ELEMENTOS SENSORES

ELEMENTOS SENSORES

 SENSORES DE TEMPERATURA

Las temperaturas inexactas pueden tener graves consecuencias, como la reducción de la vida útil del equipo si sufre un sobrecalentamiento de unos grados. Para ayudarle a marcar la diferencia, la gama Danfoss incluye transmisores y sensores de temperatura.

Principios de funcionamiento:

Un sensor de temperatura garantiza una salida continua en función de la temperatura real del sistema, lo que permite controlar por completo el proceso.

La señal de salida del sensor puede ser:

• Ohm, RTD, NTC / PTC;

• Tensión, termopares;

• mA / tensión, transmisores.

Características:

• Alto grado de protección contra la humedad;

• Medición de temperaturas entre – 50 ºC y 800 ºC;

• Punta de medición fija o intercambiable;

• Elemento de resistencia Pt 100 / Pt 1000, NTC / PTC y termopares;

• Disponible con transmisor incorporado;

• Disponible con homologaciones marinas.

 SENSORES DE PRESION:

Los sensores de presión o transductores de presión son elementos que transforman la magnitud física de presión o fuerza por unidad de superficie en otra magnitud eléctrica que será la que emplearemos en los equipos de automatización o adquisición estándar. Los rangos de medida son muy amplios, desde unas milésimas de bar hasta los miles de bar.

Para cubrir los diferentes rangos de medida, precisión y protección, disponemos de una gran variedad de transductores de presión, fabricados con diferentes tecnologías, que permiten cubrir todas sus necesidades. A continuación encontrará un resumen de prácticamente todos los sensores de presión disponibles en el mercado, agrupados según su formato y tipo de medida.

Los sensores de presión o transductores de presión, son muy habituales en cualquier proceso industrial o sistema de ensayo. Su objetivo es transformar una magnitud física en una eléctrica, en este caso transforman una fuerza por unidad de superficie en un voltaje equivalente a esa presión ejercida.

Existen infinidad de sensores primarios, entre los que destacan:

 Diafragma: Consiste en una lámina circular unida continuamente alrededor de su borde. Existen varios tipos de diafragmas, siendo los más comunes los planos y los ondulados. Los materiales más utilizados para su fabricación suelen ser aleaciones metálicas elásticas como el latón, bronce, acero inoxidable, etc.

 Cápsula: La cápsula consiste en dos diafragmas ondulados anulares con curvaturas en la ondulación opuestas y sellados juntos por su periferia. La deformación en este tipo de sensor es el doble que en el caso de un diafragma único, siendo esta su característica más destacable. Se construye con materiales idénticos que en el caso anterior.

 Fuelle: Los fuelles se realizan a partir de tubos de paredes finas formando convoluciones en donde uno de los extremos está cerrado; el fuelle se desplaza axialmente cuando se le aplica una presión en su entrada. Los fuelles se utilizan para rangos de presiones bajas, ya que su deformación es mayor comparado con los diafragmas y cápsulas.

 Tubo de Bourdon: Es sin duda, el dispositivo más utilizado como sensor primario. Existen cuatro configuraciones distintas, tubo en forma de C, tubo en espiral, tubo helicoidal y tubo trenzado. Se emplea uno u otra configuración dependiendo del rango de presiones a medir. Para la fabricación de los tubos de Bourdon se emplean aleaciones metálicas elásticas.

 ELEMENTOS SENSORES DE NIVEL

Los sensores de nivel pueden dividirse – según su campo de aplicación - en sensores de nivel de líquidos y de sólidos, que son dos mediciones claramente distintas y que se mencionaran por separado por sus distintas características y aplicaciones que tienen.

Hay dos aplicaciones básicas para sensores de nivel, que es en lo que se centrará el presente trabajo. La primera es la necesidad de conocer el valor análogo o nivel preciso todo el tiempo (señal analógica), y la segunda es simplemente de conocer cuando el nivel del líquido que se tiene está en determinado punto. (señal digital).

En los procesos continuos, la industria ha ido exigiendo el desarrollo de instrumentos capaces de medir el nivel de sólidos y líquidos en puntos fijos o de forma continua, en particular en los tanques o silos destinados a contener materias primas o productos finales.

 Principio de Funcionamiento:

La mayoría de los caudalímetros o sensores de caudal (flujo), se basan en métodos de medida indirectos y, en particular, en la detección de diferencias de presión provocadas por la inserción de un elemento en el conducto donde se desea medir.

Para un fluido incomprensible en el que la gravedad sea la única fuerza interna, sin rozamientos, que fluya en un régimen estacionario y sin que entre ni salga calor de el, se cumple el teorema de Bernoulli. Según este, todo cambio de velocidad crea un cambio en sentido opuesto en la presión, cambio que es igual al que experimenta la energía cinética de la unidad de volumen, sumando a cualquier cambio debido a diferencia de nivel. Es decir:

Un dispositivo simple cuyo funcionamiento se puede describir mediante la expresión antes mencionada, es el tubo de Pitot, empleado para determinar la magnitud de la velocidad de un fluido en un punto.

 ELEMENTOS SENSORES DE FLUJO:

Los sensores de flujo tienen la función específica de monitorear la velocidad de fluídos, tanto líquidos como gaseosos.

Sus aplicaciones típicas incluyen detección de flujo de aire en sistemas de enfriamiento ambiental, aceite en sistemas hidráulicos, de lubricación y cajas de engranajes; fluidos en sistemas de refrigeración y calefacción, aplicaciones en bombas de transferencia y carga de combustible, y sistemas de agua potable y aguas servidas o negras.

En la técnica de instalación de equipos de flujo de procesos y operaciones para medir el flujo o corriente de medios líquidos, el sensor de flujo es un elemento constituyente ciertamente importante para la seguridad en el servicio y funcionamiento.

 Principio de Funcionamiento

El funcionamiento de los sensores de flujo se basa en el principio termodinámico. En un tubo de medición se genera calor que es absorbido por un medio circulante. La cantidad de calor transportada es, por lo tanto, una medida de la velocidad de flujo. Los sensores de flujo controlan con absoluta fiabilidad el flujo de medios gaseosos y líquidos. Poseen como propiedades a destacar la escasa pérdida de presión y la reacción rápida a los cambios en el flujo.

• Turbina: Los medidores de tipo turbina se basan en el uso de piezas rotantes que son impulsadas por el flujo del fluido, (tales como hélices empujadas por el fluido) y giran a una velocidad proporcional al caudal del fluido circulante. Los caudalímetros a turbina no son aptos para medir productos viscosos ni con arrastre de sólidos.

• Medidores de caudal por Ultrasonido: Los caudalímetros por ultrasonido están basados en la propagación de ondas de sonido en un fluido. Existen dos principios básicos para esta medición:Tiempo de Tránsito y Efecto Doppler. En los caudalímetros por tiempo de tránsito, la velocidad de flujo se determina por la diferencia entre la velocidad de propagación de una onda de sonido a favor y otra en contra del flujo.

ACONDICIONADORES DE SEÑALES

Los acondicionadores de señal, adaptadores o amplificadores, en sentido amplio, son los elementos del sistema de medida que ofrecen, a partir de la señal de salida de un sensor electrónico, una señal apta para ser presentada o registrada o que simplemente permita un procesamiento posterior mediante un equipo o instrumento estándar.

 Principio de funcionamiento

En un sistema de medida continuo, p.ej. el nivel en un tanque, el equipo de medición envía el valor de lectura a un acondicionador de señal VEGAMET para su procesado. Ajustando el VEGAMET, el valor de visualización puede ser adaptado a las condiciones del proceso. El valor es mostrado en el display y, a su vez, se puede retransmitir hacia un display remoto o hacía un control superior gracias a la salida de corriente que incorpora. Los relés integrados en el VEGAMET permiten, mediante su configuración, señalizar puntos de alarma al alcanzarse niveles de máximo o mínimo. Diferentes accesorios permiten adaptar los equipos a las condiciones de montaje existentes

 Aplicaciones

Los instrumentos acondicionadores de señal pueden ser utilizados en aplicaciones de todo tipo como, nivel, presión, presión diferencial, presión de proceso, distancia, interfase y medida de temperatura.

 Medición de nivel

Los instrumentos de acondicionamiento de señales VEGATOR alimentan el sensor conectado y generan señales de conmutación por medio de los relés integrados a partir de la información de nivel.

Ideal para los siguientes principios de medición:

- capacitivo

- vibración

- conductivo

 CARACTERISITICAS ESTATICAS

• Exactitud o precisión:

Capacidad de un instrumento de medida de dar indicaciones que se aproximen al verdadero valor de la magnitud medida

Se determina mediante calibración estática a partir de un patrón de referencia al menos 10 veces más exacto que el sensor que se calibra

• Medidas de error:

Error = Valor medido - Valor real

• Medidas de error :

Ejemplo: Sensor de posición de clase 0.2 y alcance 10 mm  error inferior a 20 mm en el rango de medida

Las medidas han de expresarse de forma coherente con la precisión de los aparatos de medida.

• Fidelidad:

Capacidad de un instrumento de medida de dar el mismo valor de la magnitud medida al medir varias veces en unas mismas condiciones determinadas

Fidelidad: condición necesaria pero no suficiente para exactitud:

• Sensibilidad o factor de escala:

_Pendiente de la curva de calibración

_Puede ser constante o no a lo largo de la escala de medida

• Linealidad (cont.):

La linealidad facilita la conversión a unidades físicas de la medida

Con la utilización de microprocesadores puede interesar más la repetibilidad que la linealidad

• Resolución: incremento mínimo de la entrada que produce un cambio detectable en la salida. Cuando el incremento de la entrada se produce desde cero se habla de umbral

• Histéresis: diferencia en la salida para una misma entrada, según la dirección en la que se alcance

• Linealidad: grado de coincidencia entre la curva de calibración y una línea recta determinada:

• Errores aleatorios y sistemáticos:

_Los errores sistemáticos se pueden corregir mediante calibración y analizando el procedimiento de medida

_Los errores aleatorios se corrigen promediando varias medidas realizadas en las mismas condiciones (teorema del límite)

 CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS

_La presencia de inercias (masas, inductancias,...), capacidades (eléctricas, térmicas, ...) y en general de elementos que almacenen energía hace que la respuesta de un sensor a señales de entrada variables en el tiempo sea distinta a la descrita por su característica estática

_Error dinámico: diferencia entre el valor indicado y el valor exacto de la variable medida, siendo nulo el error estático

_Velocidad de respuesta: indica la rapidez con que el sistema de medida responde a los cambios de la variable de entrada. Puede ser un aspecto importante en sistemas de control

_Para describir el comportamiento dinámico de un sensor se utiliza su función de transferencia  sistemas lineales

• Sistemas de medida de orden cero:

y(t) = k x(t)

El sistema queda caracterizado por su sensibilidad (constante) k

El error dinámico es nulo

El retardo es nulo

Es necesario que el sensor no incluya ningún elemento que almacene energía

Ejemplo: potenciómetros para la medida de desplazamiento

• Sistemas de medida de primer orden (cont.):

Ejemplo: termómetro basado en elemento de masa M (kg), calor específico Cp (J/(kg K)), área de transmisión de calor A y coeficiente de transmisión de calor por convección h (W/(m2K))

Calor de entrada - Calor de salida = Calor acumulado

; siendo Te la temperatura externa, Ti la temperatura interna del sensor y suponiendo que no se pierde calor por los hilos de conexión

Queda:

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