SENSORES Y TRANSDUCTORESEXPOSITOR DR. ING. ELECTRONICO CIP NOE CHAVEZ TEMOCHE*

DR. ING. ELECTRONICO CIP NO CHVEZ TEMOCHESISTEMAS DE CONTROLFigura 1*

DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHEGLOSARIO DE TERMINOS 1. LAZO DE CONTROL: Combinacin de uno o ms instrumentos o funciones de control que sealan el paso de uno a otro con el propsito de medir y/o controlar las variables de un proceso.2. SISTEMA DE CONTROL DE LAZO ABIERTO: Son aquellos en los que la salida no tiene efecto sobre la accin de control. En otras palabras, en un sistema de control de lazo abierto la salida no se retroalimenta para compararla con la entrada. Un ejemplo prctico lo constituye una lavadora de ropa domstica. El remojo, lavado y enjuague en la lavadora se cumplen por tiempos. La mquina no mide la seal de salida, es decir, la limpieza de la ropa.3. SISTEMA DE CONTROL DE LAZO CERRADO: En estos sistemas la variable controlada es continuamente medida y as comparada con un valor predeterminado (Variable de referencia).*

DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHEGLOSARIO DE TERMINOS 4. PROCESO: Es cualquier operacin o secuencia de operaciones que involucren un cambio de energa, estado, composicin, dimensin, u otras propiedades.5. VARIABLE DE PROCESO: Cualquier propiedad variable de un proceso. El trmino variable de proceso es usado como un standard para la aplicacin a todas las variables. 6. SENSOR: Instrumento que detecta el valor de una variable deproceso. El sensor puede ser integrado o separado de un elementofuncional o de un lazo. Al sensor tambin se le conoce comoelemento primario.7. SET POINT: El set point, punto de referencia o valor deseadopuede ser establecido manualmente, automticamente oprogramado. Su valor se expresa en las mismas unidades que lavariable controlada.*

DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHEGLOSARIO DE TERMINOS 8. TRANSDUCTOR I/P: Dispositivo que recibe informacin en forma de corriente y produce una seal de salida resultante, en este caso presin de aire, se emplea para accionar las vlvulas neumticas de control.9. TRANSMISOR: Dispositivo que detecta la variable de un proceso a travs de un sensor y tiene una salida la cual vara su valor solamente como una funcin predeterminada de la variable del proceso10. CONTROLADOR: Instrumento o dispositivo que posee unasalida que vara para regular una variable de control de una maneraespecfica. El controlador mas utilizado es el PID o ProporcionalIntegral-Derivativo.11. VALVULA DE CONTROL: Es un dispositivo, el ms comnmente usado, que acta en forma manual o automtica y que directamente manipula el flujo de uno o ms procesos. *

DR. ING. ELECTRONICO CIP NO CHVEZ TEMOCHEGLOSARIO DE TERMINOS 12. ELEMENTO FINAL DE CONTROL: Dispositivo que controla directamente los valores de la variable manipulada en un lazo de control. Generalmente el elemento final de control es una vlvula de control.13. DIAGRAMA P&ID: Diagrama de Procesos e Instrumentacin que es empleado para representar la instrumentacin y los lazos de control de un proceso.14. INSTRUMENTACION VIRTUAL: Empleo de software grfico especializado para simular aplicaciones de control de procesos empleando hardware para adquisicin de datos.15. CONTROLADOR PROPORCIONAL INTEGRAL DERIVATIVO (PID): Algoritmo de control que utiliza la seal de error o diferencia entre el set point y la variable de proceso para calcular una seal de control proporcional dirigida al actuador o elemento final.*

DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHESISTEMAS DE CONTROLLos Sistemas Automticos de Control se representan por diagramas como el de la figura 1, donde se muestra una representacin en bloques de un sistema de control que tiene las siguientes caractersticasEn la Figura 1 se muestra el diagrama de bloques representa un lazo de control realimentado, muestra los 4 elementos bsicos del lazo de control:1. Planta o Proceso2. Controlador3. Actuador4. Sensor*

DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHESISTEMAS DE CONTROLEn este lazo de control tambin encontramos 3 seales:SP: Set PointPV: Process VarSeal de ControlPara ilustrar las funciones de cada elemento citemos el ejemplo del intercambiador de calor. En este equipo industrial, el objetivo es calentar un fluido que puede ser combustible hasta una temperatura deseada. El calentamiento se efecta por la transferencia de calor desde un fluido mucho ms caliente comnmente vapor de agua saturado.*

D. ING. ELECTRONICO CIP NO CHVEZ TEMOCHESISTEMAS DE CONTROLEl intercambiador es de tipo carcaza-tubo por lo cual, el vapor de agua fluye por los tubos y alrededor fluye petrleo Diesel a temperatura ambiente. La temperatura deseada es 110C. El esquema se muestra en la Figura 2*

DR ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHESISTEMAS DE CONTROLFigura 2El sistema cuenta con un sensor RTD que detecta la temperatura del petrleo calentado y enva esta informacin al controlador PID.*

DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHESISTEMAS DE CONTROLdonde u(t) es la seal de control calculadae(t) es el error producido entre el setpoint y la variable del proceso: Si el petrleo se encuentra a menor temperatura de la requerida, entonces la seal de control calculada por el controlador abrir la vlvula para dejar pasar mayor flujo de vapor y de esa forma calentar mas al petrleo, caso contrario si la temperatura es mayor, entonces el controlador cerrar la vlvula.*

SISTEMAS DE CONTROLEn la figura 3 se muestra el diagrama P&ID del ejemplo del intercambiador de calor, este diagrama se ha construido basndose en la simbologa ISA En el mercado existen Software para el diseo de plantas y el desarrollo de diagramas P&ID basados en CAD como CADWORX entre otros.DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHESISTEMAS DE CONTROLDIAGRAMA P&IDEl diagrama de instrumentacin, junto al diagrama simplificado de equipos, recibe el nombre de Diagrama de Instrumentacin y Proceso, referido habitualmente como el P&ID representando la abreviacin de PROCESS AND INSTRUMENTATION DIAGRAM *

DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHESISTEMAS DE CONTROLEn la figura 5 se muestra otro ejemplo de Diagrama P&ID de un condensador de vapor*

SENSORES Y TRANSDUCTORES

El lazo de realimentacin de un sistema de control requiere de elementos de captacin de las variables de la planta, a los que se les denomina sensores.Un sensor o captador adicionando un circuito de acondicionamiento de seal, se obtiene un transductor. Tambin requiere de los elementos que actan sobre la planta llamados actuadores. DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

SENSORES Y TRANSDUCTORES

El lazo de realimentacin de un sistema de control requiere de elementos de captacin de las variables de la planta, a los que se les denomina sensores.Un sensor o captador adicionando un circuito de acondicionamiento de seal, se obtiene un transductor. Tambin requiere de los elementos que actan sobre la planta llamados actuadores. DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1. SENSORESUn sensor es un dispositivo que mide automticamente una variable de proceso sobre la base de principios fsicos o qumicos, generando una seal neumtica, electrnica o digital que sigue la evolucin en el tiempo de la variable medida.Generalmente al sensor o captador se le adiciona un circuito de acondicionamiento de seal, denominndose transductor. SensorCircuitode acond.Variablede procesoValormedidoDR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1. SENSORESDR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHESensor de presinSensor de nivelSensor de flujoSensor de temperatura*

1.1 CLASIFICACIN SEGN EL TIPO DE SEAL DE SALIDAAnalgicos: Su salida toma un valor en forma continua dentro del campo de medida. Frecuentemente estn normalizados:Seales elctricas: 4 a 20 ma - 0 a 5V. Seales neumticas : 3 a 15 psi.Digitales: Su salida es una seal codificada en forma de pulsos o en forma de palabra digital:8 o 12 bits (256 o 4096 niveles).Todo-nada: Indican nicamente cuando la variable detectada supera un cierto lmite. Es el caso lmite de los sensores digitales en el que se codifican slo dos estados.DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.2 CLASIFICACIN SEGN REQUIERA O NO UNA ALIMENTACIN EXTERNA Pasivos: Se basan, por lo general, en la modificacin de la impedancia de un material bajo determinadas condiciones fsicas o qumicas (resistencia, capacidad, inductancia, etc.). Este tipo de sensores, requieren alimentacin para provocar cambios de tensin, corriente o presin proporcionales a la variable medida.Activos: Son generadores de pequea seal. Por ello no necesitan alimentacin exterior para funcionar, aunque si suelen necesitarla para amplificar la dbil seal del captador.

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1.3 CLASIFICACIN SEGN LA MAGNITUD FSICA A MEDIRMagnitud Transductor Posicin lineal o angular.

Pequeos desplazamientos o deformaciones.

Velocidad lineal o angular.Potencimetro (analgico) Encoders (digital) Sincros (analgico)

Transformador diferencial (analgico)Galga extensiomtrica (analgico)

Tacmetro (analgico)Encoders (digital)Detector ptico (digital) DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.3 CLASIFICACIN SEGN LA MAGNITUD FSICA A MEDIRMagnitud TransductorFuerza y par.

Presin.

Caudal.

Temperatura.Galgas (analgico)

Membrana + detector de desplazamiento (analgico)Piezoelctrico (analgico)

De turbina (analgico)De presin diferencial (anal.)Magntico (analgico)

Termocupla (analgico)Termoresistencia (analgico)Bimetlicos (todo-nada)DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.3 CLASIFICACIN SEGN LA MAGNITUD FSICA A MEDIRMagnitud TransductorSensores de proximidad.

Sensores tctiles,

Visin artificial.Inductivos y capacitivos (todo-nada o analgicos)pticos (todo-nada o analgicos)Ultrasnicos (analgicos)

Matriz de contactos (todo-nada)Matriz capacitiva, piezoelctrica (todo-nada)Cmaras de video (procesam. digital por puntos o pixels) DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.4 CARACTERSTICAS ESTTICAS DE LOS SENSORESCampo de medida: Rango de valores entre el mximo y el mnimo detectables por el sensor.Resolucin: Indica la capacidad del sensor para discernir entre valores muy prximos de la variable medir.Precisin: Mxima desviacin entre la salida real del sensor y el valor terico segn un patrn.Sensibilidad: Indica la relacin entre la variacin de la salida y la variacin de la entrada a medir.Linealidad: Cuando existe una constante de proporcionalidad (ganancia) que relaciona los incrementos de la salida con los correspondientes de la entrada.Histresis: Existe cuando la salida depende si la entrada se alcanz en sentido creciente o en sentido decreciente.DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.5 CARACTERSTICAS DINMICAS DE LOS SENSORESVelocidad de respuesta: Mide la capacidad del sensor para que la seal de salida siga sin retraso las variaciones de la seal de entrada. Se cuantifica a partir de la respuesta al escaln, midiendo la constante de tiempo, la cual corresponde al tiempo empleado para que la salida alcance el 63% de su valor estacionario.Respuesta frecuencial: Relacin entre la sensibilidad y la frecuencia cuando la entrada es una excitacin sinusoidal. Se indica mediante los grficos de Bode.Estabilidad y derivas: Caractersticas que indican la desviacin de la salida del sensor cuando varan ciertos parmetros externos, tales como alimentacin, condiciones ambientales, u otras perturbaciones.DR.. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.6 MEDICIN DE TEMPERATURADR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.6 MEDICIN DE TEMPERATURA1.6.1 Detectores de temperatura resistivos (RTD) Emplean un elemento sensible de alambre de platino, cobre o nquel que proporcionan un valor de resistencia definido para cada temperatura dentro de su rango. La variacin de resistencia debido a la temperatura se puede medir con un puente de Wheatstone. Caractersticas del RTD de platino (PT-100): Rango : -260C a 800C. Sensibilidad : alta. Constante de tiempo : alrededor de 15 s. Linealidad : buena. DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.6 MEDICIN DE TEMPERATURA: RTDDR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.6 MEDICIN DE TEMPERATURA1.6.2 Termistores Utilizan el mismo principio que los RTD pero fabricados con semiconductores (normalmente xidos de metales). Caractersticas: Coeficiente de variacin de la resistencia con la temperatura elevado. No son lineales. Tipos: NTC: Con coeficiente de temperatura negativo. PTC: Con coeficiente de temperatura positivo.DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.6 MEDICIN DE TEMPERATURA1.6.3Termocuplas Se basan en el efecto Seebeck segn el cual cuando dos metales distintos se unen en un punto, se obtiene en su extremo abierto una diferencia de potencial que es funcin de la temperatura de las uniones fra y caliente.Metal A + To (unin fra)Metal B + To (unin fra)(unincaliente) Tddp(mv)DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.6 MEDICIN DE TEMPERATURATermocuplas Tipo + - Rango K Chromel Alumel 0 a 1100 C T Cobre Constantan -185 a 300 C J Hierro Constantan 20 a 700 C E Chromel Constantan 0 a 800 C R 87%Pt-13%Rodio Platino 0 a 1600 C S 90%Pt-10%Rodio Platino 0 a 1550 C B 70%Pt-30%Rodio 94%Pt-6%Rodio 100 a 1600 C

Aleacin Composicin Chromel Nquel - Cromo Alumel Nquel - Aluminio Constantan Cobre - Nquel DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.6 MEDICIN DE TEMPERATURADR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.6 MEDICIN DE TEMPERATURA1.6.4 Pirmetros de radiacin Miden la temperatura a partir de la radiacin trmica que emiten los cuerpos calientes. No es necesario el contacto directo con el cuerpo cuya temperatura se quiere medir. Se fundamenta en la teora de Stefan-Boltzam : La intensidad de la energa radiante emitida por la superficie de un cuerpo aumenta proporcionalmente a la cuarta potencia de la temperatura absoluta del cuerpo. Basndose en la relacin mencionada y conocida la geometra del cuerpo, se puede conocer su temperatura midiendo la potencia radiada.DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.7 MEDICIN DE PRESIN1.7.1 Medidores de funcionamiento mecnicoMedidores de equilibrio presin-fuerza: Se basan en equilibrar una fuerza o presin desconocida con otra conocida. Se utilizan los de columna lquida y los de campana.Medidores de membrana elstica: Se basan en la deformacin de un elemento elstico (fuelle, diafragma, tubo de Bourdon, etc.)1.7.2 Manmetros electromecnicos Combinan las membranas elsticas con un transductor de pequeos desplazamientos, del que se obtiene una seal elctrica proporcional a la presin.Los transductores de presin pueden medir presin absoluta y presin diferencial o relativa. DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.7 MEDICIN DE PRESINp1p2LVDTMEDIDOR ELECTROMECNICOSeal elctricaFuellesDR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.8 MEDICIN DE FLUJO O CAUDAL1.8.1 Medidores de flujo de carga Generan una diferencia de presin entre dos puntos de una tubera por donde circula un fluido, mediante una restriccin al flujo, basndose en el Teorema de Bernoulli. Los elementos de restriccin mas utilizados son el tubo Venturi, el tubo Pitot y la placa-orificio. El caudal es directamente proporcional a la raz cuadrada de la diferencia de presin generada.1.8.2 Medidores por presin dinmica Se basan en el desplazamiento de un pequeo flotador sometido a la presin dinmica de la corriente del fluido. Dicha presin provoca un desplazamiento del flotador proporcional a la velocidad del fluido. Para fluidos incompresibles, con la velocidad se tiene una indicacin indirecta del caudal. Una variante de stos son los de turbina. DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.8 MEDICIN DE FLUJO O CAUDALPlaca-orificioTubo VenturiDR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.8 MEDICIN DE FLUJO O CAUDAL1.8.3 Medidores volumtricos Capturan y liberan un volumen fijo de fluido mediante alguna accin de bombeo, que se puede realizar mediante un pistn, una aleta giratoria, un diafragma o una bomba peristltica. Estos medidores cuentan el nmero total de ciclos que se producen e indican o registran un volumen de flujo integrado.1.8.4 Medidores electromagnticos Se basan en la ley de induccin de Faraday, segn la cual, sobre un fluido conductor en movimiento que se desplaza transversalmente a un campo magntico se genera un f.e.m. proporcional al campo inductor y a la velocidad del fluido. El valor de la velocidad da una indicacin de caudal. Los electrodos de captacin de la f.e.m. no entorpecen el flujo. DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.9 MEDICIN DE NIVEL1.9.1 MEDIDORES TODO O NADA Permiten detectar niveles de referencia. Suele emplearse detectores fotoelctricos o de proximidad capacitivos. 1.9.2 MEDIDORES POR PRESIN Consisten en medir la presin sobre el fondo del depsito que contiene el lquido. La diferencia de presiones entre el fondo y la superficie es directamente proporcional al nivel respecto del fondo y al peso especfico del lquido.1.9.3 MEDIDORES ULTRASNICOS El transductor emite un impulso de presin (ultrasonidos) que es reflejado por la superficie del material y recogido por un receptor colocado al lado del emisor. El tiempo total de ida y vuelta es proporcional a la distancia y a la densidad del medio.DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.9 MEDICIN DE NIVELDR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.10 TRANSDUCTORES DE POSICINPermiten medir la distancia de un objeto respecto a un punto o eje de referencia o simplemente detectar la presencia de un objeto.Se les agrupa en:Detectores de presencia o proximidad : Son del tipo todo o nada que entregan una seal binaria que indica la existencia o no de un objeto. Es el caso del interruptor final de carrera por contacto mecnico.Medidores de distancia o posicin : Entregan una seal analgica o digital que permite determinar la posicin lineal o angular respecto a un punto o eje de referencia.Transductores de pequeas deformaciones : Se les utiliza adosados a piezas elsticas o con palpadores como transductores indirectos de fuerza o par. DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.11 DETECTORES DE PROXIMIDADSe trata de sensores con respuesta todo o nada, con una cierta histresis en la distancia de deteccin y con salida a base de interruptor esttico (transistor, tiristor o triac), pudiendo actuar como interruptores de CC o de CA. Algunos de ellos puede dar una salida analgica proporcional a la distancia.Segn el tipo de salida se clasifican en:Detectores todo o nada de CA: Su salida es un interruptor esttico de CA a base de tiristores o triacs.Detectores todo o nada de CC: Su salida suele ser un transistor PNP o NPN.Detectores de salida analgica: Dan una corriente proporcional a la distancia entre el cabezal detector y el objeto a detectar.DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.11 DETECTORES DE PROXIMIDADSegn el tipo de conexin se clasifican en:Con dos hilos: El sensor se conecta en serie con la carga.Con tres hilos: Se tiene un hilo comn para la alimentacin y carga y los otros dos son diferenciados, uno para alimentacin y otro para la carga.Con cuatro o cinco hilos: Emplean dos hilos para la alimentacin, y otros dos (o tres, en montaje conmutado) corresponden al contacto de salida para control de carga.Este tipo de detectores presentan siempre una cada de tensin residual en el estado cerrado y una corriente de fuga en el estado abierto.DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.11 DETECTORES DE PROXIMIDADFORMAS DE CONEXIN+

-

CC 2 hilos+

- CC 3 hilos NPN+

-CC 4 hilos+

-CC 3 hilos PNPDR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.11 DETECTORES DE PROXIMIDAD1.11.1 DETECTORES INDUCTIVOSDetectan la proximidad de piezas metlicas en un rango de distancias que va desde 1 mm. a unos 30 mm. con una resolucin del orden de dcimas de milmetro.Emplea el cambio en la reluctancia del circuito magntico al momento de detectar metales, lo cual permite obtener una seal de salida todo o nada.Su campo de aplicacin es como interruptores finales de carrera. Sus ventajas son la ausencia de contacto con el objeto a detectar, resistencia a temperaturas altas, robustez mecnica, entre otras.DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.11 DETECTORES DE PROXIMIDADINDUCTIVOSDR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.11 DETECTORES DE PROXIMIDAD1.11.2 DETECTORES CAPACITIVOSSu principio de funcionamiento es anlogo al inductivo, pero en este caso el elemento sensible es un condensador del circuito oscilante formado por dos aros metlicos concntricos situados en la cara sensible, y cuyo dielctrico es el material de la zona sensible.Permiten detectar materiales metlicos o no. Las aplicaciones tpicas son en deteccin de materiales como vidrio, cermica, plstico, madera, aceite, papel, etc.DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.11 DETECTORES DE PROXIMIDADDETECTOR CAPACITIVODR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.11 DETECTORES DE PROXIMIDAD1.11.3 Detectores pticosEmplean fotoclulas como elementos de deteccin. Consta de un emisor de luz y un detector.En el modo barrera, el emisor y el detector estn separados y el objeto detectar interrumpe el rayo.En el modo de reflexin, el emisor y el detector estn en una sola unidad y trabaja por reflexin del rayo sobre el objeto a detectar.Ambos tipos suelen trabajar en frecuencias luminosas en la gama de los infrarrojos.Para el caso de ambientes muy iluminados se emplea luz polarizada. DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.11 DETECTORES DE PROXIMIDAD1.11.3 DETECTORES PTICOS Caractersticas: - Inmunidad a perturbaciones electromagnticas externas. - Distancias de deteccin grandes: en modo barrera : hasta 500 m. en modo de reflexin : hasta 5 m. - Permite identificar colores. - Permite detectar objetos pequeos (dcimas de mm). - Alta velocidad de respuesta y frecuencia de conmutacin.Otra variante de detectores pticos son los de fibra ptica, que tienen los puntos de emisin/recepcin de luz separados de la unidad generadora, y unidos a ella mediante la fibra. De esta forma, la deteccin puede llevarse a puntos inaccesibles para las fotoclulas de barrera o de reflexin, aprovechando la flexibilidad de la fibra.

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1.11 DETECTORES DE PROXIMIDADDETECTORES PTICOSModo barreraEmisorDetectorEmisorDetectorObjetoModo reflexinObjetoReflectorDR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.11 DETECTORES DE PROXIMIDAD1.11.4 DETECTORES ULTRASNICOSEstn basados en la emisin-recepcin de ondas ultrasnicas. Cuando un objeto interrumpe el haz, el nivel de recepcin vara y el receptor lo detecta.Como ventaja frente a las fotoclulas, los detectores ultrasnicos pueden detectar con facilidad objetos transparentes, como cristal y plsticos, materiales que ofrecen dificultades para la deteccin ptica.Como utilizan ondas ultrasnicas que se mueven por el aire, no podrn ser utilizados en lugares donde ste circule con violencia (bocas de aire acondicionado, cercanas de puertas), o en medios de elevada contaminacin acstica (prensas, choques entre metales, etc.) DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.11 DETECTORES DE PROXIMIDAD CRITERIOS DE SELECCINDR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

MATERIAL

Metlico

DISTANCIA

< 50 mm

DETECTOR

Inductivo

Slido

No metlico

> 50 mm

< 50 mm

Ultras. u opt.

Capacitivo

Metlico

> 50 mm

< 50 mm

Ultras. u opt.

Inductivo

Polvo o gran.

No metlico

> 50 mm

< 50 mm

Ultrasnico

Capacitivo

Transparente

> 50 mm

< 50 mm

Ultrasnico

Capacitivo

Lquido

Opaco

> 50 mm

< 50 mm

> 50 mm

Ultrasnico

Capacitivo

Optico

1.12 MEDIDORES DE DISTANCIA O POSICIN1.12.1 POTENCIMETROS Es un transductor de posicin angular, de tipo absoluto y con salida de tipo analgico.DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.12 MEDIDORES DE DISTANCIA O POSICIN1.12.2 ENCODERS Son dispositivos formados por un rotor con uno o varios grupos de bandas opacas y translcidas alternadas y por una serie de captadores pticos alojados en el estator, que detectan la presencia o no de banda opaca frente a ellos. Los encoders incrementales dan un determinado nmero de impulsos por vuelta y requieren de un contador para determinar la posicin a partir de un origen de referencia.Los encoders absolutos disponen de varias bandas en el rotor ordenadas segn un cdigo binario. Los captadores pticos detectan un cdigo digital completo, que es nico para cada posicin del rotor. DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.12 MEDIDORES DE DISTANCIA O POSICIN1.12.2.1 ENCODERS INCREMENTALES O RELATIVOS Tienen una sola banda de marcas transparentes y opacas repartidas a lo largo del rotor y separadas por un paso (p) En el estator se tiene dos pares de emisor-receptor ptico decalados un nmero entero de pasos mas 1/4. Al girar el rotor, cada par ptico genera una seal cuadrada. Cuando el rotor gira en un sentido las seales cuadradas de salida tienen entre s un desfase de 1/4 de periodo. Cuando gira en sentido contrario el desfase es de 3/4 de periodo, lo cual se utiliza para discriminar el sentido de giro. La resolucin del encoder depender del nmero (N) de divisiones del rotor o lo que es lo mismo, del nmero de impulsos por revolucin. La resolucin en grados vale 360/N. DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.12 MEDIDORES DE DISTANCIA O POSICINENCODER INCREMENTALDR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.12 MEDIDORES DE DISTANCIA O POSICINENCODER INCREMENTALDR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.12 MEDIDORES DE DISTANCIA O POSICIN1.12.2.2 ENCODERS ABSOLUTOS Cuentan con varias bandas dispuestas en forma de coronas circulares concntricas, con zonas opacas o transparentes dispuestas de tal forma que en sentido radial el rotor queda dividido en una serie de sectores, con combinaciones de opacos y transparentes que siguen un cdigo Gray o binario reflejado. El estator dispone de un captador para cada corona del rotor, dispuestos en forma radial. El conjunto de informacin binaria obtenida de los captadores es nico para cada posicin del rotor y representa en el cdigo su posicin absoluta. Para un encoder de N bandas en el rotor, se tendr un cdigo de N bits. Su resolucin ser igual 360/2N. Tpicamente N va de 12 a 16 bits, obtenindose resoluciones entre 0.0879 y 0.00054. DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.12 MEDIDORES DE DISTANCIA O POSICINENCODER ABSOLUTODR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.12 MEDIDORES DE DISTANCIA O POSICIN1.12.3 Sincros Es un transductor de posicin angular de tipo electromagntico, que se trata de un transformador con uno de sus devanados rotativo. El tipo de sincro mas frecuente consta de un primario alojado en el rotor (monofsico) y un secundario alojado en el estator (trifsico). Cuando se aplica una tensin senoidal al devanado del primario, se obtienen en los devanados secundarios de cada una de las fases tres tensiones, cuya amplitud y fase con respecto a la tensin del primario dependen de la posicin angular del rotor.DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.12 MEDIDORES DE DISTANCIA O POSICINSincroDR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.13 Medidores de pequeos desplazamientos y deformaciones1.13.1 Transformador diferencial Dispone de un primario y dos secundarios idnticos acoplados magnticamente al primero mediante un ncleo mvil. Dicho ncleo se hace solidario a un vstago, cuyo desplazamiento se va a medir, de tal forma que, en posicin de reposo, el ncleo est colocado simtricamente respecto a ambos secundarios y, al desplazarse, queda descentrado. El desplazamiento del ncleo puede ser lineal o rotativo. Los dos secundarios se suelen conectar en oposicin, de tal forma que, en la posicin cero, las tensiones inducidas en cada uno de ellos son iguales y, por tanto, la tensin total obtenida es nula. Al desplazarse el ncleo, las tensiones de los secundarios dejan de ser iguales y la tensin total vara en mdulo y signo segn la magnitud y sentido del desplazmiento. Tiene resoluciones de algunas dcimas de milmetro. DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.13 MEDIDORES DE PEQUEOS DESPLAZAMIENTOS Y DEFORMACIONESa) LVDTb) RVDT DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.13 MEDIDORES DE PEQUEOS DESPLAZAMIENTOS Y DEFORMACIONES1.13.2 Galgas extensomtricas Son sensores de deformaciones basados en la variacin de la resistencia de un hilo conductor o de un semiconductor cuando estn sometidas a esfuerzo de traccin, compresin, torsin, etc. Son utilizados como transductores indirectos de fuerza o de par. En las galgas de hilo la variacin de resistencia se produce por dos causas simultneamente, el aumento de longitud y la disminucin de la seccin del hilo conductor. En las galgas de semiconductor la variacin de resistencia se produce simultneamente por el efecto de alargamiento y estriccin de la pista del semiconductor y por efecto piezoelctrico (variacin de la resistividad por deformacin del semiconductor). Es necesario compensar trmicamente las galgas.DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.13 MEDIDORES DE PEQUEOS DESPLAZAMIENTOS Y DEFORMACIONESGalgas de hiloDR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.13 MEDIDORES DE PEQUEOS DESPLAZAMIENTOS Y DEFORMACIONES1.13.3 Transductores piezoelctricos Algunos elementos cristalinos como el cuarzo poseen la propiedad de adquirir una polarizacin en la direccin de los denominados ejes elctricos, cuando se les somete a un esfuerzo y se deforman segn la direccin de los llamados ejes mecnicos. Esta propiedad se aprovecha para obtener sensores de deformacin o indirectamente de fuerza, par o presin. Las formas de aprovechar este efecto son: - Medicin de la carga de polarizacin. - Medicin de la frecuencia de oscilacin. En el segundo caso se le ubica en un circuito oscilador.DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.13 MEDIDORES DE PEQUEOS DESPLAZAMIENTOS Y DEFORMACIONESTransductor piezoelctricoDR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.14 TRANSDUCTORES DE VELOCIDAD1.14.1 Dinamo tacomtrica Es un generador de corriente continua con excitacin a base de imanes permanentes. La tensin generada (e) al girar el rotor es proporcional a la velocidad angular de giro (w): e = K.w . La sensibilidad K est normalmente entre 50 y 100 mV/rpm. 1.14.2 Generadores de impulsos Es un transductor digital basado en la deteccin de frecuencia de generadores de impulsos a base de captadores pticos o inductivos, de forma anloga a la indicada para un encoder incremental. La velocidad es directamente proporcional a la frecuencia de la seal obtenida, de acuerdo a: f = n.N/60 , donde f: frecuencia en Hz, n: velocidad angular en rpm y N: nmero de impulsos por revolucin del generador.DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.15 TRANSDUCTORES DE FUERZA Y PARLa deteccin de fuerza y par se realiza de forma indirecta a partir de las deformaciones que experimenta un slido bajo la accin de dicha fuerza o par.Podemos citar el caso de la clula de carga, formada por una pieza cilndrica deformable solidaria al ncleo de un transformador diferencial.Es de especial importancia la colocacin de los sensores, as como el diseo de las piezas elsticas para la captacin del esfuerzo en la direccin deseada.Algunos transductores de par estn basados en mtodos fotoelctricos.DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.16 GUA PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE MEDICIN1. Definir el objetivo de la medicin en base a:a) La naturaleza de la medicin (presin, flujo, etc.).b) El rango.c) La precisin.d) La linealidad.e) El nivel de ruido en el ambiente de medicin.2. Seleccionar el sensor, considerando:a) La naturaleza de su salida (voltaje, resistencia, etc.).b) Su funcin de transferencia (relacin entre la salida y la variable medida).c) La constante de tiempo.d) El rango de salida para el rango de medicin dado.e) Especificaciones de potencia.DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

1.16 GUA PARA EL DISEO DE UN SISTEMA DE MEDICIN

3. Disear el circuito de acondicionamiento, considerando:a) La naturaleza de la seal de salida. Lo mas frecuente es voltaje, pero corriente y frecuencia son tambin utilizadas. En estos casos hay que realizar conversiones.b) El rango de la salida. Generalmente son rangos normalizados, por ejemplo 0 a 5 V, 4 a 20 mA.c) La impedancia de entrada que presenta, para evitar efectos de carga.d) La impedancia de salida que presenta.DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

2. ACTUADORESSon los dispositivos o subsistemas que actan sobre la parte de potencia de la planta. Pueden estar bajo el control directo del controlador o pueden requerir alguna operacin de amplificacin o conversin de la seal de control mediante los pre-actuadores.Atendiendo a la tecnologa se clasifican en:Actuadores elctricos.Actuadores hidrulicos.Actuadores neumticos.Dentro de estas tecnologas tenemos dos tipos:Actuadores todo o nada.Actuadores continuosDR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

2.1 ACTUADORES ELCTRICOS2.1.1 Rels y contactores Son dispositivos electromagnticos que conectan o desconectan un circuito elctrico de potencia al excitar un electroimn o bobina de mando. Los rels accionan pequeas potencias, mientras que los contactores accionan grandes potencias. Los rels accionan contactores, electrovlvulas, etc, es decir separan la parte de mando de la parte de potencia.Caractersticas tpicas:Rels: Tensiones de mando: DC: 6,12,24,48,110V, AC: 12 a 220V. Potencia de mando : 0.25 a 5 W.Contactores:Tensiones de mando: DC: 24,48,110,220V, AC: 24 a 380V. Potencia de mando : 5 a 1000 W. DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

2.1 ACTUADORES ELCTRICOS2.1.2 Servomotores DC

Son pequeas mquinas especialmente diseadas para el control de posicionamiento. Su principio de funcionamiento es el de una mquina de continua convencional con excitacin independiente.Su comportamiento dinmico es rpido y estable con un par de arranque importante.Por lo general el inductor se encuentra en el estator y puede ser bobinado o de imn permanente. El inducido alojado en el rotor presenta una inercia mnima. Las formas del rotor mas comunes son: alargado, en forma de cesta y de disco. DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

2.1 ACTUADORES ELCTRICOSModelo de un servomotor DCVa+-IaRaLa+-EbJBo cte. wDR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

2.1 ACTUADORES ELCTRICOSDiagrama de bloques del servomotor DC1---------Ra+sLaKbKm1------Js+BVa +Ia-EbTm -Td+w Permite determinar el comportamiento dinmico y seleccionar el controlador para regular la velocidad o posicin de la carga. DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

2.1 ACTUADORES ELCTRICOS2.1.3 Servomotores ACPara mayores potencias el motor AC presenta ventajas frente al de continua y principalmente la ausencia de colector y escobillas.Se tienen dos tipos: asncronos y sncronos.Los asncronos tienen poca linealidad entre par - velocidad. Se les utiliza en accionamientos de velocidad variable acompaado de variadores de frecuencia y en lazo cerrado.Los sncronos son utilizados en sistemas de posicionamiento. En una mquina sncrona se tiene un devanado estatrico alimentado de CA y el rotor suele estar constitudo por un bloque de hierro (motor de reluctancia) o por imn permanente.

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2.1 ACTUADORES ELCTRICOS2.1.4 Motores paso a pasoSon motores sncronos que a partir de una seal de mando en forma de impulsos, giran a un cierto ngulo cuyo valor es un nmero entero de veces un ngulo elemental, o paso. Debido a esta caracterstica, este motor es especialmente adecuado para el control en lazo abierto.Pueden ser de imn permanente, de reluctancia variable o hbridos. Los del primer tipo presentan un par elevado, bajas frecuencias de trabajo, y elevada inercia. Los de reluctancia variable pueden girar a mayor velocidad y tener un paso mas pequeo. Los hbridos son un intermedio entre ambos tipos.En general son de potencia baja, pero pueden conseguirse potencias de 1 kW con un par mximo de 1.7 kgm y 1.8 de paso.

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2.1 ACTUADORES ELCTRICOSSecuencia de entrada a un motor paso a pasoDR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

2.2 ACTUADORES HIDRULICOS Y NEUMTICOS2.2.1 Vlvulas Una vlvula es un dispositivo pre-actuador que permite establecer o cortar la conexin hidrulica o neumtica entre dos o mas conductos o vas. Tiene dos partes: el elemento de mando y el circuito de potencia.El elemento de mando se encarga de conmutar la conexin hidrulica o neumtica entre conductos del circuito de potencia. El mando puede ser manual (pulsador), elctrico (electroimn), hidrulico, o neumtico.Una vlvula 4/2 indica que tiene 4 vas de entrada y/o salida y 2 posiciones.Las vlvulas de dos posiciones se pueden clasificar en:monostables, cuando en ausencia de mando tienden a una posicin fija. Permiten realizar funciones tipo AND, OR, NOT (combinacionales).biestables, cuando en ausencia de mando permanece en la ltima posicin que tuvo. Permiten realizar la funcin memoria (secuencial). DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

2.2 ACTUADORES HIDRULICOS Y NEUMTICOSTipos de vlvulas2/23/24/25/25/3 (vstago bloqueado)DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

2.2 ACTUADORES HIDRULICOS Y NEUMTICOS2.2.2 Servovlvulas - Es una vlvula que es capaz no solo de abrir o cerrar un circuito hidrulico o neumtico, sino de regular la presin o el caudal travs de un determinado conducto siguiendo una cierta magnitud de consigna de tipo elctrico. - Generalmente se tratan de componentes oleohidrulicos con un dispositivo motorizado que regula la posicin de un pistn de tipo cnico, un obturador de tipo rotativo o un distribuidor. - Sus parmetros a considerar para efectos de control son:a) Sensibilidad: Relacin entre el caudal de salida y la seal analgica de control en rgimen permanente.B) Constante de tiempo: Es el tiempo que tarda la vlvula en alcanzar el rgimen permanente, cuando se aplica un escaln de referencia.

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2.2 ACTUADORES HIDRULICOS Y NEUMTICOSI/PServovlvula reguladora de caudalSeal decontroladorActuador neumticoVstagoDR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

2.2 ACTUADORES HIDRULICOS Y NEUMTICOSTipos de servovlvulas de acuerdo a su respuestaDe aberturarpidaLinealDe igualporcentajeCaudalPosicin del vstagoDR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

2.2 ACTUADORES HIDRULICOS Y NEUMTICOS2.2.3 Cilindros - Son dispositivos que permiten obtener un movimiento lineal aplicando una presin a uno u otro lado del mbolo. - Segn sus posibilidades de posicionamiento se clasifican en: de simple efecto , de doble efecto y de accin diferencial.Los de simple efecto permiten empujar en un solo sentido y retornar automticamente al origen por la accin de un muelle.Los de doble efecto permiten empujar en ambos sentidos. Los de accin diferencial permiten mantener el mbolo en cualquier posicin . DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

2.2 ACTUADORES HIDRULICOS Y NEUMTICOSCilindro de simple efecto con vlvula 3/2 DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

2.2 ACTUADORES HIDRULICOS Y NEUMTICOSCilindro de doble efecto con vlvula 4/2DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

2.2 ACTUADORES HIDRULICOS Y NEUMTICOS2.2.4 Motores neumticos e hidrulicosLos motores neumticos son ligeros y compactos. El arranque y paro es muy rpido y pueden trabajar con velocidad y par variables sin necesidad de un control complejo. Pueden trabajar sin problemas hasta temperaturas de 120 C y soportan sobrecargas. En el caso de motores reversibles, pueden cambiarse el sentido de giro sin producir sacudidas sobre la carga. En robtica son muy utilizados los de tipo rotativos con reductor, utilizndose tambin los de pistn radial y axial.

Los motores hidrulicos permiten manejar cargas importantes. No presentan problemas de refrigeracin y soportan sobrecargas. La velocidad de rotacin es regulable y la inversin del sentido de giro es simple. Manteniendo constante el caudal y la presin se puede aumentar la velocidad disminuyendo la cilindrada, aunque esto significa una disminucin de par.DR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*

2.2 ACTUADORES HIDRULICOS Y NEUMTICOSMOTOR NEUMTICODR. ING. ELECTRNICO CIP NO CHVEZ TEMOCHE*