1 SENSORES Y TRANSDUCTORES Sistemas electrónicos de medida
y regulación Sensores y transductores Sensores de
posición, distancia y desplazamiento Sensores de
temperatura Sensores de velocidad Sensores de presión
Sensores de proximidad Reguladores Preaccionadores y actuadores
Distintas tecnologías
2 Sensores y transductores Sistemas electrónicos de medida
y regulación: (Gp:) Entradas (Gp:) Salidas (Gp:) Variables
de perturbación (Gp:) Variables de estado (Gp:) SISTEMA
Sistema: conjunto formado por una serie de elementos para
realizar una función dada. Variable de entrada: son
señales que llegan al sistema desde el exterior. Pueden
ser variables o fijas Variable de salida: es la respuesta del
sistema. Variables de perturbación: Son señales no
deseadas y hay que tratar de minimizar sus efectos. Variables de
estado: son el conjunto mínimo de variables del sistema
capaces de definir de manera única al sistema, en el
sentido que permita conocer la variable de salida para cualquier
variable de entrada.
3 Sensores y transductores Sistemas electrónicos de medida
y regulación: Ejemplo: Si se desea posicionar una antena
mediante un mando eléctrico, la variable de entrada
sería la tensión eléctrica suministrada al
motor de giro por un operador. Una variable de
perturbación sería el viento que podría
modificar la posición alcanzada. La variable de salida
sería la posición de la antena y las variables de
estado las distintas posiciones del potenciómetro para
cada posición de la antena.
4 Sensores y transductores Sistemas de control continuo: (Gp:)
CONTROL (Gp:) PROCESO (Gp:) E (Gp:) S (Gp:) Control (Gp:) Proceso
(Gp:) Realimentación (Gp:) Comparador (Gp:) E (Gp:) S
Sistemas de cadena abierta: no existe vigilancia sobre la
señal de salida. Problema: es incapaz de resolver los
problemas causados por las posibles perturbaciones Sistema de
cadena cerrada o realimentada: recibe información desde la
salida para determinar si ésta se ha ejecutado
correctamente. Para ello, se establece una realimentación
desde la salida hacia la entrada.
5 Sensores y transductores Sistemas de control continuo:
Servosistema: sistema de cadena cerrada y entrada variable.
Servomecanismo: servosistema en el que la salida es una magnitud
física como posición, velocidad, temperatura, etc.
La estructura general de un servosistema es el siguiente: (Gp:)
Detector de error (Gp:) Regulador (Gp:) Accionador (Gp:)
Realimentación (Gp:) Xe (Gp:) S (Gp:) Proceso (Gp:)
Transductor de salida (Gp:) Transductor de entrada (Gp:) Xs (Gp:)
Xc
6 Sensores y transductores Sistemas de control continuo: Ejemplo:
Un ejemplo práctico de servomecanismo puede ser un
regulador de velocidad de un motor. (Gp:) Regulador (Gp:) Dinamo
tacométrica (Gp:) Verr (Gp:) Vc (Gp:) Motor (Gp:) V
7 Sensores y transductores Sistemas de control continuo:
Función de transferencia: FDT (Gp:) A (Gp:) B (Gp:) Xe
(Gp:) Xs (Gp:) + (Gp:) – (Gp:) Comparador FDT total: relaciona la
señal de salida con la entrada. Indica la estabilidad del
sistema. FDT de error: relaciona la señal de error con la
señal de entrada. Se utiliza para determinar la
precisión de un servosistema. FDT de lazo abierto: es la
función de transferencia que se obtiene si al lazo cerrado
se le desconecta la red de realimentación.
8 Sensores y transductores Sistemas de control por ordenador:CPC
Consiste en la introducción de un ordenador como elemento
constituyente del sistema de control. De los elementos que
componen un servosistema, el más importante era el
regulador, ya que determinada muchas de las
características del sistema. Se empieza a utilizar un
ordenador como elemento regulador de control. Este hecho da lugar
a las técnicas de análisis y diseño de
sistemas de control digital, también denominadas sistemas
muestreados o discretos de control. (Gp:) Ordenador (Gp:) Proceso
(Gp:) Realimentación (Gp:) Xe (Gp:) Xc (Gp:) Xs (Gp:)
Xr
9 Sensores y transductores Sistemas de control por ordenador:CPC
El ordenador asume la función del comparador y del
regulador analógico. La distinta naturaleza de las
señales implica que debe existir otro bloque más,
capaz de realizar la conversión entre ambos tipos de
señales. Estos bloques están implementados
físicamente por los convertidores
analógicos-digitales (A/D) o digital-analógico
(D/A). A estos bloques también se les denomina interfaces.
(Gp:) Ordenador (Gp:) Proceso (Gp:) Realimentación (Gp:)
Xe (Gp:) Vcn (Gp:) Vs(t) (Gp:) Vr(t) (Gp:) A/D (Gp:) D/A (Gp:)
D/A (Gp:) Vin (Gp:) Ve(t)
10 Sensores y transductores Sistemas de control por ordenador:CPC
Ventajas: Mayor calidad: se pueden obtener señales de
control muy complejas a partir de las señales de error,
sin necesidad de cambiar ningún elemento del sistema.
Mayor exactitud: esto se debe a la mayor capacidad de
cálculo del ordenador. Control múltiple: Un mismo
elemento puede ser utilizado para realizar el control de varios
procesos simultáneamente. Mayor versatilidad del sistema:
se puede cambiar la acción de control sin más que
cambiar el programa en ejecución. Acciones
complementarias: es posible realizar una serie de acciones
complementarias como visualización instantánea de
todas las variables de proceso, presentación,
análisis estadístico, simulaciones, etc.
11 Sensores y transductores Sistemas de control por ordenador:CPC
Inconveniente: Seguridad de funcionamiento. Es habitual que un
mismo ordenador realice esta función para distintos
procesos, por lo que una avería del mismo, dejará
todo el sistema paralizado. Suele aumentarse la seguridad
duplicando o triplicando la alimentación, la
programación, etc.
12 Sensores y transductores Sistemas de control por ordenador:CPC
Para evitar este problema se ha desarrollado el control
analógico-digital o control de punto de referencia (DAC).
El ordenador está encargado únicamente de la
generación de las señales de referencia. Estas
señales actúan sobre comparadores de control
continuo, que junto con los reguladores mantienen íntegro
el concepto de control continuo. Para asegurar su funcionamiento,
se realiza la conexión directa (by-pass) de las variables
de entrada al comparador. (Gp:) Ordenador (Gp:) Proceso (Gp:)
Realimentación (Gp:) Xe (Gp:) Ven (Gp:) Vr(t) (Gp:) A/D
(Gp:) D/A (Gp:) D/A (Gp:) Vin (Gp:) Ver(t) (Gp:) Regulador (Gp:)
BY-PASS (Gp:) Comparador
13 SENSORES Y TRANSDUCTORES Sistemas electrónicos de
medida y regulación Sensores y transductores Sensores de
posición, distancia y desplazamiento Sensores de
temperatura Sensores de velocidad Sensores de presión
Sensores de proximidad Reguladores Preaccionadores y actuadores
Distintas tecnologías
14 SENSORES Y TRANSDUCTORES Sensores y transductores El
transductor es un dispositivo que convierte una señal de
una forma física determinada en otra señal de forma
física diferente. Es un dispositivo que convierte un tipo
de energía en otro. El sensor es un dispositivo que, a
partir de la energía del medio donde se mide, da una
señal de salida transducible, que es función de la
variable medida.
15 SENSORES Y TRANSDUCTORES Sensores y transductores El
transductor es un dispositivo que convierte una señal de
una forma física determinada en otra señal de forma
física diferente. Es un dispositivo que convierte un tipo
de energía en otro. El sensor es un dispositivo que, a
partir de la energía del medio donde se mide, da una
señal de salida transducible, que es función de la
variable medida.
16 SENSORES Y TRANSDUCTORES Sensores y transductores El
transductor es un dispositivo que convierte una señal de
una forma física determinada en otra señal de forma
física diferente. Es un dispositivo que convierte un tipo
de energía en otro. El sensor es un dispositivo que, a
partir de la energía del medio donde se mide, da una
señal de salida transducible, que es función de la
variable medida.
17 SENSORES Y TRANSDUCTORES Clasificación: Señal de
salida. Puede ser analógica o digital. En los
analógicos, la información variará de forma
continua, la información está en la amplitud (por
ejemplo un potenciómetro). En una salida digital, la
salida variará de forma discreta y hará que la
transmisión de su salida sea más fácil (por
ejemplo un codificador de posición). Parámetro
variable. Resistencia, capacidad, inductancia, añadiendo
luego los sensores generadores de tensión, carga o
corriente, y así se hablará de sensores de tipo
resistivo, inductivo, capacitivo, etc. Magnitud medida. Se habla
así de sensores de posición, distancia,
desplazamiento, temperatura, presión, fuerza, velocidad y
presencia. Esta clasificación permite escoger el
dispositivo correcto dentro de un sistema de control.
18 SENSORES Y TRANSDUCTORES Elección de un sensor:
Magnitud a medir: conociendo cuál ha de ser el margen de
medida, la exactitud deseada, la estabilidad, el tiempo de
respuesta y las magnitudes que pueden interferir.
Características de alimentación: tensión,
corriente, potencia disponible, frecuencia (si es alterna),
estabilidad. Características ambientales: teniendo en
cuenta los márgenes del fabricante. Otros factores: vida
media, coste de fabricación, coste de mantenimiento,
tiempo de instalación, situación en caso de
fallo.
19 SENSORES Y TRANSDUCTORES Sistemas electrónicos de
medida y regulación Sensores y transductores Sensores de
posición, distancia y desplazamiento Sensores de
temperatura Sensores de velocidad Sensores de presión
Sensores de proximidad Reguladores Preaccionadores y actuadores
Distintas tecnologías
20 SENSORES Y TRANSDUCTORES Sensores de posición,
distancia y desplazamiento Medida de grandes distancias: radar
Medida de distancias cortas: ultrasonidos Medida de
pequeños desplazamientos: Sensores de tipo resistivo:
Potenciómetro Galgas extensiométricas Sensores de
tipo inductivo Sensores de tipo capacitivo Medida de
ángulos Sensores inductivos: resolver Sensores digitales:
Codificadores incrementales Codificadores absolutos
21 SENSORES Y TRANSDUCTORES Medida de grandes distancias: radar
Miden señales a distancias entre 100 metros y 10
Kilómetros. El radar es básicamente un transmisor
de radiaciones electromagnéticas a frecuencia muy elevada
(5-20KHz) generadas por un oscilador modular a impulsos. Estas
radiaciones son emitidas por una antena y un receptor amplifica
los ecos recibidos del objeto cuya distancia se desea medir. Esta
distancia se puede calcular como: El tiempo es de ida y vuelta,
por tanto hay que dividirlo entre dos.
22 SENSORES Y TRANSDUCTORES Medida de distancias cortas:
ultrasonidos Sensores que miden distancias entre 1
centímetro y 10 metros Los ultrasonidos son radiaciones
mecánicas de frecuencia superior a las audibles (20KHz).
Toda radiación, al incidir sobre un objeto, en parte se
refleja, en parte se transmite y en parte es absorbida. (Gp:)
Transmisor (Gp:) Receptor (Gp:) Generador de pulsos (Gp:)
Detector (Gp:) Contador (Gp:) S (Gp:) R (Gp:) Q (Gp:) Display
(Gp:) Objeto
23 SENSORES Y TRANSDUCTORES Medida de pequeños
desplazamientos: Sensores de tipo resistivo: Potenciómetro
Galgas extensiométricas Sensores de tipo inductivo
Sensores de tipo capacitivo
24 Medida de pequeños desplazamientos Sensores de tipo
resistivo: Potenciómetro: Galgas extensiométricas:
(Gp:) l (Gp:) x (Gp:) R
25 Sensores de tipo inductivo: Consiste en la variación de
la inductancia mutua entre un primario y cada uno de los dos
secundarios al desplazarse a lo largo de su interior un material
ferromagnético, arrastrado por un vástago no
ferromagnético, unido a la pieza, cuyo movimiento se desea
medir. Medida de pequeños desplazamientos
26 Sensores de tipo capacitivo: Están formado por dos
condensadores variables dispuestos físicamente de tal modo
que experimentan el mismo cambio pero en sentidos opuestos. Los
sensores capacitivos diferenciales se emplean para medir
desplazamientos entre 10 y10mm, con valores de capacidad del
orden de 1 a 1000pF (Gp:) Placas móviles (Gp:) Placas
fijas Medida de pequeños desplazamientos
27 SENSORES Y TRANSDUCTORES Sensores de posición,
distancia y desplazamiento Medida de grandes distancias: radar
Medida de distancias cortas: ultrasonidos Medida de
pequeños desplazamientos: Sensores de tipo resistivo:
Potenciómetro Galgas extensiométricas Sensores de
tipo inductivo Sensores de tipo capacitivo Medida de
ángulos Sensores inductivos: resolver Sensores digitales:
Codificadores incrementales Codificadores absolutos
28 SENSORES Y TRANSDUCTORES Medida de ángulos Sensores
inductivos: resolver Sensores digitales: Codificadores
incrementales Codificadores absolutos
29 Medida de ángulos Sensores inductivos: resolver El giro
de la bobina móvil hace que el acoplamiento con las
bobinas fijas varíe, consiguiendo que la señal
resultante en éstas dependa del seno del ángulo de
giro
30 Medida de ángulos Sensores inductivos: resolver La
bobina móvil excitada con tensión V sen(wt) y
girada un ángulo Ø induce en las bobinas fijas
situadas en cuadratura las siguientes tensiones: V1 = V sen(wt)
sen ØV2 = V sen(wt) cos Ø
31 Medida de ángulos Sensores digitales: Codificadores
incrementales Codificadores absolutos: (Gp:) Sectores
equidistantes (Gp:) Cabezal de lectura fijo (Gp:) Disco (Gp:)
Regla (Gp:) Acoplamiento (Gp:) Desplazamiento lineal (Gp:) giro
(Gp:) Eje El disco se divide en un número de sectores
(potencia de 2) codificándose cada uno de ellos con un
código binario
32 SENSORES Y TRANSDUCTORES Sistemas electrónicos de
medida y regulación Sensores y transductores Sensores de
posición, distancia y desplazamiento Sensores de
temperatura Sensores de velocidad Sensores de presión
Sensores de proximidad Reguladores Preaccionadores y actuadores
Distintas tecnologías
33 SENSORES Y TRANSDUCTORES Sensores de temperatura Sensores
resistivos RTD Termistores Sensores termoeléctricos Efecto
Seebeck Efecto Thomson Efecto Peltier
34 Sensores de temperatura Sensores resistivos RTD:(Resistance
Temperatura Dependent). Detectores de temperatura basados en la
variación de su resistencia eléctrica. La
resistencia aumenta con la temperatura. La dependencia se expresa
mediante: Termistores:A diferencia de las RTD, que están
basadas en conductores, los termistores se basan en
semiconductores. Si su coeficiente de temperatura es negativo, se
denominan NTC (Negative Temperature Coeficient), mientas que si
es positivo se denominan PTC (Positive Temperature Coefficient
)
35 Sensores de temperatura Sensores resistivos: Los termistores
tienen numerosas aplicaciones; entre ellas se propone un
termómetro digital. El sistema de control se basa en que
la tensión entre los puntos A y B del puente de Wheatstone
variará en función del NTC. (Gp:) 37 (Gp:) +V (Gp:)
Amplificador (Gp:) A (Gp:) B
36 Sensores de temperatura Sensores termoeléctricos Efecto
Seebeck Efecto Thomson Efecto Peltier (Gp:) T (Gp:) T+T (Gp:) A
(Gp:) B (Gp:) T (Gp:) T+T (Gp:) A (Gp:) B (Gp:) T+T (Gp:) A (Gp:)
B (Gp:) T-T (Gp:) Cede calor (Gp:) Absorbe calor Efecto Seebeck
en un termopar: aparece una corriente o una diferencia de
potencial cuando hay dos uniones a diferente temperatura. Efecto
Peltier: al hacer circular corriente por un circuito de
termopares, una unión se enfría y la otra se
calienta.
37 SENSORES Y TRANSDUCTORES Sistemas electrónicos de
medida y regulación Sensores y transductores Sensores de
posición, distancia y desplazamiento Sensores de
temperatura Sensores de velocidad Sensores de presión
Sensores de proximidad Reguladores Preaccionadores y actuadores
Distintas tecnologías
38 SENSORES Y TRANSDUCTORES Sensores de velocidad: De tipo
digital (tacómetro): Por ultrasonidos: Efecto Doopler a
partir de un codificador incremental obtiene m impulsos por cada
vuelta. Si se contabilizan N impulsos durante un intervalo T, la
velocidad angular es:
39 Sensores de velocidad Por ultrasonidos: Efecto Doopler (Gp:)
Transmisor (Gp:) Mezclador (Gp:) Contador (Gp:) Filtro paso alto
(Gp:) Base de tiempos (Gp:) Móvil (Gp:) ft (Gp:) fr (Gp:)
ft (Gp:) fr Diseño en bloque de un radar de
tráfico.
ESTA PRESENTACIÓN CONTIENE MAS DIAPOSITIVAS DISPONIBLES EN
LA VERSIÓN DE DESCARGA