instrumentacion avanzada

INSTRUMENTACIÓN CLASE 1

M.I KARINA ROSA PALETA

Cadena de medida

Características generales

• RANGO Definición: Valores máximo y mínimo de la magnitud a medir en que es capaz de operar • Rango mecánico: Aquel en que el transductor es capaz de operar sin que sufra un daño mecánico. • Rango de trabajo: Aquel en que el transductor no solo no sufre daño mecánico, sino que además tampoco se ven modificadas sus características de respuesta, bien sea temporal o definitivamente. • Rango dinámico: Aquel en que el transductor es capaz de operar dentro de sus características de diseño (linealidad, sensibilidad, resolución, etc.). • Rango de utilización: Aquel en el que variará la magnitud a medir durante la utilización de transductor.

Características generales

• SENSIBILIDAD • Sensibilidad: Variación obtenida en la señal de

salida para una variación unidad de la magnitud a medir.

• Función de calibración: M=F(S) • Sensibilidad: • Resolución: Mínima diferencia en la magnitud a

medir que puede ser detectada de manera fiable por el

• transductor.

Características generales

• RUIDO

• Definición: Perturbación aleatoria ajena a la magnitud a medir capaz de alterar la lectura.

HISTÉRESIS, REPETIBILIDAD, LINEALIDAD

• Al realizar la calibración de un transductor el procedimiento habitual suele ser el realizar varias series de medidas, ascendentes y descendentes, de la salida del transductor en función de la magnitud física a medir.

HISTÉRESIS, REPETIBILIDAD, LINEALIDAD

• Histéresis: Diferencia máxima entre la curva ascendente y la descendente de un mismo ciclo.

• Repetibilidad: Capacidad de un transductor para reproducir el mismo valor a la salida al aplicarle a la entrada la misma magnitud en la misma dirección y en dos ciclos distintos.

• Linealidad: Máxima desviación de la curva de calibración respecto a una línea recta.

• Parámetro de conformancia: máxima desviación respecto a una curva no lineal especificada. Se utiliza cuando en transductor es intrínsecamente no lineal

RESPUESTA DINAMICA

• Definición: Capacidad del transductor para seguir variaciones de la magnitud a medir. Da una idea del rango de frecuencias devariación de la magnitud a medir que el transductor es capaz de reproducir en la señal de salida.

• Existen transductores en los que la limitación se produce a frecuencias bajas.

DERIVA

Definición: Fenómeno por el cual la curva de calibración se desplaza paralelamente a si misma por efecto de una variable de influencia

Clasificación de los transductores por sistema de alimentación

Sensores piezoeléctricos

• El cuarzo, ya en su estado puro es capaz de generar carga eléctrica sobre ciertas caras del cristal cuando una fuerza externa se aplica sobre él. Este efecto físico, se conoce como piezoeléctricidad directa. Inversamente cuando un voltaje eléctrico es aplicado al cristal, una tensión mecánica tiene lugar deformándolo, esta propiedad es llamada piezoeléctricidad recíproca

Sensores piezoeléctricos

• La magnitud de la carga resultante con el efecto longitudinal no depende de las

• dimensiones geométricas de las superficies del cuarzo, sino únicamente de la fuerza

• aplicada Fx. Por otro lado la magnitud del voltaje aplicado sí que depende de la geometría,

• debido a que el voltaje es igual a la carga generada Q dividido por la capacitancia del

• transductor C, donde las capacitancias del cable conectado y de la entrada al amplificador

• son también incluidas.

• El único modo de incrementar la carga producida, es construir un montaje de varios platos de cuarzo en serie para la transmisión de la fuerza, y conectarlos eléctricamente en paralelo

Sensores Piezoeléctricos

• En este tipo de transductores la función del elemento elástico deformable en el sensor la realiza el cristal piezoeléctrico, además de ser el propio cristal de cuarzo el que detecta la presencia de la fuerza externa y genera una carga eléctrica proporcional a aquélla.

• Podemos representar al transductor por medio de un sistema de segundo orden, en este caso el cuarzo equivale a un muelle de rigidez altísima (medida de fuerza sin desplazamiento).

Sensores Piezoeléctricos

• El transductor de fuerza piezoeléctrico más comúnmente usado es la denominada arandela de carga (load washer), dos discos de cuarzo cortados para trabajar bajo el efecto longitudinal con un electrodo central separándolos, son intercalados entre dos anillos de acero; los discos de cuarzo son colocados de tal modo que el eje cristalográfico x queda orientado hacia el electrodo. De este modo, las cargas generadas bajo compresión son sumadas, duplicándose la sensibilidad

• Las células de carga del tipo load washer son montadas bajo una precarga determinada, permitiendo de este modo la medida de fuerzas de tensión

Tipos de sensores según medida

Tipos de sensores según medida, (Fuerza y par)

• Transductores de tracción-compresión

• El cuerpo sensible se puede diseñar para trabajar a tracción-compresión a modo de columna. En ellos se trata de evitar que las cargas no axiales a la columna (originadoras de flexión, cortadura, etc.) den lugar a señal.

• Por no existir deformaciones iguales y de signo contrario en estos cuerpos sensibles, queda una no linealidad eléctrica intrínseca al puente.

Tipos de sensores según medida, (Fuerza y par)

• Transductores de flexión

• Cuando se desea una mayor sensibilidad, se construyen cuerpos sensibles trabajando a flexión. Su forma puede ser en

• anillo, en viga triangular o rectangular en voladizo y en semianillo simple o doble.

Tipos de sensores según medida, (Aceleración).

• PRINCIPIOS BASICOS • Definición: Los acelerómetros, también denominados captadores sísmicos, son elementos capaces de medir la aceleración a que están sometidos de una manera absoluta, es decir, sin referencia a ningún elemento del exterior. • Construcción: Un acelerómetro está constituido por una masa suspendida elásticamente de la estructura de soporte mediante un elemento que, en general, presentará una constante de rigidez, K, y un amortiguamiento, C, que supondremos exclusivamente de tipo viscoso, es decir, proporcional a la velocidad. • La señal de salida se obtiene midiendo el desplazamiento o la

velocidad, según el caso, de la masa respecto a laestructura.

• ACELEROMETROS PIEZOELECTRICOS • Principio de funcionamiento: • El elemento flexible es un material piezoeléctrico que al comprimirse

genera una carga entre sus dos caras proporcional a la fuerza aplicada. • El elemento activo del acelerómetro son los piezoeléctricos. Estos actúan

como muelles que unen la base del acelerómetro a la masa sísmica a través del poste triangular central. Cuando el acelerómetro es sometido a una vibración aparece una fuerza sobre el elemento piezoeléctrico igual al producto de la aceleración de la masa sísmica por su masa.

• El elemento piezoeléctrico produce una carga proporcional a la fuerza aplicada. Como la masa sísmica es constante la carga producida es proporcional a la aceleración de la masa sísmica. Como la aceleración de la masa sísmica es proporcional a la aceleración de la base en un rango de frecuencias muy amplio, la salida del acelerómetro es proporcional a la aceleración de la base y por tanto a la aceleración de la superficie sobre la que está montado el acelerómetro

Hojas de características

Sensores deteriorados

Sensores utilizados para ensayos de impacto

• ACELEROMETROS MODELOS Y MARCAS ESPECIFICAS UTILIZADAS EN ENSAYOS DE IMPACTO.

• ENDEVCO 7264B • Son los más numerosos. Su rango es de 500 y de 2000g. Los primeros se

destinan a instrumentar maniquíes y los segundos a instrumentar vehículos.

• Su denominación es: • 7264B-2000 Acelerómetro de 2000g con 3% de sensibilidad transversal. • 7264B-2000T Acelerómetro de 2000g con 1% de sensibilidad transversal. • 7264B-500T Acelerómetro de 500g con 1% de sensibilidad transversal. • Son no amortiguados e incorporan topes de sobrerango. Utilizan puente

completo

Practica

• Por ejemplo, si tenemos una señal analógica entre 0y 5 volts y ajustamos los voltajes de referencia a esos valores y además sabemos que la resolución del ADC es de 10 bits sabemos que cada bit equivale a