Transductores

Transductores.

Un transductor consiste en un dispositivo que absorbe energía de un sistema y que la cede a otro, por lo general en otra forma diferente de energía. La justificación de estos transductores es que se hace necesario transformar una determinada magnitud física en una magnitud eléctrica (tensión, corriente, resistencia, etc.). De esta forma es posible distinguir diferentes tipos de transductores:

- Transductor de Fuerza.

- Transductor de Presión.

- Transductor de Aceleración y Velocidad.

- Transductor de Nivel.

- Transductor de Caudal.

- Transductor de Temperatura.

- Transductor de Luz.

Algunos conceptos relacionados con estos dispositivos:

- Campo de medición: corresponde al margen entre los valores mínimo y máximo de la magnitud física medida por el transductor.

- El valor de F.S.O. (“Full Scale Output”): corresponde al valor de fondo de escala, y es la diferencia entre las tensiones de salida del transductor, correspondientes a los valores límites del campo de medición.

- Constante de proporcionalidad: es la relación que existe entre el valor de salida y el correspondiente valor de la magnitud de entrada.

- Error de linealidad: es el desplazamiento de la constante de proporcionalidad entre el valor de entrada y el de salida. Éste se expresa en porcentaje del valor máximo de salida.

- Precisión: se conoce también como error de medición, y corresponde al margen máximo entre el valor medido y el real; se expresa en porcentaje del valor del fondo de escala.

- Velocidad de respuesta: corresponde a la rapidez con la que la magnitud de salida responde a las variaciones de la magnitud de entrada.

- Estabilidad: es la constancia de la relación entrada-salida para todas las condiciones de funcionamiento.

- Repetitividad: es el margen de tolerancia que abarca los valores de la misma medición. Normalmente se expresa en fracciones de la precisión.

Un aspecto importante es la determinación de la linealidad de los transductores, la cual se determina en forma porcentual.

El procedimiento de determinación de la linealidad se ilustra a continuación:

Para trazar la curva característica entrada-salida de los transductores se efectúan una serie de mediciones para determinar los valores de salida correspondientes a los distintos valores de la magnitud física de entrada. Para eso se construye un gráfico de coordenadas donde se ubicarán los puntos correspondientes a los datos medidos. Luego se trazará la recta que más se aproxime a dichos puntos. Esta curva se denomina recta optimal del transductor.

Luego se trazan dos rectas equidistantes de la recta optimal (y paralelas a ésta) de manera que abarquen todos los puntos del diagrama.

Después, trazar una recta paralela al eje de las ordenadas, indicando por V1 y V2 los puntos de intersección entre dicha recta y las dos paralelas. Esta situación se ilustra en la siguiente figura:

De acuerdo a lo anterior, la linealidad puede ser expresada como:

Donde el valor F.S.O corresponde al valor de fondo de escala, es decir la diferencia entre las tensiones de salida correspondientes a los valores límites del campo de medición.

TIPOS DE TRANSDUCTORES:

Los sensores se analizarán para cada una de las variables a sensar, los cuales se detallan a continuación:

Transductores de Fuerza: Éstos se subdividen en tres categorías:

- Transductores basados en la aplicación de las leyes de la estática:

En éstos se recurre al hecho de medir una fuerza incógnita utilizando la ley fundamental de la mecánica clásica, la cual está dada por la relación:

F – ma = 0

Lo mismo se puede decir examinando la aceleración angular d/dt de un cuerpo (con un momento de inercia axial J alrededor del eje de rotación relativo) bajo la acción de un sistema de pares M cuya dirección es la de dicho eje. Se obtiene la relación:

M – J(d/dt) = 0

Generalmente, en las mediciones industriales, los transductores que toman como base las ecuaciones mencionadas, se utilizan en condiciones de carga constante. Las únicas aceleraciones presentes son las que se deben al transitorio de aplicación de la magnitud incógnita. En este caso el análisis se hace para estado estacionario (se considera el transitorio como acabado), por lo que se utilizan las siguientes fórmulas:

F = 0

M = 0

- Transductores basados en el fenómeno de la reacción elástica:

Para hacer referencia a este tipo de transductores, supóngase un cuerpo homogéneo e isótropo de forma prismática, con una de sus bases apoyada en un soporte de material con rigidez infinita, mientras que a la otra base se le aplique una fuerza F perpendicular a la misma. El cuerpo se deforma produciendo una fuerza reactiva Fr (definida por la ley de Hooke), y el comportamiento resulta ser puramente elástico.

Cuando F es igual a Fr, es decir, en el punto de equilibrio, la altura del prisma tiene una variación porcentual de:

1 = L/L = F/EA = KF

donde:

L : altura del prisma.

F : fuerza aplicada.

E : módulo de elasticidad

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