Tema 3.2 icpa sensores y transductores
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Dr. PEDRO CORDOVA MENDOZA
ICA-PERU
CURSO:
INSTRUMENTACION Y CONTROL DE
PROCESOS AMBIENTALES
17 de Abril del 2013
TEMA:
SENSORES Y TRANSDUCTORES
1
UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA” DE ICA
FACULTAD DE INGENIERIA AMBIENTAL Y SANITARIA
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA AMBIENTAL Y
SANITARIA
17/04/2013
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2
Hemos sido llamados al concierto de este mundo para tocar de la mejor
manera posible nuestro
instrumento
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Función del Sensor/Transductor
3
Variable:
Proceso
– temperatura
– presión
– caudal
– nivel
– pH
– peso
– corriente
– tensión
– radiación
– etc.
Sensor/
transductor
Señal
eléctrica17/04/2013
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Tipos de Sensores
• Activos:
No requieren de alimentación externa (Ejm.
Termocupla)
• Pasivos:
Requieren de una fuente de energía externa
(Ejm. Termoresistencia)
417/04/2013
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Sensores ActivosTipo Principio físico Aplicaciones
Termo-eléctrico Fuerza electromotriz producida
entre dos metales diferentes
(termocupla)
Temperatura
Piezo-eléctrico F.e.m. producida cuando se
aplica fuerza o presión a ciertos
cristales
Cambios de presión,
aceleración,
vibración, sonido
Foto-voltaico Tensión producida en un
elemento semiconductor cuando
incide radiación en éste
Luz, presencia,
posición
Electro-dinámico Tensión producida por un
generador en movimiento
Velocidad, flujo,
posición
517/04/2013
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Sensores PasivosPropiedad Principio físico Aplicaciones
Resistencia Varía con la temperatura
(termorresistencia +, termistor –)
Temperatura (RTD, ECT),
flujo (MAF)
Varía con la posición del cursor de un
potenciómetro
Desplazamiento
Varía con la intensidad de luz (mat.
fotoconductores)
Detección e intensidad de
luz
Capacitancia Varía con la distancia de las placas de
un condensador
Desplazamiento, presión
Depende del dieléctrico entre dos
cilindros concéntricos
Nivel de líquido
Inductancia Depende del mov. de una barra de alta
permeabilidad
Desplazamiento, posición,
fuerza
Diferencia de tensiones de dos bobinas
depende de la posición del núcleo de
hierro
LVDT: desplazamiento,
posición, presión, fuerza
Memristencia Memoria resistiva (Nuevo….2008)
Nature 464, 873-876 (8 April 2010)
????„Memristive‟ switches
enable „stateful‟ logic
operations via material
implication 617/04/2013
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Características de los Sensores
• Dinámicas:
– Velocidad (tiempo de
respuesta)
– Estabilidad (medio
ambiente)
– Histéresis (error en
medición creciente o
decreciente)
• Estáticas:
– Exactitud (error)
– Precisión
– Rango de medición (espacio muerto, umbral)
– Resolución
– Sensibilidad(función de transferencia, ganancia)
– Repetibilidad
– Alinealidad
– RuidoS/N = 20 log(Vs/Vn)
717/04/2013
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Ejm. de sensores
• Temperatura
– Termocupla
– Termorresistencias
– Termistores
– S. Infrarrojos
– S. Estado Sólido
• Presión
– “Strain Gages”
– S. piezoeléctricos
– S. estado sólido
• Flujo
– DP
– Ultrasonido
– De efecto Doppler
– De efecto Coriolisis
– Vórtex
– Turbinas
• Peso / Fuerza
– Celdas de carga
• pH
– Electrodos de ión-
selectivo
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Termocuplas
9
I
Efecto Seebeck: f.e.m. = f(T)
10 - 50 mV
Rangos:–200 a 2000 °C
Sensibilidad:10 a 50 µV/°C
V
17/04/2013
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Algunos Materiales de Termocuplas
• J: Fe-Constantan (Fe-C)
• K: Cr-Alumel (Cr-Al)
• T: Cu-Constantan (Cu-C)
• Otros: W, Rh, Pt
• Exactitud : 1 - 3%
• Respuesta : Lenta (seg.)
• Linealidad : No muy buena
1017/04/2013
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Curvas de Calibración
Tipo Composición Rango °C Rango °F
B PtRh6 / PtRh30 700 – 1820 1290 – 3310
E Cromel / Constantan -175 – 1000 -285 – 1830
J Fe / Constantan -185 – 1200 -300 – 2190
K Cromel / Alumel -175 – 1370 -285 – 2502
R Pt / PtRh13 125 – 1770 255 – 3214
S Pt / PtRh10 150 – 1770 300 – 3214
T Cu / Constantan -170 – 400 -275 – 750
11
–500 0 500 1000 1500 2000
80
70
60
50
40
30
20
10
µV/°C
T (°C)
E
TJ
K
N
R
S B
17/04/2013
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Termoresistencias (RTD)• Principio:
– R = f(T)
• Materiales:
– Pt (más usada)
– W (T altas)
– Otros: Ni, Cu
• Pendiente: + (siempre)
• Linealidad:
– Buena
• Forma:
– Alambre enrollado
– Film metálico
12
Film:
Respuesta rápida
Bajo costo
Alta resistencia
Alambre:
Masivo
Más estable en el tiempo
Autocalentamiento
Bajo
Valores típicos
100, 200
17/04/2013
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RTD
13
Aislante Cu Pt
0,0005” diam.
0.010” espesor
Ag
17/04/2013
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Sensores de Fuerza y Presión
• “Strain Gauges”
– Tensión mecánica --> R = f(F)
• Estado Sólido
– Efecto piezoeléctrico (materiales cerámicos)
– Rpta.: Carga eléctrica --> Voltaje
– Alta sensibilidad
– Respuesta rápida
1417/04/2013
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Ejm.: Presostato
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Sensores de Caudal
• Presión diferencial (Venturi, placa de orificio, Pitot)
• Ultrasónicos
• Efecto Doppler
• Electromagnéticos
• Turbina
• Resistencia
• Efecto Coriolis
• Vórtex
1617/04/2013
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Sensores de Nivel
17
Hidrostático
Magnético
Ultrasónico
17/04/2013
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Sensores de Nivel
18
Hidrostático
Magnético
Ultrasónico
17/04/2013
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Sensores de Nivel
19
Ejm.:
Sensor óptico
(digital)
17/04/2013
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Ejm.: Sensores de Nivel (variedad)
2017/04/2013
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Sensores de Posición y Presencia
21
Limit switches
(sensores de fin
de carrera)
Sensores inductivos
de proximidad
17/04/2013
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Tenemos que cuidarlo esta en nuestras manos!!!!!!!
Gracias
22
Cel. 956-04124317/04/2013