TRANSUCTORES

ALUMNO: JONATHAN RONCAL DOMINGUEZ

CODIGO: 20145026E

INTRODUCCION

Un transductor es un dispositivo capaz de transformar o convertir un determinado tipo de energía de entrada, en otra diferente a la salida.

TRANSDUCTORES DE

TEMPERATURA

Medición de temperatura

Escalas de temperatura

32 273 491

5 9 5 9

C F K R

Punto de ebullición del agua: 100°C, 373°K, 212°F, 671°R

Punto de fusión del agua: 0°C, 273°K, 32°F, 491°R

Medición de temperatura

Termómetros de dilatación-de vidrio - de bulbo -bimetálico

Termómetros sensibles a la resistencia-De resistencia metálica (RTD)

-termistoresTermoparesMétodos sin contacto

-pirómetros ópticos-pirómetros de radiación total-pirómetros de dos colores

Termómetro de dilatación

TERMÓMETRO DE VIDRIOIndican la temperatura como diferencia entre el coeficiente de dilatación del vidrio y del líquido empleado.

Termómetro de dilatación

TERMÓMETROS DE BULBO La variación de temperatura produce la expansión o contracción del fluido lo que deforma el recinto que lo contiene. La deformación es apreciada por un

muelle Bourdon y transmitida a un indicador o transmisor. Rango: -40°C a 425°C Precisión: 1%

Termómetro de bulbo

Termómetro de dilataciónTERMÓMETRO BIMETÁLICO- constan de 2 láminas metálicas con diferente

coeficiente de dilatación, unidas sólidamente por sus extremos.

- Muy usados como termostatos- Cuando por efecto de la temperatura se

dilatan, se deforman produciéndose un desplazamiento mecánico cuya fuerza se emplea para mover una aguja indicadora o activar un mecanismo de control

- Rango: -40 a 500°C - Precisión: 1%

Termómetro bimetálico

RTD

Se basan en que la resistencia eléctrica de metales puros aumenta con la temperatura. Enalgunos en forma casi lineal.Este principio proporciona una forma muyprecisa de medir.Se necesita un material:

-resistente a la corrosión y ambientes hostiles-comportamiento lineal-alta sensibilidad-fáciles de fabricar y estables

RTD

100(1 )R T

Para un RTD de platino (pt-100), su resistencia R a una determinada temperatura T es el resultado de aplicar la siguiente ecuación aproximada

1

1

0.00385 ( )

0.00392 ( )

Donde C curva europea

C curva americana

RTD

Platino (Pt) y níquel (Ni). Es importante la instalación Rango (platino): -200°C a 500°C Precisión: 0.2% Sensibilidad (pt100): 0.392 ohmios/°C Para medir la variación en la resistencia en el detector se

usan circuitos basados en el puente de Wheatstone Un cable común razonablemente grueso seria uno de

diámetro equivalente a 18 AWG. La resistencia de este cable es 0.0193 ohm por metro

Pt-100

0ºC 100

La resistencia eléctrica cambia con la temperatura

Puente eléctrico para la conversión a señal eléctrica de tensión

Margen de empleo: -200 500ºC Sensibilidad: 0.4 /ºC

Precisión: 0.2%

Puente

V

R R

RRt

Pt100

Cuando el puente está equilibrado, la tensión V es nula. Si se modifica Rt la tensión V cambia.

Conexión a tres hilos

V

R R

RRt

Pt100

La longitud de los hilos de conexión influye en la medida, el tercer hilo hace que se añada la misma resistencia a cada rama y se compensa el desequilibrio producido en el puente

TERMISTORES

Materiales semiconductores que utilizan como variable su resistencia para detectar variaciones de temperatura. Se fabrican con óxidos de diferentes metales como níquel, cobalto, cobre, titanio, manganeso, etc.Se utilizan en regulación de voltaje, control de potencia, control de temperatura, detectores en analizadores, etc.Tipos de termistores: PTC: coeficiente de temperatura positivo NTC: coeficiente de temperatura negativo

TERMISTORES

0

1 1

0T TR R e

0 0

0

: ( )

: ( )

: ( )

: tan

, 3000 5000

R resistencia del termistor

R resistencia del termistor aT

T temperatura de referencia K

esuna cons te decalibracióndependiente del material del

termistor generalmenteentre y K

TERMISTORES

Ventajas:- alta sensibilidad- alta precisión (+/-0.02°C)- pequeño tamaño- bajo tiempo de respuesta( baja inercia térmica)- estabilidad y repetibilidad a largo plazo

Desventajas:- no lineales- limitado rango de utilización(-40°C a 150°C)

TERMOCUPLAEs el sensor de temperatura más utilizado en la industria.está formada por dos alambres de distinto material unidos en un extremo soldados generalmente. Al aplicar temperatura en la unión de los metales se genera un voltaje muy pequeño (efecto Seebeck) del orden de los milivolts el cual aumenta con la temperatura. Su sensibilidad es del orden de 10 a 50 uV/ºC.Por ejemplo, una termocupla "tipo J" está hecha con un alambre de hierro y otro de constantán (aleación de cobre y níquel)Al colocar la unión de estos metales a 750°C, debe aparecer en los extremos 42.2 milivolts.

TERMOCUPLA J

I

Efecto Seebeck: f.e.m. ==> f ( T )Efecto Seebeck: f.e.m. ==> f ( T )

TERMOCUPLA

TERMOCUPLA

termocupla CableAleación +

Cable Aleación -

Rango (min, máx.) ºC

VoltiosmV

J hierro Cobre/níquel (-180, 750) 42.2

K Níquel/cromo

Níquel/aluminio

(-180, 1372)

54.8

T cobre Cobre/níquel (-250, 400) 20.8

R 87% platino13% rhodio

100% platino (0, 1767) 21.09

S 90% platino10% rhodio

100% platino (0, 1767) 18.68

B 70% platino30% rhodio

100% platino (0, 1820) 13.814

TERMOCUPLA

La dependencia entre el voltaje entregado por las termocuplas y la temperatura no es lineal ( no es una recta ) , es deber del instrumento electrónico destinado a mostrar la lectura, efectuar la linealización, es decir tomar el voltaje y conociendo el tipo de termocupla, ver en tablas internas a que temperatura corresponde este voltaje.

Termocuplas

Tipo Rango Precisión

T -200 250ºC 2%

J 0 750ºC 0.5%

K 0 1300ºC 1%

R / S 0 1600ºC 0.5%

W 0 2800ºC 1%

TERMOCUPLA

INDICADOR CONVERTIDOR

mV Tol. +-

SISTEMADE MEDIDA

UNION DE REFERENCIATERMINAL

DE CABEZAL

Cables de compensacion

Metal A

Metal B

E (Tm-Tr)

Tm Tr

4-20 mA

Indication °C / °F

T

TaMetal a

Metal b

Cu

Cu

V=V(T)-V(Ta)

V= V(cu,a)(Ta) + V(a,b)(T) +V(b,cu)(Ta)

V= [V(b,cu)(Ta) + V(cu,a)(Ta)] +V(a,b)(T)

V= V(b,a)(Ta) +V(a,b)(T)

V= V(a,b)(T) – V(a,b)(Ta)

V(a,b)(T) = V + V(a,b)(Ta)

Termopozo

En la mayoría de las aplicaciones de medición de temperatura no es recomendable exponer el elemento sensor al fluido del proceso. La utilización de un termopozo, a pesar de que introduce retardos en la medición, es recomendable para proteger al elemento sensor de la corrosión, erosión y altas presiones además de permitir su remoción o cambio mientras la planta o el proceso está en operación

Inserción e inmersión de un termopozo

Rangos de presión y temperatura de termopozos

TUBO PROTECTOR

METALES

TERMINALES

AISLANTE

UNION DE MEDIDA

Termopozo

Curvas de Calibración

-500 0 500 1K 1.5K 2K

80

70

60

50

40

30

20

10

µV/°C

T (°C)

E

TJ

K

N

R

S B

• Rangos Recomendado:

• B: 1290 °F a 3310 °F

• E: -2851830• J: -300 2190• K: -2852502• N: 322370• R: 255

3214• S: 300 3214• T: -275 750

• Rangos Recomendado:

• B: 1290 °F a 3310 °F

• E: -2851830• J: -300 2190• K: -2852502• N: 322370• R: 255

3214• S: 300 3214• T: -275 750

PIROMETROS INFRAROJOS

Todos los cuerpos emiten ondas electromagnéticas o radiación dependiendo de la temperatura a la que se encuentran

La energía radiada y su longitud de onda están de acuerdo a la temperatura

Por lo que se puede medir la temperatura del cuerpo sin contacto con él

Basan su funcionamiento en la emisividad de los cuerpos

PIRÓMETROS INFRAROJOS

Pirómetros de radiación

Tienen unos detectores que captan simultáneamente todas las radiaciones emitidas en la zona del espectro entre 0.3 y 20 micras

Características de los medidores de temperatura

APLICACIONES

En el campo de los procesos industriales, químicos, petroquímicos, siderúrgicos, cerámico, farmacéutico, alimenticio, hidroeléctrico, nuclear, papel y celulosa, etc. El monitoreo de la variable temperatura es fundamental para la obtención del producto final especificado.

TRANSDUCTORES DE

DESPLAZAMIENTO Y PROXIMIDAD

Sensores de desplazamiento

Entregan una señal eléctrica proporcional al desplazamiento.

Transformadores diferenciales de variación lineal LVDT

Transductores potenciométricos Encoders lineales

Sensores de desplazamiento

LVDT

esta formado por un núcleo magnético de ferrita movible rodeado de tres bobinados cilíndricos, uno primario y dos secundarios enrollados en oposición.

produce una señal AC o DC proporcional al movimiento de su núcleo y es lineal sobre un rango especificado

TRANSFORMADOR DIFERENCIAL DE VARIACION LINEAL (LVDT)

Entrega una señal de voltaje de salida de corriente alterna que es proporcional a un desplazamiento físico

TRANSFORMADOR DIFERENCIAL DE VARIACION LINEAL (LVDT)

SENSORES DE POSICION LINEAL

APLICACION

TRANSFORMADOR DIFERENCIAL DE VARIACION ROTATORIO (RVDT)

POTENCIÓMETRO ANGULAR

Consiste en un elemento resistivo y un contacto móvil que se puede posicionar a lo largo del elemento.

APLICACION

Los transductores LVDT y RVDT son utilizados extensamente en medición y aplicaciones de control de medida de desplazamientos desde micro pulgadas hasta varios pies.

Se encuentran en sistemas de metrología, en posición de válvulas, en actuadores hidráulicos.

Otras aplicaciones de estos transductores, como celdas de carga o sensores de presión utilizando LVDT internamente.

Sensores de desplazamientoTransductor potenciométrico

es una resistencia variable con el desplazamiento lineal

Encoderspermite medir el movimiento circular o linealtienen alta resolución, la cual puede llegar a 0.001 mm con longitudes de exploración de hasta 30 m y velocidades de 15 m/seg.

TRANSDUCTOR POTENCIOMETRICO

Sensores de proximidad

Sensor de proximidad inductivo Sensor de proximidad capacitivo Sensor de proximidad fotoeléctricos

- de haz transmitido- retroreflectivo - reflexivo difuso

Sensor de proximidad de fibra óptica Sensor de proximidad por ultrasonido

SENSOR INDUCTIVO

1.- Composición y Funcionamiento

Un sensor de proximidad inductivo detecta la presencia de cualquier objeto de material conductor sin necesidad de contacto físico.

Consta de un oscilador.

Y una etapa de salida.

SENSOR INDUCTIVO

Ventajas

Compatibilidad con los automatismos electrónicos.

Durabilidad independiente del número de ciclos de maniobra.

Adaptación a ambientes húmedos y corrosivos.

Desventajas

Detectan solo metales. Rango de sensado

limitado. Son afectados por

limaduras metálicos.

Sensor de proximidad capacitivo

consiste de dos placas separadas por un aislante denominado dieléctrico

una de las placas es parte del interruptor, el aislante es el encapsulado y el objeto a detectar es la otra placa.

pueden detectar cualquier objeto que tenga una constante dieléctrica mayor que la del aire

SENSORES DE PROXIMIDAD CAPACITIVO

DIAGRAMA DE BLOQUES DEL SENSOR CAPACITIVO

VENTAJAS Y DESVENTAJAS

Puede detectar líquidos a través de barrerasno metálicas

Tiene un rango mayor a los sensores inductivos Poseen rápida respuesta Pueden detectar objetos metálicos y no

metálicos Algunas desventajas: Pueden ser afectados por los cambios bruscos

de temperatura La precisión no es tan alta como los inductivos

Sensores fotoeléctricos

Sensor de proximidad de haz transmitido

Usa dos dispositivos, un emisor y un receptor ubicados uno al frente del otro

La detección ocurre cuando un objeto bloquea o corta el haz de luz entre ellos

RETROREFLECTIVO

RETROREFLECTIVO POLARIZADO

Sensor de proximidad reflexivo difuso

Usa un sensor formado por un emisor y un receptor

Emite un haz de luz que debe ser reflejado por el objeto a ser detectado

Sensor de proximidad por fibra óptica

Está formado por un gran número de fibras de vidrio o de plástico, protegidas contra golpes o excesivo flexionamiento

El diámetro de un cable de fibra óptica es pequeño alrededor de 0.02 pulgadas

No está afectada por la interferencia electromagnética ya que por el cable viaja la luz y no corriente

Sensor de proximidad por fibra óptica

Pueden soportar altas temperaturas y en algunos casos sustancias químicas

La distancia de detección es limitada

SENSORES DE PROXIMIDAD DE FIBRA ÓPTICA

Sensores de proximidad por ultrasonido

Ultrasonido

Ultrasonido

Ultrasonido

Distancia de sensado

APLICACIONESdetección presencia y ausencia

TRANSDUCTORES DE SONIDO

EL SONOMETRO

CLASIFICACION:

Por su precisión, los sonómetros se clasifican en sonómetros patrones (tipo 0), de precisión (tipo 1), de uso general (tipo 2) y de inspección (tipo 3).

El diagrama de bloques de todo sonómetro contiene, al menos, lo siguiente:

1.- Micrófono. Convierte las variaciones de presión sonora en variaciones equivalentes de señal eléctrica.

2.- Preamplificador. Transforma la alta impedancia del micrófono en baja.

3.- Redes de ponderación en frecuencia. Hacen que la respuesta en frecuencia del sonómetro sea semejante a la del oído humano

4.- Detector integrador. Convierte la señal alterna en continua.

5.- Ponderación temporal. Ajusta la constante de tiempo que se utilizará en las medidas, y con ello determina la velocidad de respuesta del sonómetro frente a las variaciones de presión sonora.

6.- Indicador analógico o digital. Visualiza el resultado de las medidas.

MICRÓFONO

- Gran estabilidad ambiental.

- Amplio rango de respuesta en frecuencia plana.

- Baja distorsión.

- Muy bajo nivel de ruido interno.

- Gran rango dinámico.

- Alta sensibilidad.

PREAMPLIFICADOR

Va colocado inmediatamente detrás del micrófono

El preamplificador debe tener un ruido eléctrico muy bajo y una dinámica y rango de frecuencia mayor que las del micrófono que se le conecte.

REDES DE PONDERACIÓN EN FRECUENCIA

La señal pasa por una serie de circuitos amplificadores para acomodar el rango de lectura con los niveles a medir

se introducen para que el sonómetro tenga una respuesta en frecuencia similar a la del oído humano

Las curvas de ponderación dan cuenta de la distinta sensibilidad del oído human

Las curvas internacionalmente aceptadas se denominan A, B y C, y se corresponden con las isofónicas de 40, 70 y 100 fonios

DETECTOR INTEGRADOR

La señal alterna, variable con el tiempo, no es susceptible de ser medida, por lo cual hay que convertirla en una señal continua:

Nivel de pico

Nivel eficaz

PONDERACION TEMPORAL

FAST(250 MS)

SLOW (2 S)

IMPULSE (35 MS)

TRANSDUCTORES DE

VELOCIDAD

TRANSDUCTORES DE VELOCIDAD

Una de las mediciones más importantes en las aplicaciones industriales es la de la velocidad angular.Esto se realiza mediante los tacómetros, que pueden ser mecánicos o eléctricos.También se puede medir la velocidad mediante medidores de velocidad por impulsos y sistemas ópticos.

Tacómetros mecánicos: El más sencillo es el contador de revoluciones. Consiste en un tornillo sinfín que se acopla al eje cuya velocidad se quiere medir. Este tornillo hace rotar por un sistema de engranajes, a dos diales concéntricos calibrados.Cada división del dial exterior representa una vuelta del eje giratoriomientras que cada división del dial interior corresponde con una vueltadel dial externo.

TRANSDUCTORES DE VELOCIDAD

Tacómetros eléctricos: Los más importantes son:

- Tacodínamos o dinamos tacométricos: proporcionan una señal de corriente continua. Están constituidos por un inductor que genera un campo magnético mediante imanes permanentes o electroimanes y un inducido o rotor ranurado sobre el que se bobinan unos devanados de hilo conductor. Las bobinas devanados se conectan a las delgas del colector. Al girar el rotor dentro de campo inductor hace que aparezca en los bornes de salida a través de las escobillas una tensión continua con una ondulación reducida. Suelen tener una sensibilidad entre 5 y 10 mV por cada r.p.m. y pueden medir velocidades de hasta 10000 r.p.m.

TRANSDUCTORES DE VELOCIDAD

TRANSDUCTORES DE VELOCIDAD- Tacoalternadores o alternadores tacométricos: proporcionan una señal alterna sinusoidal con frecuencia y amplitud proporcionales a la velocidad de rotación.A diferencia de la tacodínamo el elemento que gira es el inductor o rotor formado por un imán permanente o electroimán.Tiene la ventaja frente a la tacodínamo que no utiliza colector y escobillas, lo que le dota de mayor duración.Tiene una sensibilidad comprendida entre los 2 y 10 mV por r.p.m. Permite la medida de mayores velocidades que los tacodínamos.