Sensores- tipos de sensores

Sensores

Ing. Jos Roberto Vignoni

Ao 200

Instrumentacin y

Comunicaciones Industriales

Sensores

Introduccin

Parmetros de los sensores

Sensores de Temperatura

Instrumentacin y


Introduccin

Sensores y actuadores son ejem transductores

Un transductor es un disposit

convierte energa de tipo cal lumnica, acstica, presin, mo caudal, etc. a otra generalmente para poder medirla y eventua controlarla en forma relativame

Instrumentacin y


Sensor: Transductor de entrada

Criterios de Clasificacin de Sensores

Segn requerimientos de fuente de

Activos Pasivos

Naturaleza de la seal de salida

Digitales Analgicos

Naturaleza de la magnitud a medir

Mecnicos, Trmicos, Magnticos, Qu

Variable fsica de medida

Resistivo, Inductivo, Capacitivo, Piezo

Instrumentacin y


Sensores Pasivos o Autogenerat

Generan directamente una seal el respuesta a un estmulo externo sin necesidad de una fuente de energ Toman energa del estmulo.

Termocouplas, Sensores Piezoelectri

Sensores Activos o Modulantes

Requieren fuente de energa extern seal de excitacin para poder func

Termistor, Inductor, etc.

Instrumentacin y


Sensores Analgicos

Proveen una seal continua tanto en magnitud como en contenido espacial o temporal.

Temperatura,

desplazamiento, intensidad lumnica, etc.

Sensores D La salida forma de escalone estados

Conta (switc enco

Instrumentacin y


Parmetros de los Sen

Campo de Medida, Rango (Range

valores mximo y mnimo que pueden

Alcance (Span)

Diferencia algebraica entre los valores inferior del campo de medida del instru Error

diferencia entre el valor medido y el va

Error absoluto = resultado valor verdadero

Error relativo = error absoluto / valor verdadero

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Errores sistemticos

Son resultado de una variedad de factore Interferir o modificar variables (tem Drift (cambios en la estructura fsic El proceso de medida hace variar l(transmisor)

El medio de transmisin hace varia (atenuacin)

Errores humanos

Pueden ser corregidos con mtodos de c

Instrumentacin y


Errores aleatorios

Tambin denominado ruido: seal contiene informacin

Error aleatorio verdadero (ruido bla

Ruido ambiente (tomado por un micr

Interferencia electromagntica

La relacin seal ruido debe ser

Instrumentacin y


Incertidumbre

Es la dispersin de valores que pueden razonablemente al valor verdadero de la medida

Trazabilidad

Propiedad del resultado de las medicion con un instrumento, tal que puedan ser r con patrones nacionales o internacionale

una cadena ininterrumpida de comparac todas las incertidumbres determinadas

Exactitud

Es la cualidad del instrumento que tiend lecturas prximas al valor verdadero de l medida

Instrumentacin y


Sensibilidad

Mnimo valor de entrada que genera un salida

Precisin

Es el grado de reproducibilidad de las m

Instrumentacin y


Es la capacidad de medir de un instrumento, par misma lectura cuando se realizan repetidas medi misma magnitud, bajo idnticas condiciones.

Precisin implica similitud entre lecturas sucesivas, necesariamente cercanas al valor verdadero

La Precisin est relacionada con la varianza de un medidas

La Precisin es una condicin necesaria pero no suf exactitud.

Dos trminos estrechamente relacionados con la pre Repetibilidad

Es la precisin de un conjunto de medidas reali mismas condiciones en un intervalo de tiempo

Reproducibilidad

Es la precisin de un conjunto de medidas tomadas en un perodo largo de tiempo o realizadas por diferentes operadores o con diferentes instrumentos o

en diferentes laboratorios

Instrumentacin y


Resolucin o discriminacin

Menor cambio discernible en el valor meLinealidad

Es la aproximacin de la curva de calibra instrumento, a una lnea recta especifica

Deriva

Es una variacin en la seal de salida,

presenta en un perodo de tiempo determin se mantienen constantes la variable medida condiciones ambientalesEstabilidad o Confiabilidad

Capacidad de un instrumento de mante comportamiento durante su vida til.

Instrumentacin y


Vida til se definir como el perodo e dispositivo contine funcionando con (dentro de lmites predeterminados).

La confiabilidad se relaciona con el c dispositivo por lo que la especificaci

vida til es una relacin de compromi costo y eficiencia.

La falla de cualquier componente pue repentina e impredecible, o gradual, e caso puede detectarse algn movimi de las especificaciones. Adems cua la falla, podra ser completa o parcial.

Instrumentacin y


El fabricante da la evaluacin de conf en trminos estadsticos, ya que en g impracticable medir todos los parme cada dispositivo.

El tiempo medio para falla (MTTF: me failure) est definido para un perodo uso como:

{tiempo de funcionamiento correcto} + {nm sobrevivientes} x {perodo de uso} / nmero fallas

Instrumentacin y


Ejemplo

Durante un perodo de 1000 hs, 27 sensore funcionaron satisfactoriamente, uno se desc despus de 6 hs, otro despus de 13 hs. y despus de 680 hs. Cul es el (MTTF)?

(1*6)+ (1*13)+ (1*680)+ (27 *1MTTF =3

Obsrvese que el MTTF es generalmente m que el perodo de uso o prueba.

Instrumentacin y


Cuando un dispositivo puede rep cifra dada suele ser el tiempo me fallas. (MTBF: mean time betwee failures) y se define como:

perodo total de uso de los disposinmero de fallas

Instrumentacin y


Ejemplo

El sensor de tipo x puede repara que las tres fallas o averas ante sealadas fueron reparadas, per ellos se descompuso una vez m las 1000 hs. de uso. Cual es el

MTBF = 30*1000 = 7500 ho 4

Instrumentacin y


La respuesta dinmica de un sensor lineal

por lo tanto se puede asociar a una e diferencial de coeficientes constantes

En la prctica se consideran modelos de segundo orden

Los modelos de orden cero no tienen ele que almacenen energa

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Sensores de Tempera

RTD (Detector de Temperatura Res

Resistencia variable c

temperatura

RT= R0 (1 + T +

R0 es la resistencia a la t

T es la diferencia de te

(T- T0)

Son de, ,... Son los coeficient

coeficientemetal

positivo

Instrumentacin y


Materiales para la fabricac RTDs

Propiedades:cobre, nquel, h

-Maleables

nquel, platino

-Curva de transferencia estable y repetitiva

-Resistentes a la corrosin

-Bajo costo

-Variacin de resistencia lineal con la temperatura

Instrumentacin y


Propiedades y Comportamiento d

comunes

MaterialCoef. De Temp. Rango de Temp. Car

Platino0.00385 a269C aAm

0.003923593CLine

Est

Nquel0.006740C a 300CMa

Ant

Cobre0.004373C a 149CLine

Baj

Ran

Hierro-0.005146C a 343CAl s

Nquelalea

Instrumentacin yinte


RTDs de Platino

Segn Estndar IEC 751 Clase A +/- 0,06 a 0 C

Clase B +/- 0,12 a 0 C

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Formas Constructivas

Bobinada

PelculaBobina

MetlicaSuspend

Instrumentacin y


Tipos de Conexiona

Conexin con 2 cables

L1

R1RT

E0 L2

R2R3

Lx1L1

Si E0 = 0 entonces:

R1 = L1 +RT +L2

R1

RT

Lx2L2

R2R3

Instrumentacin y


2 Cables con Compensacin

Lx1L1

R1

RT

RT = R25 C + 0,003

Lx2L2

R2 REX R3

R1 = R2 REX = L R3 = L1 +

L1

R1

RT

R2

L2

R3

Instrumentacin y


Conexin con 3 cables

L1

R1

RT

L3

R2 L2R3

R1 = R2 = R3 + L2 = RT + L1

Instrumentacin y


Ventajas y desventajas d RTDs Ventajas:

Lineales

Estables

Intercambiables Desventajas

Sensibilidad baja

Voluminosas

Alta Inercia Trmica (Alto tiempo de resp

Medianamente frgiles

Autocalentamiento

Instrumentacin y


Termistores

Materiales semiconductores que utilizan variable su resistencia para detectar vari de temperatura.

Se fabrican con

diversos metales nquel, cobalto, c titanio, mangane

Instrumentacin y


Donde:

T: es la temperatura (en kelvin),

TRef es la temperatura de referenci generalmente la temperatura ambien 77 F; 298.15 K)R: es la resistencia del termistor ()

RRef: es la resistencia a TRef

: es una constante de calibracin de del material del termistor, generalmen 3,000 and 5,000 K.

Instrumentacin y


Ventajas:

Alta sensibilidad

Alta precisin (+/- 0.02 C)

Pequeo Tamao

Baja Inercia Trmica (bajo tiempo respuesta)

Estabilidad y repetibilidad a largo p

Desventajas

Altamente alineales

Limitado rango de utilizacin (-40 C)

Instrumentacin y


Termocuplas (pares termoelc

Sensores de temperatura por efecto termoelctrico, conformado por dos distintos conectados en dos juntura diferentes.

Instrumentacin y


Principio de funcionamiento

Efecto Seebek: En un circuito conforma metales cuyas junturas estn a temperatur diferentes, circula una pequea corriente.

Efecto Peltier: Reversibilidad del fenme aplica una tensin al circuito anterior, una calienta y la otra se enfra dependiendo de de circulacin de la corriente.

Efecto Thompson: Cualquier material c homogneo, expuesto a un gradiente de temperatura, genera una fem entre sus ext

Instrumentacin y


Tipos de termocuplas

Las termocuplas se consiguen diferentes combinaciones de m calibraciones. Las cuatro ms c son las tipo: J, K, E y B. Cada u diferente rango de aplicacin dependiente de la temperatura entorno de trabajo.

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Tipo K (Chromel (Ni-Cr) / Alumel (Ni-A

Es una termocupla de propsitos generale bajo costo y se consigue en una variedad rango de temperatura de trabajo va desde +1200 C. La sensibilidad es de aproxima 41 UV/C.

Type J (Hierro/ Constantan)

Limitado rango de trabajo (40 to +750 C menos popular que la anterior. Su aplicaci importante la relaciona con equipamiento Las termocuplas tipo J no deben utilizarse de 760 C ya que sufriran una abrupta transformacin magnetica que causara u permanente descalibracin.

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Tipo E (Chromel / Constantan (Cu-Ni )

Tiene mayor sensibilidad (68 UV/C), se u rangos de muy baja temperatura (criogeni propiedad importante es que es no-magn

Type B (Platino-Rhodio)

Se utiliza en altas temperaturas hasta 180

Generalmente, las termocuplas tipo B pre misma tensin de salida desde 0 C hasta que las hace intiles por debajo de 50 C. baja sensibilidad (10 UV/C). Se utilizan p de 300 C.

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Formas constructivas

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Instrumentacin y


Instrumentacin y


Ventajas

Amplio rango de temperatura

Bajo costo

Robustas

Baja inercia trmica

Buena exactitud y repetibilidad Desventajas

Baja sensibilidad (menor a 60 V/

Necesita temperatura de referencia

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Semiconductores

Es un dispositivo semiconductor con las propiedades de un diodo

Econmico, lineal y fcil de usar

Rango de temperatura limitado (-50C to 150 C) debido a la naturaleza de los materiales semiconductores

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Pirmetro

Tambin denominado termmetro de es un instrumento que permite medir temperatura de una superficie midien radiacin electromagntica (infrarroja emitida por un objeto.

La radiacin EM de caractersticas t abarca un rango de longitudes de on desde el ultravioleta profundo hasta infrarrojo (0.1 a 100 m).

Instrumentacin y


Pirmetro ptico

Mide radiacin trmica en el espectro vis por comparacin con una luz calibrada g un filamento.

Pirmetro Infrarrojo

Mide en la regin del infrarrojo (2 a 14 radiacin genera una carga elctrica en piroelctricos como el tantalato de litio (L

Ventajas Rpida respuesta, medida sin contacto,

Desventajas

Caros, la medida puede ser afectada por humo, radiacin EM en el entorno.

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