Automatizacion: sensores, procesadores de señal y datos

2.1 Introducción

Este capítulo trata sobre los sensores, procesadores de señal y datos. Elementos de presentación comúnmente utilizados en ingeniería. El término sensor es utilizado para un elemento que produce una señal relativa a la cantidad siendo medido. El término procesador de señal se usa para el elemento que toma la salida del sensor y la convierte en una forma que es Adecuado para la presentación de datos. La presentación de datos es donde están los datos. Visualizado, grabado o transmitido a algún sistema de control

2.2 Sensores de desplazamiento

Aquí se considera un sensor de desplazamiento que se puede utilizar para:

1 Medir un desplazamiento lineal, es decir, un cambio en la posición lineal. Esta podría ser, por ejemplo, el cambio en el desplazamiento lineal de un sensor Como resultado de un cambio en el espesor de la chapa metálica que surge de rodillos

2 Medir un desplazamiento angular, es decir, un cambio en la posición angular. Esto podría ser, por ejemplo, el cambio en el desplazamiento angular de un Eje de accionamiento.

3 Detecta movimiento, por ejemplo, esto podría ser como parte de una alarma o automática Sistema de luz, por el que suena una alarma o se enciende una luz, cuando hay algún movimiento de un objeto dentro de la * vista 'de la sensor.

4 Detectar la presencia de algún objeto, es decir, un sensor de proximidad. Esta podría estar en un sistema de mecanizado automático donde se activa una herramienta cuando la presencia de una pieza de trabajo se siente como en posición.

Los sensores de desplazamiento se dividen en dos grupos: los que hacen directa contacto con el objeto que se está monitoreando, mediante carga por resorte o mecánica conexión con el objeto, y aquellos que no están en contacto, por esos métodos de desplazamiento lineal que involucran el contacto, por lo general hay una eje sensor que está en contacto directo con el objeto que se está monitoreando, el desplazamiento de este eje está siendo controlado por un sensor. Esta El movimiento del eje puede ser usado para causar cambios en el voltaje eléctrico, Resistencia, capacitancia o inductancia mutua. Para desplazamiento angular, métodos que implican la conexión mecánica, la rotación de un eje podría directamente, a través de engranajes, la rotación del elemento sensor, esto Quizás generando un emf. Sensores de proximidad sin contacto, consiste en un haz de luz infrarroja que se rompe por la presencia del objeto que está siendo monitoreado, el sensor luego da una señal de voltaje que indica la rotura de la viga, o tal vez la viga que se refleja desde el objeto que se monitorea, el sensor da una indicación de voltaje que el haz reflejado ha sido detectado. Contactando sensores de proximidad podrían ser simplemente interruptores mecánicos que son disparados por la presencia del objeto. Los siguientes son ejemplos de sensores de desplazamiento

2.2.1 Potenciómetro[pic 1]

Un potenciómetro consta de un elemento de resistencia con un contacto deslizante, que se puede mover a lo largo del elemento y conectarse como como se muestra en la Figura 2.1. Con una tensión de alimentación constante Fs, la salida la tensión Vo entre los terminales 1 y 2 es una fracción de la tensión de entrada, La fracción que depende de la relación de la resistencia Rn entre terminales 1 y 2 en comparación con la resistencia total R de toda la Longitud de la pista a través de la cual se conecta la tensión de alimentación. Así VJVi = R \ 2 / R. Si la pista tiene una resistencia constante por unidad de longitud, el La salida es proporcional al desplazamiento del deslizador desde la posición 1. A, potenciómetro giratorio consiste en un rollo de alambre envuelto en una Pista circular, o una película circular de plástico conductor o un metal cerámico. Mezcla denominada cermet, sobre la cual se puede establecer un contacto deslizante giratorio rotado Por lo tanto, un desplazamiento angular se puede convertir en una potencial diferencia. Se pueden utilizar pistas lineales para desplazamientos lineales. [pic 2]

Con un cable enrollado, el voltaje de salida no es continuo, varía a medida que el control deslizante se mueve sobre la pista pero va en pequeños saltos como el deslizador se mueve de una vuelta de cable a la siguiente. Este problema no Ocurren con un plástico conductor o la pista de cermet. Así, los más pequeños, cambio en el desplazamiento que dará lugar a un cambio en la salida, es decir, La resolución, tiende a ser mucho más pequeña para pistas de plástico que Huellas de alambre enrollado. Errores debidos a la no linealidad de la vía por cable. Las pistas tienden a variar desde menos del 0,1% hasta aproximadamente el 1% del rango completo. La producción y para los plásticos conductores puede ser tan baja como alrededor del 0.05%. La resistencia de la oruga para los potenciómetros de alambre enrollado tiende a variar desde aproximadamente 20 n a 200 kQ y para plástico conductor de aproximadamente 500 Q a «0 kn. El plástico conductor tiene un coeficiente de resistencia a la temperatura más alto que El alambre y los cambios de temperatura tienen un mayor efecto sobre la precisión

2.2.2 Elemento Tensado[pic 3]

Los medidores de deformación consisten en una tira de lámina metálica (Figura 2.2 (a)), longitud plana de alambre metálico (Figura 2.2 (b)) o una tira de material semiconductor que puede Estar pegado en superficies como un sello postal. Cuando el alambre, lámina, tira o El semiconductor se estira, su resistencia r cambia. El fraccional el cambio en la resistencia AR / R es proporcional a la tensión e, es decir:

[pic 4]

Donde G, la constante de proporcionalidad, se denomina factor gauge. Las galgas extensiométricas metálicas suelen tener factores de calibre del orden de 2.0. Cuando se estira tal medidor de tensión, aumenta su resistencia, cuando Comprimido su resistencia disminuye. La deformación es (cambio en longitud / original longitud) y así el cambio de resistencia de un medidor de tensión es una medida del cambio en la longitud del calibre y por lo tanto la superficie a la que él Se adjunta un medidor de tensión. Así, un sensor de desplazamiento podría ser construido mediante la colocación de medidores de tensión en un voladizo (Figura 2.3), el extremo libre del voladizo se mueve como resultado del lineal.[pic 5]

Desplazamiento siendo monitoreado. Cuando el voladizo está doblado, el eléctrico, los tensores de resistencia montados en el elemento están tensos y por lo tanto dan un cambio de resistencia que puede ser monitoreado y que es una medida de El desplazamiento. Con medidores de tensión montados como se muestra en la Figura 2.3, cuando el voladizo se desvía hacia abajo, el indicador en la parte superior la superficie se estira y el calibre en la superficie inferior se comprime. Así el medidor en la superficie superior aumenta la resistencia mientras que en la superficie inferior disminuye. Normalmente, este tipo de sensor se utiliza para lineal Desplazamientos del orden de 1 mm a 30 mm, teniendo una no linealidad, error de alrededor de ± 1% del rango total.[pic 6]

Un problema que hay que superar con medidores de tensión es que la resistencia del manómetro cambia cuando cambia la temperatura y por lo tanto Se deben utilizar métodos para compensar tales cambios para que Los efectos de la temperatura pueden ser eliminados. Esto se discute más adelante en este capítulo cuando se discuten los circuitos utilizados para el procesamiento de la señal.

[pic 7]

2.2.3 Elemento capacitivo

La capacitancia C de un capacitor de placa paralela (Figura 2.4) viene dada por:

[pic 8]

Donde Cr es la permisividad relativa del dieléctrico entre las placas, 6b una constante llamada la permisividad del espacio libre, A el área de superposición Entre las dos placas y d la placa se separan. La capacitancia será cambiar si la separación de la placa d cambia, el área A de superposición de los cambios de placas, o una losa de dieléctrico se mueve dentro o fuera de las placas, variando así el valor efectivo de St (Figura 2.5). Todos estos métodos pueden ser Se utiliza para dar sensores de desplazamiento lineal.

Una forma que se usa a menudo se muestra en la Figura 2.6 y se conoce como Un sensor de desplazamiento push-pull. Se compone de dos condensadores, uno entre la placa central móvil y la placa superior y una entre La placa móvil central y la placa inferior. El desplazamiento x se mueve. La placa central entre las otras dos placas. Así, cuando la central La placa se mueve hacia arriba, disminuye la separación de la placa de la parte superior. Condensador y aumenta la separación del condensador inferior. Por lo tanto, la Se incrementa la capacitancia del condensador superior y la del inferior, condensador disminuido. Cuando los dos condensadores se incorporan en brazos opuestos de un puente de corriente alterna, la tensión de salida de El puente es proporcional al desplazamiento. Tal sensor tiene buena Estabilidad a largo plazo y se usa típicamente para monitorear desplazamientos Desde unos pocos milímetros hasta cientos de milímetros. No linealidad y Los errores de histéresis son aproximadamente ± 0.01% del rango completo.[pic 9][pic 10]

2.2.4 Transformador Diferencial Variable

El transformador diferencial variable lineal, generalmente referido por el abreviatura LVDT, es un transformador con una bobina primaria y dos bobinas secundarias. La figura 2.7 muestra el arreglo, habiendo tres Bobinas simétricamente espaciadas a lo largo de un tubo aislado. La bobina central es la bobina principal y las otras dos son bobinas de seguridad idénticas que están conectados en serie de tal manera que sus salidas se oponen a cada otro. Un núcleo magnético se mueve a través del tubo central como resultado de El desplazamiento está siendo monitoreado. Cuando hay una tensión alterna entrada a la bobina primaria, se inducen emfs alternantes en la secundaria bobinas Con el núcleo magnético en una posición central, la cantidad de El material magnético en cada una de las bobinas secundarias es el mismo y por lo tanto el Los emfs inducidos en cada bobina son los mismos. Ya que están tan conectados que sus salidas se oponen entre sí, el resultado neto es cero salida.[pic 11]

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