SENSORES Y TRANSDUCTORES.pdf

Sensores y transductores

1. SENSORES
INDUSTRIALES
AUTOMATISMOS ELECTRICOS I
ESCUELA INDUSTRIAL SUPERIOR PEDRO DOMINGO MURILLO
“CARRERA DE ELECTRICIDAD”
DOCENTE: ING. JORGE R. PACHECO F.
ELECTRICIDAD INDUSTRIAL

2. INDICE
•Indice:
•1.-Introducción
•2.-SensoresIndustriales-conceptos
•3.-Transductores -conceptos
•3.-Sensores IndustrialesAvanzados

3. Introducción
➢DESCRIPCIÓN.-
•Unsensoresunaparatocapazdetransformarmagnitudesfísicasoquímicas,llamadasvariablesde
instrumentación,enmagnitudeseléctricas.Lasvariablesdeinstrumentacióndependendeltipodesensory
puedenserporejemplo:temperatura,intensidadlumínica,distancia,aceleración,inclinación,
desplazamiento,presión,fuerza,torsión,humedad,pH,etc.Unamagnitudeléctricaobtenidapuedeseruna
resistenciaeléctrica(comoenunaRTD),unacapacidadeléctrica(comoenunsensordehumedad),una
tensióneléctrica(comoenuntermopar),unacorrienteeléctrica(comounfototransistor),etc.

4. Introducción (Diferencia entre Sensor y
Transductor)
➢Sensor.-
•Unsensorsediferenciadeuntransductorenqueelsensorestásiempreencontactoconla
variableamediroacontrolar.Haysensoresquenosolosirvenparamedirlavariable,sino
tambiénparaconvertirlamediantecircuitoselectrónicosenunaseñalestándar(4a20mA,1a
5VDC…)paratenerunarelaciónlinealconloscambiosdelavariablemedidadentrodeunrango
(span),parafinesdecontroldedichavariableenunproceso.
Transductor.-
Lostransductoressondispositivosquetransformanoconviertenunamagnitudfísicaenuna
señaleléctrica.Sepuedenclasificarendosgrupos:Activosypasivos.Sontransductores
activoslosquehayqueconectaraunafuenteexternadeenergíaeléctricaparaquepuedan
responderalamagnitudfísicaamedircomoporejemplolasfotoresistenciasytermoresistencias,
ysonpasivoslosquedirectamentedanunaseñaleléctricacomorespuestaalamagnitudfísica
comolosfotodiodosylassondasdepH.

5. Introducción (Diferencia entre Sensor y
Transductor)
➢Lavariaciónderesistenciaqueseobtieneenelsensoresunvalordirectodelatemperatura,
peroenlossistemasdecontrolnotrabajanconestasseñalessinocontensiónointensidadpor
loqueconayudadeuntransductor,estavariaciónderesistenciaseasociaaunavariación
devoltaje,quetambiénesproporcionalalatemperatura(ovariablequesemidaencadacaso),
unavariaciónderesistenciaenelsensor,esleídaporeltransductor,yasociadaaunavariación
devoltaje.Eltransductorportantosueleincluiralsensor.

6. ¿Dónde se aplican los sensores?
“Lossensoressonlosdispositivosqueconvierten(traducen)unamagnitudfísicaenunaseñal
eléctrica.“
Seutilizanmuchostiposdesensoresysuclasificacióndependedelprincipiodefuncionamientoen
quesebasan.

7. Estructura y clasificación de los sensores
-Magnético.
-Capacitivo
-Inductivo
-Porefecto hall.
-Porconductividad eléctrica.
-Termoeléctricos.
-Fotoeléctricos.
-Piezoeléctricos.
-Porultrasonidos.
-Porradiofrecuencia.
-Interruptoresy conmutadores.

8. Tipos de Transductores
•Entrelostiposdetransductorestenemos:electroacústicos,electromagnéticos,electromecánico,electroquímico,electrostático,
fotoeléctrico,magnetostrictivo,piezoeléctrico,radioacústicosytermoeléctrico.
•Algunosejemplos:
•Unmicrófonoesuntransductorelectroacústicoqueconviertelaenergíaacústica(vibracionessonoras:oscilacionesenla
presióndelaire)enenergíaeléctrica(variacionesdevoltaje).
•Unaltavoztambiénesuntransductorelectroacústico,perosigueelcaminocontrario.Unaltavoztransformalacorriente
eléctricaenvibracionessonoras.
•Lostecladoscomunesquetransformanelimpulsodelosdedossobrelasmembranasyéstasgeneranelcódigodelatecla
presionada.
•Elsistemadealarmadeunautomóvil,elcualtransformaloscambiosdepresióndentrodelvehículoalaactivacióndedicha
alarma.Algunasdeestassontermistores,piezoeléctricos,termostatos,etc.
•Unventilador,queconviertelaenergíaeléctricaenenergíamecánica(movimientodelaspadelventilador).
•Unaestufadoméstica,transformandolaenergíaeléctricaentérmica.

9. Características de un sensor
1.Rango o margen -Error por histéresis
2.Error -Estabilidad
3.Exactitud -Resolución
4.Sensibilidad
Características estáticas
y dinámicas
1. Tiempo de respuesta
2. Constante de tiempo
3. Tiempo de subida
4. Tiempo de estabilización

10. Sensores de Temperatura
•Termopar.-
•Untermoparesundispositivo
diseñadoparalamediciónde
temperatura,basadoenefectos
termoeléctricos,loquelepermite
medirtemperaturassuperioresalos
2000°Ceinferioresalos-250°C,
dependiendolosmaterialesconlos
quesefabrique.Esuncircuito
formadopordosconductoresde
metalesdiferentesoaleacionesde
metalesdiferentes,quese
encuentranenformadecabley
estánunidosenunodesus
extremosyseparadosporelotro.
Cuandoensusunionesexisteuna
diferenciadetemperatura,se
originaunafuerzaelectromotriz,
conocidacomoelefectoSeebeck.

11. Sensores de Temperatura
TERMOCUPLA TIPOJ.-
LastermocuplastipoJseusan
principalmenteenlaindustria.La
termocuplaJtieneuncablepositivode
aleación(hierro),cablenegativode
aleación(cobre/níquel)Rangode
temperaturade-180a750ºCaunvoltaje
máximode4.2v.Tolerancia:+/-0.5ºC.
TERMOCUPLA TIPOK.LatermocuplaK
seusatípicamenteenfundiciónyhornosa
temperaturasmenoresde1300ºC.La
termocuplaKtieneuncablepositivode
aleación(níquel/cromo),cablenegativode
aleación(níquel/aluminio).Rangode
temperaturade-180a1300ºCaunvoltaje
máximode54.8v.Tolerancia:+/-0.5ºC.

12. Sensores de Temperatura
El sensor de temperatura PT100 es un tipo específico de RTD. Un RTD (del inglés:
ResistanceTemperatureDetector)
•Rango de trabajo: -100℃hasta +400℃
•Conexión: 3 Hilos
•Longitud de cable: 1m
•Dimensiones: D5mm x L100mm
•Diámetro de la rosca: 8mm/0.31"
•Material de sonda: acero inox.
•Resistente al agua (la parte del sensor, no del cable)
TERMOSTATO
•es el componente de un sistema de control simple que abre o cierra uncircuito
eléctricoen función de latemperatura.
•Si la temperatura disminuye, el metal se contrae, la espiral bimetálica se estira y se
cierra de nuevo el circuito.

13. Sensores de nivel
•Constituidoporunflotador
pendientedeuncable,unjuegode
poleas,yuncontrapesoexterior
•Lossensoresdenivel,también
conocidoscomo"interruptorde
nivel"o"sensordeboya",son
instrumentosquetrabajanconun
interruptordecontacto(reed
switch)yunflotadormagnético.El
movimientodelflotadorabreo
cierraelcontactoeléctrico.Con
ellos,seconsiguensoluciones
versátilesydebajocosteparasu
automatización.
•Esquemadeconexióndesensores
denivelconcontactorybomba
paracontrolautomáticodenivel
mínimoymáximodeldepósito.

14. FUNCIONAMIENTO DEL SENSOR DE NIVEL
•Depósitovacío:Loscontactosdelos
sensoresdenivelsuperiore
inferiorestáncerradosyalimentan
labobina(A1/A2)delcontactor,que
mantieneretenidoporloscontactos
13/14,accionandolabomba.
•2Elnivelinferiordeldepósitose
elevaabriendoelcontactodelsensor
denivelinferior,perolabobina
(A1/A2)permaneceenergizadapor
mediodelcontactocerradodel
sensordenivelsuperiorydelos
contactos13/14delcontactor.
•3Elcontactodelsensorde
nivelsuperiorseabrecuandoel
depósitoestuvierelleno,deteniendo
labomba.

15. Sensores ultrasónicos
•Medidordeondassonorasdealta
frecuencia(20-40KHz)quesepropagapor
lafasehastaquechocaconellíquido,se
reflejayalcanzaelreceptorsituadoenel
mismopuntoqueelemisor
•Eltiempoentreemisiónyrecepciónes
inversamenteproporcionalalnivel
•EltiempodependedelaTª==>compensar
medidas
•Evitarobstáculosenelrecorridodelas
ondas
•Sensiblesalestadodelasuperficiedel
líquido(espumas)
Sonda
•Consisteenunavarillaoreglagraduada,
delalongitudconvenienteparaintroducirla
dentrodeldepósito.Ladeterminacióndel
nivelseefectúaporlalecturadirectadela
longitudmojadaporellíquido.

16. Sensores ultrasónicos

17. SENSORES DE PRESION
•Galgasextensiométricas
•Sebasanenlavariacióndela
resistenciadeunhiloconductor
calibrado(GALGADEHILO)odeun
materialsemiconductor(GALGADE
SEMICONDUCTOR).
•Secombinanconmuellesopiezas
deformablesparadetectardeforma
indirectaesfuerzosdetracción,
compresión,etc.
Piezoeléctricos
•Materialescristalinos(cuarzo).
•Adquierenunapolarizaciónenla
direccióndelosejeseléctricoscuando
sesometenaunesfuerzoyse
deformanenladireccióndelosejes
mecánicos.

18. Sensores de posición y velocidad
•Esundispositivocaptaciónmagnéticayesdeefecto
hall,porlogeneralVSSgeneraunaondaconfrecuencia
proporcionalalavelocidaddelautomóvil,permitiéndose
alacomputadora(ECU)determinarentiemporealla
velocidadconlaqueviajaelautomóvilytambiéna
conoceraspectosimportantesdelfuncionamientodel
vehículotalescomoelsistemadecontroldetracción,
estabilidadolatransmisiónautomáticayelsistemade
controldetracción

19. SENSORES DE PRESENCIA O PROXIMIDAD INDUCTIVO
•Unsensorinductivotienelacapacidaddedetectarobjetos
metálicossintenercontactofísico,siempreycuandoestén
dentrodelrangodesensado.Altenersololacapacidadde
detectarobjetosmetálicossepuedeaprovecharparadetectar
metalesatravésdealgúnplástico.
•Partesdeunsensorinductivo
•Estaconstituidoporvariaspartescomosonlazonade
detección,labobina,eloscilador,ledindicador,rectificador
yuncomparador.
•Bobina:Estecomponentedentrodelsensorseencargade
generaruncampomagnetico.
•Oscilador:Generaunaondasenoidaldeamplitudconstante.
•Rectificador:Esbásicamenteunrectificadordemediaonda,
esteseencargaderectificarlaondasenoidalaunaseñalde
D.C.pulsante.
•Comparador:Genera2voltajesdiferentes,cuandolasalida
delrectificadorsereducehastaciertonivel,lasalidadelsensor
cambia.lomismopasacuandolasalidadelrectificador
aumenta.
•Indicadorled:Esteindicadorseenciendecuandoelsensor
detectounobjetometálico.
•Salida:Seencargadeproveerlaseñaldesalidadelsensor,
(yaseaaltaobaja).

20. SENSORES DE PRESENCIA O PROXIMIDAD INDUCTIVO
•Elsensorcapacitivoesuninterruptorelectrónicoquetrabajansincontacto.Estos
sensoresaprovechanelefectoquetienenlosmaterialescomoelpapel,vidrio,
plástico,aceite,agua,asícomodelosmetales,deaumentarlacapacidaddel
sensorcuandoseencuentrandentrodelcampoeléctricogenerado.
Principiodefuncionamiento
•Constandeuncondensadorquegenerauncampoeléctrico.Estecondensador
formapartedeuncircuitoresonador,demaneraquecuandounobjetoseacercaa
estecampo,lacapacidadaumenteyelcircuitoempiezaaresonar.

21. GRACIAS POR SU ATENCION