Instrumentacion Indsutrial - Avid Roman Gonzalez

INSTRUMENTACION
ELECTRONICA
MS M.Sc. I Ing. Avid A idR Roman G Gonzalez l
I PROING – ING. ELECTRONICA
2010

Sistema Generalizado de
Medición
Etapa detectora o transductora.
transductora
La etapa intermedia
intermedia. la cuál modifica la
señal ñ l que proviene i d del l t transductor, d t ya sea
por amplificación, filtrado, etc etc.
U Una etapa t fi final l o terminal, t tterminal i l en la l cuál ál se
indica, graba o controla la variable que va a
ser medida medida.

SENSORES

Sensores de Temperatura
Termómetros de dilatación
T T. de de vidrio
T. de bulbo
T. T TT. bimetálicos
bimetálicos
Termómetros sensibles a la resistencia
T. de resistencia metálica
Termistores
Termopares
Métodos sin contacto
Pirómetros ópticos
Pirómetros de radiación total
Pirómetros de dos colores

Termómetro de Vidrio
Indican la Tcomo como diferencia entre el coeficiente
de dilatación del vidrio y del líquido empleado empleado.
L Los más á comunes son: son M MMercurio Mercurio: i ( (-37 37 37º C C,
315 315ºC), ºC),
Mercurio con gas g inerte (N (N2): ( ) (-37 ( 37ºC, ºC, , 510 510ºC), ºC), ),
Precisión 1% del rango rango.
Termómetro de Bulvo
La variación de T produce la expansión o
contracción del fluido lo que deforma el recinto
que lo contiene contiene.
La deformación es apreciada por un muelle
Bourdon y transmitida a un indicador o
transmisor.
R Rango ( (-40ºC 40ºC a+425ºC) 425ºC)
Precisión Precisión: 1%.

Termómetros Bimetálicos
Constan de dos láminas metálicas con diferente
coeficiente de dilatación, unidas sólidamente por
sus extremos extremos.
Muy usados como termostatos
Cuando por efecto de la Tse se dilatan, se deforman
produciéndose prod produciéndose ciéndose un unn desplazamiento.
despla desplazamiento amiento
Rango Rango: 0a 500 500ºC ºC
Precisión Precisión: Precisión Precisión: 1%
Detector de Temperatura de Resistencia (RTD)
Se basa en el principio según el cual la
resistencia de todos los metales depende de la
temperatura
temperatura.
Se necesita un material resistente ala la corrosión
ya ambientes hostiles, comportamiento lineal,
alta lt sensibilidad, ibilid d fá fáciles il d de f fabricar, b i estables estables. t bl
Platino, Níquel o aleaciones aleaciones.

Termistores
NTC ( (Negative Negative Temperature Coefficient)
Coefficient
Semiconductores o cerámicos. Alta sensibilidad.
No lineal.
Rango de T pequeño. Útil para T ambiental. Muy
económicos y pequeños.
Menos precisos.
Termopares
R
t
=
R
0
ε
⎛ 1 1
β ⎜ −
⎝ TS
T
Los termopares se utilizan extensamente, ya que ofrecen una gama de
temperaturas mucho más amplia yuna una construcción más robusta que
otros tipos. tipos
Circula una corriente cuando 2 hilos de metales distintos se unen y se
calienta uno de los extremos extremos.
Señal de salida muy baja baja.
Acondicionamiento de señal
0
⎞
⎟
⎠

Tipos de Termopares
Thermocouple Type Names of Materials Useful (°F ) mV
B
C
E
J
K
N
R
S
T
Platinum30% Rhodium (+)
Platinum 6% Rhodium (-)
W5Re Tungsten 5% Rhenium (+)
W26Re Tungsten 26% Rhenium (-)
Chromel (+)
Constantan (-)
Iron (+)
Constantan ( (-) )
Chromel (+)
Alumel (-)
Nicrosil (+)
Nisil (-)
Platinum 13% Rhodium (+)
Platinum (-)
Platinum 10% Rhodium (+)
Platinum (-)
Copper (+)
Constantan (-)
100 – 3270 0.007-13.499
3000-4200 -
32 – 1800 0 – 75.12
-300 – 1600 -7.52 – 50.05
-300 – 2300 -5.51 – 51.05
1200-2300 -
32 - 2900 0 – 18 18.636 636
32 - 2800 0 – 15.979
-300 – 750 -5.28 – 20.80

Pirómetros de Radiación
Consisten en un sistema óptico que recoge la energía radiada y la
concentra en un detector, el cual genera una señal proporcional ala la T.
La energía radiada por un cuerpo es menor que la correspondiente a su
T, debido a que refleja energía como consecuencia del estado de su
superficie superficie.
Por ello es necesario definir un unn cuerpo c ccuerpo erpo radiador ideal q que e no refleje nada
(emite el máximo de energía por unidad de superficie): superficie) "cuerpo negro" negro".
Sensores de IC
Los sensores de circuitos integrados resuelven el problema de la
linealidad yofrecen ofrecen altos niveles de rendimiento. rendimiento Son bastante precisos
a temperatura ambiente. ambiente
Son dispositivos activos activos, por lo que requieren una fuente de
alimentación
alimentación.

S Sensores Ópticos Ó ti
Célula Fotoconductora
El Fotodiodo
El Fototransistor
otot a s sto
Sensor Sensor CCD

Célula Fotoconductora
El principio consiste en que se aplica un voltaje
sobre un material semiconductor; semiconductor cuando
incide la luz sobre el material
semiconductor se presenta un decremento en
la resistencia, por lo que se produce un
i incremento t en la l corriente corriente. i t σσ = nq nqμμ
Fotodiodo
Es un semiconductor construido con una unión
PN, sensible ala la incidencia de la luz visible o
infrarroja infrarroja.
Para que su funcionamiento sea correcto se
polariza inversamente
inversamente.
I
= I ε
0
(
qV d
KT
)
−
I
0

Fototransistor
Es un transistor sensible ala la luz, normalmente
alos los infrarrojos infrarrojos. La luz incide sobre la región
de base base, generando portadores en ella ella. Esta
carga de base lleva el transistor al estado de
conducción
conducción. El fototransistor es más sensible
que el ell f fotodiodo t di d por el ell efecto f t d de ganancia i
propia del transistor. transistor
I c = ( ββ
+ 1 ) I n
Sensor CCD
(Charge Charge Coupled Device Device). Device Device).
Este sensor es uno de los más comunes y
más utilizados en la imagen digital. digital Su
fabricación es algo compleja compleja.
Es un circuito integrado que contiene un
número determinado de condensadores
enlazados o acoplados

Sensores Electroquímicos
Sensor Sensor Potenciometrico
Potenciometrico
Sensor Sensor Amperimetrico
Amperimetrico
S Sensor Conductimetrico
C d ti t i

Sensor Potenciometrico
Se basa en la medida de los potenciales
eléctricos en materiales o soluciones
para p calcular la concentración de
disoluciones iónicas, consta
básicamente de tres elementos elementos:
dispositivo de medida de potencial,
electrodo de referencia y el electrodo
selectivo a iones a caracterizar
caracterizar.
Sensor Amperimetrico
Están diseñados para medir la corriente generada por una reacción
electroquímica a un voltaje constante. Los electrodos de oxigeno y de
H2O2 son los más utilizados utilizados. Un sistema novedoso consiste en la
utilización de un polímero con propiedades de óxido-reducción; el cual es
co-inmovilizado con anticuerpos específicos.

Sensor Conductimétrico
Miden las alteraciones en la conductividad de una solución avoltaje voltaje
constante causadas por reacciones bioquímicas que
específicamente consumen o producen iones iones. Estos cambios se
miden utilizando electrodos de un metal noble en los cuales se
inmovilizan los elementos bioactivos.
bioactivos

S Sensores de d P Presión ió
Tubo Bourdon
Fuelle
Diafragma
Galgas g
Extensiométricas

Tubo Bourdon
Es un tubo de sección elástica que forma
un anillo casi completo, cerrado por un
extremo extremo. AI aumentar la presión p en el
interior del tubo, éste tiende a
enderezarse y el movimiento es
transmitido a la aguja indicadora, por un
sector dentado yun un piñón piñón.
Diafragma
Consiste en una ovarias varias capsulas circulares conectadas rígidamente
entre si, de forma que al aplicar presión, cada capsula se deforma yla la
suma de los pequeños desplazamientos es amplificada por un juego de
palancas palancas. El material del diafragma es normalmente aleación de níquel níquel.

Galgas Extensiométricas
Es un sensor basado en el efecto
piezoeléctrico
piezoeléctrico. Un esfuerzo que deforma
ala la galga producirá una variación en su
resistencia eléctrica. eléctrica
Fuelle
Es parecido al diafragma compuesto, pero de una sola pieza flexible
axialmente, y puede dilatarse o contraerse con un desplazamiento
considerable considerable. Hay que señalar que los elementos de fuelle se caracterizan
por su larga duración, demostrada en ensayos en los que han soportado
sin deformación alguna millones de ciclos de flexión. El material empleado
para el fuelle es usualmente bronce fosforoso fosforoso.

ACONDICIONAMIENTO
DE DE LA LA SEÑAL

La señal eléctrica proveniente de los sensores
normalmente necesita de un proceso de Acondicionamiento
(amplificación, filtrado, linealización, aislamiento, etc etc.) para
poder ser tratada o presentada
presentada.

Cambios en niveles de señal
Amplificación
Amplificación.
Atenuación.
Eliminación de offset
Linealización.
Interface digital
Multiplexores
Multiplexores.
Muestreo y mantenimiento.
Conversión A/D.
Conversión D/A.
Filtrado y ajuste de impedancia. Conversiones de señales
Conversión corriente corriente / presión presión.
Puente de Wheatstone
Transmisión de señal
Conversión tensión / corriente.
Conversión corriente / tensión.
Conversión tensión tensión / frecuencia frecuencia.
Modulación.

ACTUADORES

Eléctricos
Relés
Solenoides
Motores CC
Motores AC
Motores paso a paso
Hidráulicos o neumáticos
Válvulas Válvulas neumáticas
neumáticas
Válvulas de solenoide
Cilindros y válvulas piloto
Motores