DEPARTAMENTO DE ELCTRICA Y ELECTRNICACARRERA DE ING. EN ELECTRNICA EINSTRUMENTACINASIGNATURA: Instrumentacin ! Sens"resUnidad IIICONSULTA TEMA: Sens"r #ie$"e%&ctric"' Aut" res"nante' ti#" (rtice )rs. *e %a asi+natura 4 Hrs Responsable:Ing. Jos BucheliNombre Estudiante:1) HUGO JACHO ,ec-a *e entre+a: 05 de agosto de 2015Instrumentacin y sensores SENSOR PIEZOELCTRICOS.Dispositivoquemidelapresinotensinusandolapiezoelectricidad, unfenmenoenel queciertos materiales puedengenerar una corriente elctrica cuandose deforma. As, unsensorpiezoelctrico puede convertir la fuerza ejercida sobre l por la compresin, impacto, aceleracin ovibracin en una seal elctrica cuya fuerza es proporcional a la intensidad de la fuerza. ay unn!mero de materiales de origen natural que demuestran este efecto, lo m"s notablemente cuarzo yturmalina. #os materiales piezoelctricos tambin pueden ser sintetizados industrialmente.$ateriales piezoelctricos sintticos pueden ser materiales de cristal individuales similares acristales naturales peroconpropiedades mejoradas, tales como cristales de fosfatode galio%materiales piezocer"micos tales como titanato zirconato de plomo &'()*, que puede ser fabricado abajocostopor sinterizacin, oel calentamientodelos ingredientes enpolvoenun+orno% ypolmeros tales como fluoruro de polivinilideno &',D-* que se pueden +acer en pelculas delgadas,fle.ibles.#a seal elctrica generada por los sensores piezoelctricos cae r"pidamente despus de la fuerza seaplica primero. /sto significa que no son adecuados para la medicin de una fuerza est"tica% sinembargo, son e.celentes en la medicin de fuerzas de muy breve duracin, tales como las fuerzasdeimpacto. 0ristal !nicoysensores piezocer"micos sonmuyrgidos ytienenuna muyaltafrecuencia natural. #a frecuencia natural de un sensor impone limitaciones sobre sus usos, como loserrores de medicin se producir" cuando la frecuencia de la vibracin a ser medida es cercana a ladel sensor. De alta frecuencia natural de un sensor piezoelctrico permite medir con precisin lasfrecuencias muy altas, sin embargo. /sto significa que puede ser utilizado para detectar patrones devibracin inusuales que podran ser causados por defectos en los materiales y componentes.Instrumentacin y sensores HOJA TCNICAS.Instrumentacin y sensores Instrumentacin y sensores Instrumentacin y sensores Instrumentacin y sensores APLICACIN:121)/$A 'A3A #A D/)/00245 D/ '6#171 $/08520711e describe el diseo de un sistema para la deteccin de pulsos mediante un sensor piezoelctrico./l sistema est" conformado por un subsistema analgico para el acondicionamiento de la seal y unsubsistema digital para su procesamiento. 1e +a conseguido detectar los pulsos generados por unpiezoelctricocomoresultadodelasdeformacionesquesufreantelaaplicacindeunesfuerzomec"nico, acondicionar la seal para ser adquirida por una tarjeta de adquisicin de datos y mostrarlos resultados en la computadora.Figura 1.- Panel frontal del programa Puente RLC mostrando la dependencia de la impedancia yla fase con la frecuencia para una de las muestras estudiadas.Instrumentacin y sensores Figura 2.- Circuito acondicionador de la seal.Figura 3.- Respuesta del sensor piezoelctrico. Se detectan los pulsos generados como resultado delas deformaciones mecnicas que sufre cuando se aplica un esfuerzo mecnico.Instrumentacin y sensores SENSOR AUTORESONANTE./l principiodefuncionamientodelossensoresautorresonantessebasaenunfenmenofsicoresonante ofrecen una frecuencia de salida que depende de una magnitud de inters que afecta a lafrecuencia de oscilacin. )odos requieren un frecuencmetro9contador para medir bien lafrecuenciaobienel periododeoscilacin: #aeleccindeunouotromtododependedelaresolucin deseada y del tiempo disponible para la medida. #as estructuras resonantes basadas enmonocristales de silicio se prestan bien a la realizacin de circuitos integrados./n sensores se emplean tanto osciladores armnicos como de relajacin. /n los primeros +ay unaenerga almacenada que cambia de una u otra forma de almacenamiento, por ejemplo de energacinticaenel movimientodeunamasaaenergapotencial enlatensindeunmuelle. /nlossegundos +ay una !nica forma de almacenamiento, y la energa almacenada se disipaperidicamente mediante alg!n mecanismo de puesta a cero.Figura 1. Representacin Esquemtica de Sensores utorresonates.TIPOS DE SENSORES AUTORRESONANTESSENSORES BASADOS EN ONDAS SUPERFICIALES#ossensores1A;basansuprincipiodeoperacinenvelocidaddepropagacindelasondas3ayleig+ en piezoelctrico debido a la presencia de una cantidad sobre la misma. #os dispositivos1A; son estructuras la modificacin de la superficie de un de masa depositada interdigitadas que serealizansobresubstratos piezoelctricos paraquelas ondas ac!sticas superficiales puedansergeneradas mediante una e.citacin elctrica. 1e pueden utilizar como substratos o medio de soporteel 1i y ste no es un material piezoelctrico, por lo que se requiere una capa adicional piezoelctricasobre el silicio para desarrollar los sensores 1A;. 'ara ello pueden utilizarse diferentes materialespiezoelctricos, tales como, 0d1, A25 y en particular el (n7. 'or otra parte el A25 presenta lasventajasdequesusconstantespiezoelctricastienenmuybajadependenciaconlatemperatura&como el cuarzo* y una velocidad de propagacin de las ondas ac!sticas de +asta tres veces superioral cuarzo por lo que se incrementara la sensibilidad de estos dispositivos.1onsensoresqueoperanenfrecuenciasaltas, barrenel rangoentre==$zyaunquepuedenllegar, incluso, +astapocos?ztalesfrecuenciasrequierenunsofisticadodiseoodelInstrumentacin y sensores circuito oscilador. #os transductores interdigitados &2D)* son los que se usan para e.citar y detectaruna onda ac!stica superficial sobre un substrato piezoelctrico.GALGAS ACSTICAS6na galga ac!stica es un dispositivo capaz de resonar a frecuencia de la banda audible &de a+ sunombre*, funciona con un +ilo de reluctancia variable y se utiliza com!nmente para medirdeformaciones, por lo que mide variables como son la fuerza, masa y la longitud. )ambin utiliza elprincipio del mdulo de @oung para +acer estas mediciones.CILINDROS VIBRANTES/s uncilindromet"licoconparedes delgadas &A>um* yune.tremociego, lafrecuenciadeoscilacin depender" de las dimensiones y material del cilindro, y de cualquier masa que vibre consus paredes 6tilizando, igual que antes, un e.citador electromagntico para mantener la oscilacin,sepuedemedirladiferenciadepresinentrelasdoscarasdelcilindro, porqueladiferenciadepresiones entre ambos lados de las paredes produce una tensin mec"nica en stas 1e puede medirladensidaddeungasporqueel gascercadelasparedesvibraal +acerlostas. 'aralquidoscorrosivos es mejor emplear un cilindro de vidrio o cer"mico y el e.citador piezoelctrico, ya quelos electromagnticos no sirven.#a aplicacin m"s e.tendida de este mtodo es, sin embargo, la medida continua de la densidad delquidos, conunadisposicincomolaindicadaenlafigura.0onsisteendosconductoresenparalelo, como por los que fluye el lquido, sujetos por cada e.tremo a una base fija y acoplados alconducto principal, con una junta fle.ible en cada e.tremo.Figura 4. Cilindros !i"rantes.Instrumentacin y sensores HOJA TCNICA.Instrumentacin y sensores Instrumentacin y sensores Instrumentacin y sensores APLICACIN:MICROBALANZA DE CUARTZO#os sensores B0$ &$icrobalanzas de 0uarzos* son construidos con una fina l"mina de cristal decuarzo situado entre dos electrodos, donde la frecuencia de oscilacin del sensor viena dada por elgrueso de la l"mina de cuarzo y el corte del cristal original para obtener la l"mina.Figura1. Sensores #C$./l corteutilizadosenlamicrobalanzadecuarzosonparalelosalosplanosC(o@(, queseconocen, respectivamente, como cortes C o @. /l corte DA)D &E>F de inclinacin con respecto alplanoC(eselm"sutilizadoysefabrica+astafrecuenciasrelativamentealtas, mostrandounae.celente estabilidad de frecuencia frente a las variaciones de la temperatura. Figura 2. Corte de Cristal de Cuarzo.Instrumentacin y sensores /l cristal de cuarzo es un material fr"gil y por tanto es preciso protegerlo con una capsula que sueleir rellena de un gas inerte, por ejemplo, nitrgeno./l circuito elctrico es el responsable de generar un campo elctrico oscilante entre las dos placas,locual provocael comportamientopiezoelctricodelal"minadecuarzo% cuyafrecuenciaderesonancia vara seg!n el tipo de corte y el espesor de la l"mina, en la siguiente figura se muestra lal"mina de cuarzo incluido el circuito elctrico.%igura &'. Lmina de Cuarzo con circuito elctrico.#os sensores B0$ &$icrobalanzas de 0uarzo* poseen una alta impedancia, una forma de medir laseal proveniente de este sensor es empleando un amplificador de carga y la otra es mediante el usode unamplificador electromtrico. Adem"s estos sensores necesitanuncircuitooscilador uncircuito b"sico de los osciladores son los serie y los paralelos.Instrumentacin y sensores SENSOR TIPO VORTICE (VORTEX)/l principiodeoperacindel medidordeflujodevrticetienecomofundamentoel fenmenonatural del esparcimiento de vrtice. 0uando un fluido fluye sobre un cuerpo, las capas limitantesdel fluidoenmovimientom"s lentosedeslizansobrelasuperficiedel cuerpo. 1i stenoes+idrodin"mico, es decir, si es escarpado &por ejemplo un cilindro rectangular, circular o triangular*,las capas lmite a lado y lado del cuerpo no pueden seguir los contornos del mismo y se separangirando en sentidos contrarios, formando una estela de vrtices conocida como la va de vrtice de,on Garman. /stos vrtices se producen alternativamente en dos +ileras que se mueven corrienteabajo, paralela entre s a una velocidad y separacin fijas como se muestra en las figuras < y H.Figura 1Instrumentacin y sensores Figura 2#afrecuenciaf del esparcimientodevrticees el n!merodevrticesproducidosdesdecadasuperficie del cuerpo escarpado por segundo./st" dada porIDondev=N. #aparteinferior del rango de flujo se duplica con el ,orte. 3eductor.VORTEX DOBLE SENSOR (DUAL)1istemas integrados deseguridad&121* O1olucinideal paraaplicaciones dondeserequierenseales de flujo redundantes.$edicin de caudal redundante O /l medidor vorte. doble est" construido de dos medidores vorte.completosI sensor, electrnica y barra generadora vorte.. #os medidores vienen soldados entre s ycalibrados para flujo para proporcionar un solo caudalmetro e.acto con dos medidasindependientes de caudal.Instrumentacin y sensores VORTEX MULTIVARIABLE/l medidor multivariable elimina la necesidadde una entrada e.terna para compensacinenaplicaciones de medicin de vapor saturado. /l sensor de temperatura integral +abilita la opcin demedir temperatura en aplicaciones de flujo masivo para vapor saturado. #a salida es configurablepara -lujo $asivo, -lujo ,olumtrico, o )emperaturaAPLICACIN:MEDICIN DE FLUJO FRACCIONADORInstrumentacin y sensores Instrumentacin y sensores HOJA TCNICA.Instrumentacin y sensores REFERENCIAS +ttpIKKPPP.fisica.u+.cuKbibliotecaKrevcubfisKfilesKArc+ivosKH=