UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAOESCUELA DE POSTGRADO

TEMA: Sensores y Actuadores

(Primer Examen – 2011)

Nombres: Pedro Fernandino

Apellidos: López Buitrón

1.- A que se refiere cuando se dice que un sensor es pasivo o activo

Rpta.

Los sensores se clasifican de acuerdo a la fuente de energía que utilizan para recoger información de un objeto, en sensores activos y sensores pasivos.Los sensores activos, son aquellos que emiten energía sobre el objeto y reciben la señal reflejada por el mismo. Los sensores activos más comunes son los sensores de RADAR (Radio Detección And Ranging), estos sensores trabajan en el rango de las microondas.Los sensores pasivos, son aquellos que utilizan fuentes externas de energía para obtener información de los objetos. Y pueden ser:

Resistivos: son los que transforman la variación de la magnitud a medir en una variación de su resistencia eléctrica. Un ejemplo puede ser un termistor, que sirve para medir temperaturas.

Capacitivos: son los que transforman la variación de la magnitud a medir en una variación de la capacidad de un condensador. Un ejemplo es un condensador con un material en el dieléctrico que cambie su conductividad ante la presencia de ciertas sustancias.

Inductivos: son los que transforman la variación de la magnitud a medir en una variación de la inductancia de una bobina. Un ejemplo puede ser una bobina con el núcleo móvil, que puede servir para medir desplazamientos.

2.- Respecto a las características del sensor, defina lo siguiente : Alcance Sensibilidad

Rpta.

Sensibilidad de un sensor: relación entre la variación de la magnitud de salida y la variación de la magnitud de entrada.

Alcance (span): Es la diferencia algebraica entre los valores superior e inferior del campo de medida de un instrumento. Por ejemplo, un termómetro de mercurio con rango de 0 a 50 grados Celsius el span será de 50 grados Celsius.

3.- Describa el funcionamiento de un termómetro bimetálico.

Rpta.

Todos los instrumentos de medición de temperatura utilizan algún cambio en un material para la temperatura, algunos de los efectos que se utilizan para indicar la temperatura son los cambios en las características físicas. Una de las características físicas mas importantes usadas en instrumentos de medida de temperatura es el cambio de longitud de un material en la forma de expansión y contracción.

Se considera la barra homogénea uniforme ilustrada de la figura. Si la barra tiene una longitud dada (Lo) a una cierta temperatura y es calentada, se expandirá (Lf). La cantidad de expansión de dilatación DL es una función de la longitud original y del aumento de temperatura. La cantidad que un material cambia en longitud con la temperatura se llama coeficiente de expansión linéalo coeficiente de expansión térmica.

.

Si dos materiales con diferentes coeficientes de dilatación lineales se colocan juntos, a medida que se producen cambios de temperatura, sus índices de expansión serán diferentes. Esto hara que el conjunto se doble en un arco como se muestra en la figura. Mediante este método, funcionan la mayoría de los termostatos( interruptores de temperatura) y algunos termómetros indicadores locales.

4.- Que tipo de material se emplean comúnmente para los RTD y cual es la ventaja uno del otro

Rpta.

Termo resistencias RTD Los materiales con que se fabrican los RTD son Platino Niquel y Cobre.El platino es ampliamente utilizado en la industria por su rango de medición y porque el platino es el material que da la mayor exactitud, precisión y menos deriva; además con el uso de una adecuada extensión podemos hacer mediciones confiables y precisas hasta 30m de distancia. El único inconveniente que se podría presentar es la humedad, esto ocasiona que se deterioren los cables, lo que facilita la posible generación de ruido. Su funcionamiento consiste en un hilo de platino de modo que a 0°C tiene una resistencia de 100 y conforme la temperatura aumenta, aumenta también la resistencia.

En comparación con el platino, el níquel si bien es de menor precio, presenta la desventaja de la falta de linealidad, mientras que el cobre es estable, barato y bastante lineal, pero presenta una baja resistividad por lo que la variación de resistencia en función de la temperatura es menor y por ende se obtiene menor resolución de medición

                     

5.- Cual podría ser para usted el punto determinante para decidir en la selección de una termocupla o un pt100.Rpta.

Para mi opinión el punto determinante es la temperatura al cual va trabajar la termocupla o el PT100, Porque cada uno de ellas tiene un límite de temperatura de operación y de acuerdo a ello voy a elegir ya sea el pt100 o termocupla.

6.- Que sensor recomendaría para medición de flujo turbulento.

Rpta.La recomendación seria, la adquisición de un sensor tipo vortex

7.- Tomando como referencia la presión atmosférica indique en la grafica las demás presiones.Rpta.

El siguiente grafico ilustra las distintas presiones existentes.

8.- Mencione algunos sensores en cuyo medición de flujo, ocurre mucha perdida de presión.

-El tubo de Venturi-Diafragma.-Toberas

9.- Explique detalladamente el principio de medición de los sensores de flujo electromagnético.Rpta.

Principio de medida.El medidor de caudal electromagnético, consiste en un sensor, que genera un campo magnético en el líquido a medir.Los líquidos conductores, al atravesar el campo magnético (5), generan un voltaje E (9), entre los electrodos (3), que proporcional a la velocidad del líquido en ese punto V(7).El voltaje generado es procesado por la unidad electrónica a un microprocesador, dando salidas de mA o Hz, proporcional al valor del caudal Q(8)

10.-Cual es la diferencia en la medición de flujo por ultrasonido por diferencia de tiempos y por efecto dopler

Rpta.

La diferencia en la medición de flujo por ultrasonido por diferencia de tiempos y por efecto dopler se basa en que el primero, dispone de uno o mas pares de trasmisor receptor de ultrasonido dispuestos en un ángulo α y tiene el principio medir la diferencia en el tiempo que tarda en viajar una onda de ultrasonido aguas abajo, con respecto al tiempo que le toma en viajar aguas arriba. En un caso la velocidad aparente del sonido se ve aumentada por la velocidad del fluido, mientras que en el otro se ve disminuida. Esta diferencia en tiempos es proporcional a la velocidad del fluido.En el caso de sensor por ultrasonido de efecto dopler En este caso, se proyectan ondas de ultrasonido a lo largo del fluido y se mide el corrimiento de frecuencia que experimenta la señal de retorno al reflejarse el sonido en partículas contenidas en el

fluido. En un medidor de ultrasonido por doppler, la velocidad (v) es proporcional a la diferencia de frecuencias entre las ondas emitidas (fE) y las ondas reflejadas (fR) .

11.- Mencione dos sensores de presión elástico y explique el principio de funcionamiento.

Rpta.

-Tipo Bourdon tipo C.- Tipo diafragma

Sensores de Presión: Mecánicos, elásticos

El tubo Bourdon es un tubo de sección elástica que forma un anillo casi completo, cerrado por un extremo. AI aumentar la presión en el interior del tubo, éste tiende a enderezarse y el movimiento es transmitido a la aguja indicadora, por un sector dentado y un piñón. La Iey de deformación del tubo Bourdon es bastante compleja y ha sido determinada empíricamente a través de numerosas observaciones y ensayos en varios tubos.

El material empleado normalmente en el tubo Bourdon es de acero inoxidable, aleación de cobre o aleaciones especiales como hastelloy y monel.

El diafragma consiste en una o varias capsulas circulares conectadas rígidamente entre si por soldadura, de forma que al aplicar presión, cada capsula se deforma y la suma de los pequeños desplazamientos es amplificada por un juego de palancas. El sistema se proyecta de tal modo que, al aplicar presión, el movimiento se aproxima a una relación lineal en un intervalo de medida lo mas amplio posible con un mínimo de histéresis y de desviación permanente en el cero del instrumento.

12.- Cual es la ventaja entre un medidor de nivel de tipo vidrio tubular y medidor de nivel de vidrio plano.

Ventajas:• Sencillo de instalar y barato• No tienen partes móviles• Lectura directa exacto a bajas temperaturas

Indicadores de nivel de Vidrio: Plano• El nivel de cristal normal se emplea para presiones hasta 7 bar. Para presiones elevadas el cristal es grueso, de sección rectangular y está protegido por una armadura metálica. La lectura de nivel se efectúa con un cristal a reflexión (empleando ranuras longitudinales que actúan como prismas de reflexión) o bien por transparencia.

13.- Cual cree usted que es la ventaja y desventaja de un sensor de nivel por ultrasonido y por radar.

Rpta.

Transmisores de Nivel Ultrasónicos

Ventajas:• Adecuado para productos que sean problemáticos al contacto.

Desventajas: Da problemas en aquellos productos que puedan formar espuma. No es apto para fluidos a altas presiones y temperaturas, así como para procesos al vacío.

Medidor de nivel por radar

Ventajas:• Adecuado para productos que seanproblemáticos al contacto. Fácil instalación yválido para altas presiones y temperaturas.• No necesitan contacto con el líquido• No tienen elementos móviles• No requiere mantenimiento• La medición no es afectada por agentes externos• Son fiables y de gran precisión• Inmune a espumas, burbujeos, turbulencias, etc.

Desventajas:El producto debe tener una constante dieléctrica.

14.- Explique el principio de medición de un sensor de nivel por laminas vibrantes.

Rpta.

Este método solo es adecuado para swich de nivel y consiste en una horquilla (lamina) oscilante o giratoria preparada para que oscile en el aire a su frecuencia. Si la horquilla se recubre de producto, la frecuencia de resonancia se reduce o se amortigua completamente. Esta variación de frecuencia se detecta y se trasmite por una señal de salida. El tipo de horquilla (lamina) empleada y su frecuencia de resonancia dependerán del producto que se quieran medir. Para áridos granulados o pulverizados se emplea un diapasón de (120 Hz), y para líquidos y lodos se usa una horquilla oscilante( lamina) de 1000 (Hz).

15.- Cual es la característica principal de los sensores piezoeléctrico.

Rpta.

La característica principal de los sensores piezoeléctricos se basa en que cuando se aplica una presión, fuerza o aceleración a un cristal de cuarzo u otros materiales piezoeléctricos se desarrolla una carga a través del cristal que es proporcional a la fuerza aplicada. Otra característica de estos sensores de cristal es que la señal generada por el cristal decae rápidamente. La aplicación de una presión es una acción generadora, el elemento cerámico convierte la energía mecánica de compresión o tensión en energía eléctrica. Los valores de la presión compresiva y el voltaje generado por la aplicación de presión al elemento cerámico piezoeléctrico son linealmente proporcionales a la tensión específica del material. Los sistemas piezoeléctricos más comunes son cerámicos piezoeléctricos, con efectos piezoeléctricos o inversos. El efecto piezoeléctrico de los materiales cerámicos causa que un cristal produzca un potencial eléctrico cuando es sometido a una vibración mecánica.