Controles

SUBTEMA 4.1.4 SENSORES Y TRANSDUCTORES

Sensores y Transductores

Se llama sensor al instrumento que produce una señal, usualmente eléctrica (antaño se utilizaban señales hidráulicas), que refleja el valor de una propiedad, mediante alguna correlación definida (su ganancia).

En términos estrictos, un sensor es un instrumento que no altera la propiedad sensada. Por ejemplo, un sensor de temperatura sería un instrumento tal que no agrega ni cede calor a la masa sensada, es decir, en concreto, sería un instrumento de masa cero o que no contacta la masa a la que se debe medir la temperatura (un termómetro de radiación infrarroja, p.e.)

Existe, además, el concepto estricto de transductor: un instrumento que convierte una forma de energía en otra (o una propiedad en otra). Por ejemplo, un generador eléctrico en una caída de agua es un conocido transductor de energía cinética de un fluido en energía eléctrica; sobre esta base se podría pensar, por ejemplo, en un transductor de flujo a señal eléctrica consistente de un pequeño generador a paletas movilizado por el caudal a medir. Los transductores siempre retiran algo de energía desde la propiedad medida, de modo que al usarlo para obtener la cuantificación de una propiedad en un proceso, se debe verificar que la pérdida no impacte al proceso sensado en alguna magnitud importante.

Para ilustrar la diferencia entre sensores y transductores se discutirá un transductor y un sensor de velocidad de giro de un eje, utilizado típicamente para manejar el grado de mezcla de un reactor en el que cambian las propiedades reológicas de un fluido no newtoniano. Para medir el grado de agitación se utilizan correlaciones que indican, finalmente, que el mezclado es función de la velocidad angular del eje de impulsión (además del tipo de aspa, del radio, la profundidad, etc.). Para medir la velocidad angular del eje se utilizan tacómetros: instrumentos para medir frecuencia angular de rotación (es decir, número de vueltas en una unidad de tiempo, usualmente expresado en revoluciones por minuto o RPM).

Tal como indica la figura, el giro del eje puede ser utilizado para mover un generador de corriente continua y la medición del potencial generado será una medición de la frecuencia de giro. En este caso, la energía cinética del eje de agitación es acoplada a un transductor (el generador de corriente continua) que transduce su frecuencia de giro a un voltaje medible. La propiedad se mide, finalmente, como un voltaje o potencial voltaico. El generador eléctrico necesita, obviamente, una potencia que lo moviliza; esta potencia será provista por el eje del agitador y, por ende, le reducirá la potencia al fluido que se debe agitar. Por pequeña que sea la potencia absorbida por el transductor, esta existe y es de alguna magnitud finita.

Alternativamente, se puede utilizar un sensor consistente de una fuente de luz y un sensor luminoso. Bastará oscurecer un segmento del eje y hacer reflectante su complemento para obtener una señal de frecuencia en el sensor luminoso. Esta señal de frecuencia puede ser medida directamente por un medidor de frecuencia o rectificada para ser medida como voltaje. El punto importante es que en lugar de utilizar la energía del eje se utiliza un sistema que tiene su propia fuente de energía (en la forma de luz). Este segundo sistema, que no absorbe energía ni potencia de la propiedad a medir es un sensor en sentido estricto. Debe resultar evidente para el alumno que el primer sistema (generador adosado al eje) debe frenar, en algún grado, el eje para poder generar la señal proporcional a la velocidad de giro del eje.

En el terreno de la instrumentación y control se habla de sensores, para englobar tanto transductores como sensores, dándose por sentado que cuando se utilizan transductores, la potencia que se absorberá será mínima. Es decir, es responsabilidad del diseñador asegurar que la medición de una propiedad no altere el proceso.

Conceptos Básicos Transductores de Temperatura

Los transductores eléctricos de temperatura utilizan diversos fenómenos que son influidos por la temperatura y entre los cuales figuran:

• Variación de resistencia en un conductor (sondas de resistencia).

• Variación de resistencia de un semiconductor (termistores).

• f.e.m. creada en la unión de dos metales distintos (termopares).

• Intensidad de la radiación total emitida por el cuerpo (pirómetros de radiación).

• Otros fenómenos utilizados en laboratorio (velocidad del sonido en un gas, frecuencia de resonancia de un cristal, etc.).

Los metales puros tienen un coeficiente de resistencia de temperatura positivo bastante constante. El coeficiente de resistencia de temperatura, generalmente llamado coeficiente de temperatura es la razón de cambio de resistencia al cambio de temperatura. Un coeficiente positivo significa que la resistencia aumenta a medida que aumenta la temperatura. Si el coeficiente es constante, significa que el factor de proporcionalidad entre la resistencia y la temperatura es constante y que la resistencia y la temperatura se graficarán en una línea recta.

Cuando

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