sistemas de sensores y actuadores

7/24/2019 Sistemas de Sensores y Actuadores

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1.2.4. Sensor de Proximidad Magnticos.

Estos sensores de proximidad, reaccionan ante los campos magnticosde imanes permanentes y de electroimanes.

En el caso de un sensor reed, las lminas de contactos estn hechasde material ferromagnticos ( Fe-Ni aleado) y estn sellados dentro deun pequeo tu!o de "idrio.El tu!o se llena con un gas inerte, com#nmente nitr$geno.

%ensor magntico de proximidad reed.

%i se acerca un campo magntico al sensor de proximidad, laslminas se unen por magnetismo y se produce un contacto elctrico.

&os sensores de proximidad reed a menudo poseen un diodo emisorde lu' incorporado, para indicar su estado. &a figura ilustra lasconexiones internas y externas. &os diodos emisores de lu', unto con


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la resistencia en serie, asumen la funci$n de un circuito de protecci$npara una carga inducti"a.

Esquema de un sensor de proximidad reed

con diodos emisor de lu' ( &E).

*+ *esistencia de rotecci$n, *& + *esistencia de arga.&, &/+ iodos emisores de lu'.

uando se despla'a un imn permanente ante un sensor deproximidad reed, son posi!les diferentes acciones. El rango deconmutaci$n depende de la orientaci$n del ee polar del imn.

aracter0sticas de la respuesta de un sensor de proximidad reed.

uando se utili'an sensores de proximidad reed, es importanteasegurarse de que no haya interferencias cerca del sensor, cuyo campomagntico exceda de 1,2 m3 ( 3+3esla). %i este fuera el caso, elsensor de!er0a aislarse.

%i se montan "arios cilindros neumticos son sensores de proximidad,

se requiere una distancia m0nima de 21 mm entre los sensores deproximidad y las paredes externas de los cilindros adyacentes. %i se


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reduce esta distancia, puede producirse puntos de conmutaci$n nodeseados.

on sensores reed, de!e reducirse al mximo fluo de corriente. e locontrario esto puede pro"ocar un arco de descarga durante laconexi$n o la desconexi$n y ello ocasionar que se queman laslaminas de contacto. 4na resistencia en serie hace de limitadora decorriente y prolonga la "ida de los contactos.

uando se interrumpen cargas inducti"as, se crea un ele"ado punto detensi$n en el momento de la desconexi$n. or esta ra'$n de!epre"erse un circuito de protecci$n para el sensor de proximidad, a noser que ya lle"e uno incorporado.

El circuito de protecci$n puede ser tanto un elemento * adecuado,como un diodo o un "aristor. &os "alores elctricos de estoscomponentes dependen de la potencia del elemento que acti"a elcontacto ( por eemplo un rel o un contactor).

%i se acti"a un rel o un contactor, es esencial que se respeten losdatos tcnicos del interruptor y del rel o del contactor.

&a potencia de llamada de un rel o de un contactor es "arias "ecesmayor ( de 5 a 1 "eces) que la potencia de mantenimiento. or ello esimportante utili'ar la potencia de llamada como "alor de referenciaprincipal.

ircuito de protecci$n para contactos reed.


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onde 6 *& + resistencia de carga. & + 7nductancia de carga. * + *esistencia de protecci$n. + ondensador de protecci$n. + iodo o "aristor de protecci$n.

Eemplo de aplicaci$n.

ilindro neumtico con sensores de proximidad magnticos.

&a aplicaci$n ms ampliamente conocida y utili'ada es la de detectorde posici$n en cilindros. &os sensores de proximidad se utili'an para ladetecci$n de las posiciones finales, aprox. 8 unos 1 mm del final de lacarrera.

on la utili'aci$n de sensores de proximidad magnticos puedensol"entarse muchos otros pro!lemas de detecci$n si tan solo al o!etoa detectar se le aplica un imn, por eemplo6

9edici$n de la "elocidad de rotaci$n de pie'as de cualquiermaterial.

etecci$n selecti"a de pie'as indi"iduales de series similares.

%istemas de codificaci$n por despla'amiento incremental.

ispositi"os de conteo.

7nterruptores de puertas.

osicionamiento de material.

rincipio de funcionamiento de los sensores de proximidad magnticos para ladetecci$n de las posiciones de un cilindro

( +: imn permanente en el m!olo del cilindro)

a) el sensor de proximidad est sin acti"ar; los contactos estna!iertos.


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!) uando se aproxima un campo magntico, los contactos se cierran.

&a ta!la muestra algunos de los datos tcnicos ms importantesrelacionados con los contactos de estos sensores de proximidad.


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aracter0sticas tcnicas de los sensores de proximidad reed.


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1.2.5. Potencimetros Lineales.

&os potenci$metros son unas resistencias especiales que estn formadas poruna parte fia con la resistencia y una m$"il en contacto con la misma que, aldespla'arse, hace "ariar la resistencia entre las tomas. En otras pala!ras unpotencimetro es un resistor al que se le puede "ariar el "alor de suresistencia. e esta manera, indirectamente, se puede controlar la intensidadde corrienteque hay por una l0nea si se conecta en paralelo, o la diferencia depotencialde hacerlo en serie.

onsiguen "ariar la resistencia que ofrecen en funci$n de un mayor o menorgiro manual de su parte m$"il. %uelen disponer de unos mandos giratorios que

facilitan la operaci$n, o !ien unas muescas para introducir un destornilladoradecuado.

Normalmente, los potenci$metros se utili'an en circuitos con poca corriente,para potenciar la corriente, pues no disipan apenas potencia, en cam!io en losreostatos, que son de mayor tamao, circula ms corriente y disipan mspotencia.
http://es.wikipedia.org/wiki/Resistorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Diferencia_de_potencialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Diferencia_de_potencialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Reostatohttp://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Intensidad_de_corriente_el%C3%A9ctricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Diferencia_de_potencialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Diferencia_de_potencialhttp://es.wikipedia.org/wiki/Reostatohttp://es.wikipedia.org/wiki/Resistor


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%e designan por su "alor mximo, y al lado de ste las siglas &7N (lineal), &(?)6


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Potencimetros lineales. &a resistencia es proporcional al ngulo degiro.

Logartmicos. &a resistencia depende logar0tmicamente del ngulo de

giro. Sinusoidales. &a resistencia es proporcional al seno del ngulo de giro.

os potenci$metros sinusoidales solidarios y girados @1A proporcionanel seno y el coseno del ngulo de giro. ueden tener topes de fin decarrera o no.

Antilogartmicos...

En los potenci$metros impresos la ley de resistencia se consigue "ariando laanchura de la pista resisti"a, mientras que en los !o!inados se austa la cur"aa tramos, con hilos de distinto grosor.

Potencimetros multiuelta. ara un auste fino de la resistencia existenpotenci$metros multi"uelta, en los que el cursor "a unido a un tornillodesmultiplicador, de modo que para completar el recorrido necesita "arias"ueltas del $rgano de mando.


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!ipos de potencimetros de mando.

Potencimetros rotatorios. %e controlan girando su ee. %on los msha!ituales pues son de larga duraci$n y ocupan poco espacio.

Potencimetros desli"antes. &a pista resisti"a es recta, de modo queel recorrido del cursor tam!in lo es. Ban estado de moda hace unosaos y se usa, so!re todo, en ecuali'adores grficos, pues la posici$nde sus cursores representa la respuesta del ecuali'ador. %on msfrgiles que los rotatorios y ocupan ms espacio. 8dems suelen serms sensi!les al pol"o.

Potencimetros m#ltiples. %on "arios potenci$metros con sus eescoaxiales, de modo que ocupan muy poco espacio. %e utili'a!an eninstrumentaci$n, autorradios, etc.


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$lasi%icacin de los Potencimetros.


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8 continuaci$n aparece una ta!la con los "alores normali'ados que existen,unto con el marcae que suelen lle"ar los potenci$metros serigrafiado otroquelado en su encapsulado6

El principal incon"eniente del potenci$metro es su dependencia de unaalimentaci$n muy esta!le para o!tener la medida, ya que esta serdirectamente proporcional a la tensi$n suministrada por la fuente. Este defectopuede corregirse si se reali'a la medici$n de la relaci$n existente entre latensi$n de alimentaci$n y la salida proporcionada por el transductor. %iendo ClDla longitud o C C la posici$n angular en la que se sit#a el potenci$metro, y C l tD oCtD la mxima longitud o posici$n angular del potenci$metro respecti"amente,se cumple6


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Potencimetros digitales.

%e llama potenci$metro digital a un circuito integrado cuyo funcionamientosimula el de un potenci$metro. %e componen de un di"isor resisti"ode nresistencias, con sus n puntos intermedios conectados a un multiplexoranal$gico que selecciona la salida. %e manean a tra"s de una interfa' serie(&2$, Micro'ire, o similar). %uelen tener una tolerancia en torno al /1G y a estohay que aadirle la resistencia de!ida a los sHitches internos, conocida como*Hiper. &os "alores mas comunes son de 1I y 11I aunque "aria en funci$ndel fa!ricante con J/, 2K, /5, L/ y 1/K posiciones en escala logar0tmica olineal.
http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integradohttp://es.wikipedia.org/wiki/Divisor_de_tensi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Multiplexorhttp://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integradohttp://es.wikipedia.org/wiki/Divisor_de_tensi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Multiplexor


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1.2.(. Sensores de Posicin )lectromec*nicos.

./.2. 7nterruptores electromecnicos

4n interruptor electromecnico de l0mite de carrera t0pico, consiste en uncuerpo y una ca!e'a de operaci$n. El cuerpo del interruptor incluye contactoselctricos para energi'ar y para desenergi'ar un circuito. &a ca!e'a deoperaci$n incorpora un cierto tipo de !ra'o, palanca o pulsador, designadocomo un actuador. El sensor de l0mite de carrera estndar es un dispositi"omecnico que utili'a el contacto f0sico para detectar la presencia de un o!eto(3arget). uando el o!eto entra en contacto con el actuador, el actuador segira de su posici$n normal a la posici$n de funcionamiento. Esta operaci$nmecnica acti"a contactos elctricos dentro del cuerpo del interruptor.

Principio de +peracin.

Marios trminos se de!en entender para comprender c$mo funciona uninterruptor de l0mite de carrera electromecnico.

&a posici$n li!re ( free position) es la posici$n del actuador cuando no hayfuer'a externa aplicada.

Pretravel es la distancia o el ngulo de "iae en mo"imiento del actuadordesde la posici$n li!re a la posici$n de operaci$n.

&a posici$n de operaci$n ( operating position) es donde los contactos en elinterruptor de l0mite de carrera cam!ian de su estado normal (N


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&a posici$n de desconexi$n ( release position) es donde los contactoscam!ian de su estado de operaci$n a su estado normal.

El recorrido de desconexi$n ( release travel) es la distancia recorrida desde laposici$n de desconexi$n a la posici$n li!re.

&a operaci$n del actuador es momentnea. uando el o!eto entra en contactocon el actuador, gira el actuador de la posici$n li!re, hasta la posici$n defuncionamiento. En este punto los contactos elctricos en el cuerpo delinterruptor cam!ian de estado. 4n resorte "uel"e la palanca del actuador y loscontactos elctricos a su posici$n li!re cuando el actuador no est en contactocon el o!eto.

En muchas aplicaciones es desea!le hacer que la palanca actuadora y loscontactos elctricos permane'can en su estado funcionado despus de que elactuador no est en contacto con la o!eto. Esto se referido como operaci$n


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mantenida. on la operaci$n mantenida la palanca y los contactos de actuador"uel"en a su posici$n li!re cuando una fuer'a se aplica al actuador en ladirecci$n opuesta. 4n actuador de tipo forOstyle ( estilo de !ifurcaci$n) se

utili'a t0picamente para esta aplicaci$n

Bay dos tipos de contactos, pulsador por presi$n (snapaction) y pulsador lento(sloH!reaO). El pulsador por presi$n se a!re o se cierra por una acci$n rpidasin importar la "elocidad del actuador. uando la fuer'a se aplica al actuadoren la direcci$n del recorrido, la presi$n se acumula en el resorte rpido.

uando el actuador alcan'a la posici$n de funcionamiento del recorrido, unsistema de contactos mo"i!les acelera de su posici$n normal hacia un sistemade contactos fios (salta como un diafragma de una posici$n a la otra).

uando se quita la fuer'a, el actuador "uel"e a su posici$n li!re. uando elactuador alcan'a la posici$n de desconexi$n,el mecanismo del resorte acelerael contacto mo"i!le y lo de"uel"e a su posici$n original. uesto que la a!erturao el cerrado de los contactos no es dependiente de la "elocidad del actuador,los pulsadores por presi$n son adecuados para aplicaciones con actuadores de!aa "elocidad. Este tipo de pulsadores es el ms com#n en la industria.


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&os pulsadores lentos tienen contactos mo"i!les que se mue"en a la misma

"elocidad del actuador. Pstos pueden ser del tipo a!rir-antes-de-hacer (break-before-make) o hacer-antes-de-a!rir (make-before-break). En los pulsadoresa!rir-antes-de-hacer, el contacto normalmente cerrado se a!re antes que elcontacto normalmente a!ierto se cierre. Esto permite la interrupci$n de unafunci$n antes de continuar con la otra. En los pusadores hacer-antes-de-a!rir,el contacto normalmente a!ierto se cierra antes que el contacto normalmentecerrado se a!ra. Esto permite la iniciaci$n de una funci$n antes de lainterrupci$n de otra funci$n.


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Existen dos tipos !sicos de configuraciones de contactos usados en

interruptores de l0mite, single-pole, double-throw (SPDT) y double-pole,double-throw (DPDT). Esta terminolog0a puede que sea confusa si secompara con otra tecnolog0a similar de interruptores o relays, as0 que esmeor simplemente recordar los siguientes puntos6 el contacto %3consiste de un contacto normalmente a!ierto y un contacto normalmentecerrado, y el contacto 3 consiste de dos contactos normalmentea!iertos y dos contactos normalmente cerrados.


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1.2.- Sensores de Proximidad eum*ticos /re%, Pneumatic 0andoo3t )d.3 Anton6 7arer8

El sensor neumtico ms com#n es el Cet interrumpi!leD, cuyo principio semuestra en la figura de a!ao.

&a fuente de aire y el receptor de aire son alineados coaxialmente y separadospor un espacio "ac0o. &a intrusi$n de cualquier o!eto s$lido en el espaciointerrumpir eljety causar que la presi$n en el receptor caiga a la presi$natmosfrica. Este cam!io de presi$n se utili'a para operar un elemento tiposwitch que -a su "e'- controla un circuito apropiado (e.g., un contador). Elelemento switch es generalmente un transductor que pro"ee una seal desalida elctrica.

Este tipo de sensores tiene la "entaa de flexi!ilidad en el tamao del gap,puede cam!iar su estado rpidamente y por ende ser utili'ado como contador,y no es sensi!le a la forma y textura de los o!etos. %u principal des"entaa esque aire de la atm$sfera se mete al receptor el cual, de ser contaminado,podr0a interferir con laperformance.

Esta limitaci$n puede ser superada mediante la ligera aplicaci$n de presi$n enel receptor en la direcci$n contraria a la en"iada por el transmisor (fig. anterior).El principal et incide en el secundario aplicando una presi$n de "uelta queincrementa la presi$n en el receptor. 4n o!eto interfiriendo el et principal corta

la presi$n de "uelta, y la presi$n en el receptor caer de "uelta a su ni"el


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normal. Qao am!as condiciones, ha!r siempre un fluo de aire saliendo delreceptor, lo cual e"itar la entrada de aire desde la atm$sfera.

1.2. Sensores de 9uer"a.

&os sensores de fuer'a, como su nom!re lo dice, miden una magnitud de unafuer'a que se eerce so!re una galga extensiomtrica produciendo un cam!ioen la resistencia de sta. 3ra!aan !ao el principio del efecto pie'orresisti"o.

)%ecto pie"orresistio

&a pie"orresistiidad es la propiedad de algunos materiales conductores ysemiconductores, cuya resistencia cam!ia cuando se los somete a un esfuer'omecnico (tracci$no compresi$n) que los deforma. icho cam!io es de!ido ala "ariaci$n de la distancia inter-at$mica (en el caso de los metales) y a la"ariaci$n de la concentraci$n de portadores (en el caso de lossemiconductores). &a resistencia de los materiales pie'orresisti"os depende dela temperatura.

7magen6 galga extensiomtrica.
http://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Conductores&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductoreshttp://es.wikipedia.org/wiki/Tracci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Esfuerzo_de_compresi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Metaleshttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductoreshttp://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Conductores&action=edit&redlink=1http://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductoreshttp://es.wikipedia.org/wiki/Tracci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Esfuerzo_de_compresi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Metaleshttp://es.wikipedia.org/wiki/Semiconductores


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Este efecto se !asa en la "ariaci$n de la resistencia de un conductor o semi-conductor cuando es sometido a un esfuer'o mecnico.

onde * + resistencia, p + resisti"idad, & + longitud, y 8 + rea. Expresando la

"ariaci$n de la resistencia (*) de forma relati"a6

or teor0a de la elasticidad y de resistencia de materiales sa!emos6


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%a!emos por la ley de BooOe, que la deformaci$n unitaria en un

s$lido sometido a esfuer'o, es =dL

L

%i el rea del cuerpo es A=D

2

4, deri"ando se o!tiene que;

dA=24DdD

dA

A=2

dD

D

Expresando el coeficiente de oisson, como =dD /DdL/L

, implica que

podemos escri!ir la expresi$n anterior, como6

dAA=2dL

L

&uego

dR

R=

d

+dL

L

dA

A=(1+2 )

dL

L+d

El parmetro que define la sensi!ilidad de una galga se conoce como factor degalga GF (), y es definido como el cociente entre el cam!io fraccional de laresistencia elctrica y la deformaci$n .

K=dR /R

=

dR /RdL /L

=(1+2 )+d /dL/L

%a!emos que el "olumen del s$lido se determina como V=D

2

4L , y

particularmente para un elemento metlico se cumple que6

d

=C

dV

V

donde 6 se conoce como constante de Qridgman.


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eri"ando la expresi$n del "olumen, tenemos que6

dV=2

4LDdD+

4D2dL

dV

V=2

dD

D+dL

L=2

dL

L+dL

L=(12 )

dL

L

*eempla'ando, en la expresi$n anterior6

d

=C

dV

V =C(12 )

dL

L

d/dL/L

=C(12 )

*eempla'ando en la expresi$n del factor de galga, se o!tiene lasiguiente expresi$n6

K=dR /R

=dR /R

dL /L

=(1+2 )+d /

dL/L

=1+2+C(12 )

%ustituyendo se tiene que la resistencia, de!ido a la deformaci$n dels$lido, se puede determinar como6

R=RO(1+K )

onde *


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que la secci$n de los tramos trans"ersales es mucho mayor a fin de que lasensi!ilidad a la deformaci$n en esta direcci$n sea mucho menor.


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;alor de la


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En 5KJ, el f0sico ingles harles Sheatstone menciono los cam!ios deresistencia en los hilos tirantes, en una pu!licaci$n so!re circuito en

puente. En 5L2 , Silliam 3homson, estudio el efecto pie'orresisti"o ydetermino sus interrelaciones con la ayuda del circuito de puente deSheatstone.

$adena de medicin,

&os sensores solos, no constituyen un medio de adquisici$n de datos demedici$n. En necesario que este forme parte de una cadena medici$n, queincluyen6

. acoplamiento del sensor al proceso./. el sensor.J. el circuito de ele"aci$n de la seal (puente de Sheatstone).K. la alimentaci$n de la energ0a.L. el registro de la seal.

&os extens$metros son pasi"os ya que no son capaces de proporcionar unaseal elctrica. &a con"ersi$n del cam!io en la resistencia en un extens$metro,a una seal de "oltae se logra con la ayuda del puente de medida de

Sheatstone.

onfiguraci$n de un uente de Sheatstone.

El puente de medida de Sheatstone consiste en dos di"isores para la tensi$nde entrada M, consistente en las resistencias *y *K, as0 como */y *J.

&a tensi$n de salida M1se mide entre los puntos opuestos ( *T*K) y (*/T*J).

V0

= R

1

(R1+R4)V

1

R

2

(R2+R3 )V

1


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V0

V1

= (R

1R

3R

2R

4)

(R1+R

4

)(R2+R

3

)

El puente est equili!rado (M1+1), si * y *Kson iguales a */y *J

Es decir, R1R3R2R4=0 . El puente esta equili!rado con precisi$n si todaslas resistencias son del mismo tamao.

ependiendo del tipo y compleidad de la medici$n que se este efectuando, laconfiguraci$n del puente de Sheatstone puede cam!iar a6

4n cuarto de puente, donde solamente una resistencia es un sensor.

4n semi puente , donde dos resistencias son sensores y,

4n puente completo, donde las cuatros resistencias son sensores.

%a!emos quedR

R=K , tra!aando la expresi$n anterior y despreciando

los trminos de orden superior, despus de la con"ersi$n se o!tiene losiguiente.

V0

V1

=1

4 ( dR1R1

dR2

R2

+dR3

R3

dR4

R4)

>n $uarto de Puente.

En un circuito de cuarto de puente, el extens$metro act#a como * , el restode las resistencias son fias, es decir, d*/+ d*J + d*K + 1.

&a ecuaci$n anterior queda6


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V0

V1

=1

4

(

dR1

R1

)=1

4(K

1)=K1

4

>n Semi Puente.

En un circuito como semi puente con * y */ como extens$metros,

&a ecuaci$n queda6

V0

V1=1

4

(dR1

R1dR2

R2

)=1

4(K1K 2)=

K

4( 12)

Esto esta !asado en el supuesto que am!os extens$metros tiene elmismo factor I, es decir, son idnticos.

>n Puente $ompleto.

En esta configuraci$n los extens$metros reempla'an a las cuatro resistencias,logrndose una mayor sensi!ilidad del puente, siendo el "oltae de salida

cuatro "eces el de una configuraci$n de un cuarto de puente.

Esta configuraci$n se usa cuando el punto donde se efect#a la medici$nest retirado de los instrumentos y tam!in cuando las condicionesam!ientales son sumamente cam!iantes.


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&a expresi$n, considerando que las galgas son idnticas, queda expresadacomo6

V0

V1

=14 (

dR1

R1

dR2R

2

+ dR3R

3

dR4R

4)=K4

( 12+34 )

e la ecuaci$n puede deducirse la siguiente regla importante6

Los cambios de valor de dos extensmetros adyacentes en el circuito enpuente se restan.

Los cambios de valor de dos extensmetros opuestos en el circuito enpuente se suman.

8 partir de esto, es posi!le deri"ar formas de aumentar la seal de saliday de suprimir seales de interferencia.

$ompensacin de los e%ectos de inter%erencias.

&a seal medida en un extens$metro no tan s$lo est !asada en ladeformaci$n del elemento elstico. El resultado se "e influido por otrosfactores f0sicos tales como la temperatura, humedad, presi$n am!iental,campos magnticos o radiaciones nucleares.

4n caso t0pico de interferencia es el cam!io de temperatura. %upongamos queel cam!io de temperatura produce una expansi$n trmica "olumtrica y que


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ello causa una expansi$n R3 en el sentido de la medici$n. Esto se superpone ala deformaci$n mecnica R9 .

=M+T

R

R =k(

M+

T)

Normalmente para reali'ar mediciones li!res de interferencias se utili'an dosextens$metros, como se muestra en la figura siguiente6

Estos estn situados en el elstico de forma que am!os estn suetos aidnticas deformaci$n, pero en sentidos opuestos.

M1

=M2=

M

%in em!argo, en lo referente a proximidad, am!os extens$metros estn suetosa los mismos efectos de la temperatura, por lo que6

T1=

T2=

T

&os dos extens$metros estn conectados en ramas adyacentes de unsemi puente. &uego la seal efecti"a es igual a6

V0

V1

=K

4( 12)

V0

V1

=K

4((M1+T1)( M2+T2))


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VO

V1

=k

2M

El resultado muestra que la seal efecti"a de!ido a la deformaci$nmecnica ha sido do!lada, mientras que la seal de interferencia de!idaal cam!io de temperatura ha sido eliminada.

&a compensaci$n de los efectos de las interferencias requiere situarcuidadosamente los extens$metros en el elemento elstico.

omo la distancia entre el extens$metro y las tres otras resistencias del cuartode puente puede ser su!stancial, la resistencia del ca!le (*Hire y *Hire/ en

la figura siguiente) tiene un impacto significante en la operaci$n del circuito.

No s$lo se mide la resistencia del extens$metro (*gauge) sino que laresistencia del ca!le (*Hire y *Hire/) se adicionan por estar conectadas enserie con el sensor en la parte inferior del puente. Esto por supuesto quepro"ee lecturas err$neas. 8unque este efecto no puede eliminarsecompletamente en esta configuraci$n, lo podemos minimi'ar con la adici$n deun tercer ca!le (*HireJ) que conecte el lado derecho del "olt0metrodirectamente a conector superior del extens$metro (Fig. siguiente).


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omo la resistencia interna del "olt0metro es sumamente alta, el ca!leadicionado no ro!a prcticamente nada de corriente y -por ende- no ha!rca0da de "oltage en *HireJ.

Aplicaciones de los extensmetros.

Principales Aplicaciones,

%ituaciones que requieren la medida de esfuer'os y deformaciones, enestructuras tales como a"iones, "agones de tren, puentes, gr#as,hormig$n armado, autom$"iles, edificios, etc.

9iden deformaci$n, presi$n , peso, fuer'a (clulas de carga-/1Ig-K113n).

%ensores tctiles en ro!ots. 9edida de grandes "ariaciones en estructuras !iol$gicas. UoysticOs J. 9edida de despla'amiento (con regleta, con interferometr0a). 9uy utili'adas en sensores para la monitori'aci$n, y en sistemas de

control, donde constituyen la parte acti"a de un transductor.


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1.2.? Sensores de Presin.

&a presi$n es una condici$n de esfuer'o dentro de un gas o de un fluido, quese demuestra por el efecto dinmico en la superficie del contenedor que lorodea. &a presi$n dentro de los o!etos s$lidos, aunque tiene el mismo "alorf0sico, se conoce como carga.

ependiendo de la aplicaci$n, se utili'an sensores de presi$n con seales desalida !inaria (digital) o con seales de salida anal$gica, para la medici$n de lapresi$n. &os primeros se conocen como interruptores de presi$n o presostatos.ara los sensores anal$gicos de presi$n se ha aceptado el termino a!re"iadode Csensor de presi$nD. &os sensores de presi$n se di"iden en sensores depresi$n a!soluta, sensores de presi$n relati"a y sensores de presi$n

diferencial, dependiendo del sistema de medida in"olucrado.

Sensor de presi!n absoluta"

&os sensores de presi$n a!soluta, miden la presi$n a!soluta del medio; elpunto de referencia es el "ac0o (+1). El sensor de presi$n a!soluta tiene unacmara de "ac0o. 4na de las paredes de la cmara posee un fino diafragmaque se distorsiona !ao la presi$n del medio a medir.

&a cmara de "ac0o no puede contener un "ac0o a!soluto. En la prctica, lacmara se "ac0a hasta aproximadamente 1,a., que corresponde

aproximadamente a una millonsima parte de la presi$n atmosfrica.

Estos sensores no son adecuados para "ac0o, donde la presi$n a!solutaes compara!le a la presi$n residual en la cmara de "ac0o. En estoscasos se utili'an mtodos diferentes de medici$n como, medici$n de laconducti"idad trmica o la ioni'aci$n del gas residual.

Sensor de presi!n relativa"

&os sensores de presi$n relati"a miden la presi$n diferencial en relaci$ncon la presi$n am!iental, que se designa como am!. &a presi$nam!iental atmosfrica, en sistemas a!iertos no es constante y dependede las condiciones geogrfica y meteorol$gicas. %in em!argo paramuchas condiciones de funcionamiento, la relaci$n con la presi$nam!iental es importante. &os sensores de presi$n relati"a puedenadems di"idirse en sensores de presi$n positi"a ( para presionesdiferenciales positi"as) y sensores de "ac0o (para presiones diferencialesnegati"as). &a cmara de "ac0o de los sensores de presi$n relati"acontiene una salida a la atm$sfera.

&os sensores de presi!n diferencial no difieren de los sensores depresi$n relati"a en cuando al principio de medici$n.


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a) &nterruptor de Presin de =ia%ragma.

on este tipo de interruptor de presi$n, el diafragma en el contenedorde presi$n flexiona !ao el efecto del medio a medir o un fuellecerrado metlico se reduce contra la fuer'a de un resorte. Elmo"imiento resultante se transmite a un interruptor. El punto deconexi$n se fia austando la tensi$n del resorte con la ayuda de untornillo de auste.

#nterruptor de Presi!n $ec%nico"

El interruptor puede estar construido en forma de un microinterruptorcon"encional o de un contacto reed hermticamente sellado. En este#ltimo caso, la acci$n de conmutaci$n se efect#a sin contacto f0sicopor el campo magntico de un imn permanente.Este contacto est situado dentro de un pequeo tu!o de "idrioque contiene un gas de protecci$n para e"itar la formaci$n dechispas durante la conmutaci$n.

&os interruptores tienen la "entaa de que pueden interrumpirdirectamente una corriente alterna. %in em!argo, una des"entaa esque cuando se unen los contactos, re!otan entre si "arias "ecesantes de que se unan definiti"amente. Este llamado re!ote de

contactos crea "arios pulsos en un lapso de milisegundos que de!ensuprimirse en el sistema de procesamiento electr$nico posterior.

#nterruptor de presi!n neu&%tico-electr!nico"

3am!in son comunes los interruptores de presi$n electr$nicos, quefuncionan sin re!otes y producen un cam!io discreto en la seal. %inem!argo, a menudo solo pueden tra!aar con corriente continua en unmargen especificado. 3am!in se disponen de "ersiones con interruptoreselectr$nicos de 8 o interruptores de corriente uni"ersal.

En un sensor electro-neumtico, un sensor inducti"o de proximidadreacciona al mo"imiento de la !ase del fuelle metlico. &a longitud del fuelledepende de la presi$n diferencial entre las conexiones y /, as0 como lafuer'a del resorte.

En los interruptores electr$nicos de presi$n, pueden utili'arse sensoreselectr$nicos de proximidad del tipo inducti"o o capaciti"os. Estos miden ladistancia al diafragma y con ello su flexi$n !ao los efectos de la presi$n.


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8 Sensores de Presin con )xtensmetros.

En el caso de sensores de presi$n anal$gicos, la cur"atura deldiafragma se e"al#a con una funci$n de la presi$n. e forma similara los sensores de fuer'a, la deformaci$n es registrada a tra"s deextens$metros. or norma, se montan cuatro extens$metros,conectados en puente completo, en el diafragma de acero. &a formadel extens$metro corresponde a la cur"atura del diafragma paraconseguir una relaci$n lineal entre la seal y la presi$n. En losmodernos sistemas de producci$n, los extens$metros se montandirectamente so!re el diafragma en un proceso laminar.

c8 Sensores de Presin Monolticos.

&os sensores de presi$n monol0ticos estn construidos completamente apartir de un cristal de silicio. El diafragma consiste en un material de !aseque est ligeramente gra!ado en un punto adecuado. &as pistas deresistencias de los extens$metros estn u!icadas en el diafragma. 7nclusopueden integrarse un amplificador de medida dentro del cristal de silicio.

&os sensores de presi$n monol0ticos pueden existir en tamaos muypequeos. &a 'ona del cristal de silicio, por eemplo, es tan s$lo de/,Lx/,Lmm/, y el diafragma de silicio tiene un grosor de 1,1K mm, pararango de medida de hasta 1ma y de 1,Lmm, para rangos de medida dehasta 119a.

&a construcci$n de todos los extens$metros y posi!lemente de lasresistencias de compensaci$n en un solo cristal, produce un influenciatrmica igual, eliminndose as0 la deri"a trmica y la histresis. Elsilicio tiene la "entaa de que permanece en la !anda proporcionalprcticamente hasta su punto de ruptura; no tiene una histresis

medi!le y tiene una gran dure'a

d8 Sensores de Presin Pie"oelctricos.

on los sensores pie'oelctricos, la presi$n que act#a en la superficiefrontal trasmite la fuer'a a un cristal de cuar'o pie'oelctrico situadointernamente. or el principio de medici$n del efecto pie'oelctrico, lossensores de presi$n pie'oelctricos son especialmente adecuadospara la medici$n de presi$n dependientes del tiempo, e incluso al'asde presi$n. &os sensores de presi$n pie'oelctricos pueden medir

presiones extremadamente ele"adas de hasta 1 9Qar ( igual a 1119a), y pueden utili'arse en una amplia "ariedad de temperaturas.


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&as presiones en la inyecci$n de plsticos con temperaturas de hastaK11 VI, por eemplo, pueden medirse por medio de sensorespie'oelctricos.

e8 Sensores de Presin &ndirectos.

&a medici$n indirecta de la presi$n se utili'a en los casos en donde,de!ido a la agresi"idad del medio o a las inadecuadas condiciones defuncionamiento, tales como una excesi"a temperatura, la aplicaci$ndirecta de sensores de presi$n no es "ia!le. 3am!in, si un dispositi"oque se halla en un espacio restringido de!e equiparse con unsensor de presi$n, a menudo la #nica soluci$n es la utili'aci$n de un

sensor de presi$n indirecto.

En los sensores de presi$n indirectos se inserta un pasadorredondo en la lateral de un dep$sito de presi$n y se sella de formatal que no haya fugas pero que sin em!argo pueda mo"ersefcilmente en sentido longitudinal. &a presi$n en el dep$sito eerceuna presi$n so!re el pasador, que puede calcularse en relaci$n conla superficie interior del cilindro. El pasador act#a so!re el sensor defuer'a a una distancia segura del medio, y genera la seal elctricarequerida. El modo de funcionamiento de un sensor de presi$n

indirecto es por lo tanto, similar al de un cilindro neumtico ohidrulico.

4na des"entaa con los sensores de presi$n indirectos es la prdidapor fricci$n en el pasador. Esto conduce a un distorsi$n del datomedido, el cual tiene que ser corregido generalmente !asndose endatos emp0ricos.

sistemas de sensores y actuadores

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