TALLER 4 MEDICION DE VARIABLES

PRINIPIO DE FUNCIONAMIENTO Y DEFINICION

SENSORES DE ULTRA SONIDO

Son sensores basados en la interacción de los ultrasonidos con un objeto, se denomina ultra sonidos a las vibraciones u ondas mayores a las audibles por el ser humano (> a 20KHz) que se producen en un medio elástico. [1]

[1]Fuente:http://www.marcombo.com/Descargas/9788426715753/SENSORES/TEMAS/SA%20TEMA%2010ULTRASONIDOS.pdf

El principio de funcionamiento de un sensor de ultrasonido es el siguiente:

El funcionamiento básico de los sensores de ultrasonidos como medidores de distancia se muestra de manera muy clara en la siguiente imagen, todo sensor de ultrasonido tiene un transmisor que emite pulsos de que al rebotar sobre un determinado objeto, y por medio de la deflexión de este pulso es detectado por un receptor de ultrasonidos. [2]

Midiendo el tiempo que trascurre la emisión del sonido y la recepción del mismo se puede establecer la distancia a la que se encuentra el objeto, promedio de la siguiente relación. [2]

d= v∗t2

Donde v es la velocidad del sonido en el aire y t es el tiempo trascurrido entre la emisión y la recepción del pulso. [2]

[2]Fuente: http://www.alcabot.com/alcabot/seminario2006/Trabajos/DiegoPerezDeDiego.pdf

SENSORES DE CONDICTIVIDAD

La conductividad, se define como la capacidad que tiene las sales inorgánicas en solución para conducir, El agua pura, prácticamente no conduce la corriente, sin embargo el agua con sales disueltas conduce la corriente eléctrica. Los iones cargados positiva y negativamente son los que conducen la corriente, y la cantidad conducida dependerá del número de iones presentes y de su movilidad. [3]

Un aumento en la temperatura, disminuye la viscosidad del agua y permite que los iones se muevan más rápidamente, conduciendo más electricidad. Este efecto de la temperatura es diferente para cada ion, pero típicamente para soluciones acuosas diluidas, la conductividad varía de 1 a 4 % por cada ° C. [3]

Fuente: http://www.guemisa.com/ambien/docus/completo%20conductividad.pdf

Son buenos conductores: los ácidos, bases y sales inorgánicas: HCl, NaOH, NaCl, Na2CO3. [3]

Son malos conductores: Las moléculas de sustancias orgánicas que por la naturaleza de sus enlaces son no iónicas: como la sacarosa, el benceno, los

hidrocarburos, los carbohidratos.... etc. estas sustancias, no se ionizan en el agua y por lo tanto no conducen la corriente eléctrica. [3]

Principio de funcionamiento y toma de la magnitud de la medida. [3]

La conductividad eléctrica es lo contrario de la resistencia en ohms, medida entre las caras opuestas de un cubo de 1.0 cm de una solución acuosa a una temperatura especificada. Esta solución se comporta como un conductor eléctrico donde se pueden aplicar las leyes físicas de la resistencia eléctrica. Las unidades de la conductividad eléctrica son el Siemens/cm (las unidades antiguas, eran los mhos/cm que son numéricamente equivalentes al S/cm). En la práctica no se mide la conductividad entre electrodos de 1 cm, sino con electrodos de diferente tamaño, rectangulares o cilíndricos, por lo que al hacer la medición, en lugar de la conductividad, se mide la conductancia, la cual al ser multiplicada por una constante (k) de cada celda en particular, se transforma en la conductividad en S/cm. [3]

Fuente: http://www.guemisa.com/ambien/docus/completo%20conductividad.pdf

Conductividad = Conductancia de la muestra * k.k = d/A.

K: Constante de la celda.D: distancia de la separación de los electrodosA: Área de los electrodos.Así, un electrodo de 1 cm de separación y con una área de 1 cm, tendrá una k=1

La medición eléctrica se efectúa mediante un puente de Wheastone para medir resistencias. Las resistencias R1 y R2 son fijas y su valor va de acuerdo al intervalo de conductividad que se pretende medir. La resistencia Rx es la que proporciona la solución a la cual se le va a medir la conductividad. La resistencia R3 se varía en forma continua hasta poner en equilibrio el puente, de tal forma que no pase corriente hacia el medidor. [3]

[3] http://www.guemisa.com/ambien/docus/completo%20conductividad.pdf

SENSORES DE RESISTIVIDAD

La resistividad es la resistencia eléctrica específica de un material. Se designa por la letra griega rho minúscula (ρ) y se mide en ohmios por metro (Ω•m). Su valor describe el comportamiento de un material frente al paso de corriente eléctrica, por lo que da una idea de lo buen o mal conductor que es. Un valor alto de resistividad indica que el material es mal conductor mientras que uno bajo indicará que es un buen conductor. Generalmente la resistividad de los metales aumenta con la temperatura, mientras que la resistividad de los semiconductores disminuye ante el aumento de la temperatura. [4]

Fuente [4] http://electricidadytelecomunicaciones.blogspot.com/p/conductividad-resistividad-resistencia.html

Es una clase de sensores moduladores del tipo resistivos, que varían una resistencia en función de la variable a medir. Una clasificación de estos sensores en función de la variable a medir se muestra en la tabla siguiente: [5]

Fuente: http://antares.itmorelia.edu.mx/~talfaro/Materias/Instrumentacion/Sensores%20Resistivos.pdf

POTENCIÓMETROS

El potenciómetro es un sensor utilizado para medir la variable mecánica desplazamiento, y consiste de un dispositivo con dos partes y tres terminales.Una de las partes es una resistencia fija descubierta la cual puede ser de carbón o de hilo arrollado, La otra parte es un contacto móvil que se desplaza por la resistencia fija. En Teoría, para un conductor cualquiera, su resistencia viene dada por: [5]

R= pA∗L

ρ = Resistividad del material (Ω*m)A = Sección transversal l = Longitud del conductor.

GALGAS EXTENSIOMETRICAS

Fuente: http://antares.itmorelia.edu.mx/~talfaro/Materias/Instrumentacion/Sensores%20Resistivos.pdf

El principio de funcionamiento se basa en el efecto piezorresistivo. LA diferencia es que ahora se busca modificar la resistencia variando algunos de los parámetros de la resistencia, por ejemplo, su longitud l o su sección transversal A, Todo material al que se le aplica un esfuerzo se deformará en mayor o menor grado, y llegará a un punto en que se romperá. Esta relación esfuerzo vs deformación se muestra en la siguiente gráfica. La cual esta descrita por la ley de Hooke. [5]

Fuente: http://antares.itmorelia.edu.mx/~talfaro/Materias/Instrumentacion/Sensores%20Resistivos.pdf

[5]Fuente: http://antares.itmorelia.edu.mx/~talfaro/Materias/Instrumentacion/Sensores%20Resistivos.pdf

RESISTENCIAS DEPENDIENTES DE TEMPERATURA RTD Y TERMISTORES

Fuente: http://antares.itmorelia.edu.mx/~talfaro/Materias/Instrumentacion/Sensores%20Resistivos.pdf

La termoresistencia trabaja según el principio de que en la medida que varía la temperatura, su resistencia se modifica, y la magnitud de esta modificación puede relacionarse con la variación de temperatura. Las termoresistencias de uso más común se fabrican de alambres finos soportados por un material aislante y luego encapsulados, El elemento encapsulado se inserta luego dentro de una vaina o tubo metálico cerrado en un extremo que se llena con un polvo aislante y se sella con cemento para impedir que absorba humedad. [6]

Estas termoresistencias o RTD tiene una relación matemática par su funcionamiento la cual es:

Rt=Ro∗(1+∝∗t)

Ro: resistencia en ohmios a 0 grados CelsiusRt: resistencia en ohmios a t grados Celsiusα: coeficiente de temperatura de la resistencia. Los materiales utilizados para los arrollamientos de termorresistencias son fundamentalmente platino, níquel, níquel-hierro, cobre y tungsteno. [6]

[6]Fuente: http://materias.fi.uba.ar/7609/material/S0307MedicionTemperatura2.pdf

Su construcción puede hacerse con 2, 3 o 4 cables, según la necesidad del proceso.

La interconexión entre termorresistencias e instrumentos se realiza con cable común de cobre.

[6]Fuente: http://materias.fi.uba.ar/7609/material/S0307MedicionTemperatura2.pdf

En cambio, en el caso de las termocuplas deben emplearse cables especiales de compensación, de costo superior.

TERMISTORES

Su funcionamiento se basa en la variación de la resistividad que presenta un semiconductor con la temperatura.

Existen dos tipos de termistores:

NTC (Negative Temperature Coefficient) – coeficiente de temperatura negativo

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Termistor

PTC (Positive Temperature Coefficient) – coeficiente de temperatura positivo

Fuente: http://es.wikipedia.org/wiki/Termistor

Cuando la temperatura aumenta, los tipo PTC aumentan su resistencia y los NTC la disminuyen.

Estos termistores están compuesto de una mezcla sintetizada de óxidos metálicos, el termistor es esencialmente un semiconductor que se comporta como un "resistor térmico" con un coeficiente térmico de temperatura negativo de valor muy elevado, Los termistores también se pueden encontrar en el mercado con la denominación NTC (Negative Temperature Coeficient). [7]

RT=Ro∗e[B ( 1

T− 1¿ )]

En algunos casos, la resistencia de un termistor a la temperatura ambiente puede disminuir hasta 6% por cada 1ºC de aumento de temperatura. Esta elevada sensibilidad a variaciones de temperatura hace que el termistor resulte muy adecuado para mediciones precisas de temperatura, utilizándoselo ampliamente para aplicaciones de control y compensación en el rango de 150ºC a 450ºC. [6]

El termistor se fabrica a partir de óxidos metálicos comprimidos y sintetizados. • Los metales utilizados son níquel, cobalto, manganeso, hierro, cobre, magnesio y titanio. • Se pueden considerar típicas, las preparaciones de óxido de manganeso con cobre y óxido de níquel con cobre. • Modificando las proporciones de óxido, se puede variar la resistencia básica un termistor. • Se dispone de termistores con resistencias básicas a 25ºC desde unos pocos cientos hasta varios millones de ohms. [6]

Las configuraciones constructivas del termistor de uso más común son los glóbulos, las sondas y los discos. • Los glóbulos se fabrican formando pequeñas elipsoides de material de termistor sobre dos alambres finos separados unos 0,25 mm. Normalmente recubiertos con vidrio por razones de protección, son extremadamente pequeños (0,15 mm a 1,3 mm de diámetro) y ofrecen una respuesta extremadamente rápida a variaciones de temperatura [6]

EFECTO TERMOELÉCTRICO (TERMOPAR)