidos

b) slidos (polvo/granulados)

Dos estrategias:

- Detectar varios niveles de referencia con un nmerodiscreto de transductores.

- Detectores de tipo analgico: obtienen una sealproporcional al nivel.

Ejemplos de algunos sensores

A continuacin se encuentran 4 sensoresdiferentes con algunas de suscaractersticas ms importantes.


Self-contained opposed-mode sensor pair


Serie de detectores de ranura de diferentes tamaos diseados por la marca BANNER los cuales tienen una salida conmutadora de corriente de tipo NPN o PNP con el cual podremos hacer una conmutacin de voltaje en donde a la aparicin de un objeto el transistor entrara en regin activa habilitando la salida la cual ser 1.6 voltios en PNP y 2 voltios en NPN.

Podemos ver este dispositivo como un sensor digital ya que en sus salidas veremos siempre valores de ceros y unos en donde un cero equivale a no tener un objeto y 1 a tener un objeto en el sensor.

Adems este dispositivo es alimentado por una fuente de voltaje de 10 a 30 voltios por lo que es un sensor de tipo modulador o pasivo ya que este requiere un aporte de energa adicional para su funcionamiento.


Long-Range Ultrasonic Sensors


Sensor ultrasnico de movimiento con rango que va desde 200mm hasta 8 metros con una frecuencia ultrasnica de 75Khz con compensacin para cambios de temperatura con la opcin de programar los rangos mximos y mnimos con ayuda de un software.

El sensor ultrasnico es un dispositivo de tipo analgico con una salida que tiene un rango de 0 a 10 voltios de corriente directa, los cuales corresponde al ndice de proximidad del objeto en movimiento al sensor.

El sensor es alimentado por una fuente desde 10 hasta 30 voltios de corriente directa y de all obtiene la energa para realizar el proceso de censado por lo que es un sensor pasivo o modulador.


Vehicle Detection Sensor


Sensor de fcil instalacin que detecta la presencia de un vehiculo sobre la zona de monitoreo.

El sensor tiene una salida conmutadora de corriente de tipo NPN o PNP la cual entrara en regin activa a la presencia de un vehiculo, por lo que podemos ver su salida como una salida de tipo digital.

El sensor necesita una fuente de 10 a 30 voltios de corriente directa para poder funcionar de manera optima por lo que es un sensor de tipo modulador.


Compact, self-contained, three-output color-differentiating sensor


Detecta la presencia de los clores rojo azul y verde a travs de filtros RGB mostrando en su salida conmutadores de corriente de tipo PNP con un voltaje de salida mximo de 30 voltios de corriente directa.

Su salida muestra la presencia o ausencia de color, por lo que se puede considerar su salida de tipo digital.

Como necesita ser alimentada por una fuente de 10 a 30 voltios de corriente directa es un dispositivo de tipo modulador, ya que necesita una fuente de energa adicional a la de la medida para funcionar.

ACONDICIONADORES

ACONDICIONADORES

Los acondicionadores de seal, adaptadores o amplificadores, son los elementos de medida que ofrecen, a partir de una seal de salida de un sensor elctrico, una seal apta para ser presentada o registrada o que simplemente permita un procesamiento posterior.

Las funciones de estos dispositivos se pueden dividir en las siguientes: amplificacin, filtrado, adaptacin de impedancias y modulacin y demodulacin.

As, por ejemplo, cuando se requiere un conversor A/D para convertir una seal analgica en otra digital, normalmente se hace uso de acondicionadores de seal que adaptan la seal analgica a las caractersticas de entrada del conversor.

ACONDICIONADORES

Un filtro es todo dispositivo que separa seales de acuerdo con su frecuencia u otro criterio.

El filtro puede ponerse en la entrada o en una etapa intermedia. En el primer caso puede ser: elctrico, mecnico, por ejemplo, para evitar vibraciones, neumtico, trmico, por ejemplo, un blindaje con masa apreciable para evitar los efectos de las turbulencias al medir la temperatura media de un fluido en circulacin o electromagntico.

Los filtros dispuestos en las etapas intermedias son casi sin excepcin filtros elctricos.

FILTRADO

ACONDICIONADORES

Un acondicionador se puede comportar como un amplificador cuando se comporta como un dispositivo que, mediante la utilizacin de energa, magnifica la amplitud de un fenmeno.

Aunque el trmino se aplica principalmente al mbito de los amplificadores electrnicos, tambin existen otros tipos de amplificadores.

AMPLIFICADOR

ACONDICIONADORES

ACONDICIONADORES

A continuacin se encuentran 4 acondicionadores diferentes

con algunas de sus caractersticas ms

importantes

ACONDICIONADORES

(High Performance DIN Isolated Analog Signal Conditioners)

ACONDICIONADORES

El DSCA es un mdulo que tiene la capacidad de filtrar, aislar, amplificar y linealizar seales de cualquier tipo de sensor, o fuente. Este dispositivo convierte seales recibidas en su entrada, en seales de alto voltaje pero tambin analgicas y es muy til en la adquisicin de datos en un sistema de control.

El dispositivo maneja una exactitud de ms o menos 0.03% y es alimentado por una fuente de 10 a 30 voltios de corriente directa, y una proteccin a su entrada para subidas inesperadas de voltaje.

ACONDICIONADORES

(Conditioning 8-Bit ADC)

ACONDICIONADORES

Conversor de seales analgicas a seales digitales de 8 bits de resolucin, con velocidad de conversin de 10s montado en un encapsulado de 20 pines tipo DIP, el cual contiene entradas diferenciales para garantizar un optimo rechazo al modo comn con lo que es posible usar una gran variedad de transductores para recibir las seales.

El dispositivo funciona en una gama de rangos que va de 0 a 255mV de 0 a 2.55V dependiendo el rango que se desee utilizar, adems es alimentado por una fuente de corriente directa d 5 voltios y sus entradas diferenciales lo hacen una excelente eleccin al momento de trabajar con seales expuestas a ruido y fenmenos externos a la seal de inters.

ACONDICIONADORES

(16-Bit, 200 kS/s USB Data Acquisition Module)

ACONDICIONADORES

Sistema de adquisicin de datos con la posibilidad de manejar hasta 352 canales diferentes gracias a sus altas velocidades de transferencia, por ser manejado desde el PC mediante un software, ste dispositivo maneja una resolucin de 16bits, siendo capaz de obtener seales con amplitudes de menos 10 a 10 voltios.

Por su conectividad va USB puede ser utilizado en conexiones de hasta 150 pies del sitio en donde se encuentra el PC y adems de esto un sistema de calibracin dependiendo de las distancia del objetivo para una mayor eficacia en las medida realizadas por el dispositivo.

ACONDICIONADORES

(Quad-Channel Resistive Bridge Conditioner)

ACONDICIONADORES

El 28104A Quad Bridge Conditioner nos ofrece 4 canales de acondicionamiento eficaz para muchos tipos de sensores incluyendo sensores que necesitan ser excitados para poder acceder a las medidas. Este dispositivo amplifica seales de entradas AC o DC de bajos voltajes para un ptimo anlisis, adems tiene la capacidad de balancear automticamente el bus de datos en el que viaje la informacin proporcionando as estabilidad al circuito. )

Adems de estas ventajas, el dispositivo puede ser usado como un filtro paso bajas gracias al software controlador de l mismo lo cual lo hace muy til para tener un grado de selectividad al momento de discriminar entre seales parsitas y la seal de inters.

GRACIAS

ESP. GLORIA ESMERALDA SANDOVAL MARTINEZ IEM

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