- Introducción a los Elementos de
Medida - Elementos de
medida - Características estáticas y
dinámicas - Medida de la
presión - Medidas de fuerza y
peso - Medidas
del pH - Medidas del Nivel
- Medidas de
Temperatura - Medidas de Flujo
- Medidores de
Vórtice - Medidores ultrasónicos de
flujo - Transmisión de
Señales - Conclusiones
- Bibliografía
Introducción a los Elementos de
Medida
El concepto de
control, data
desde la época de los griegos, en la que se construyeron
diferentes tipos de mecanismos, tales como: un reloj de agua,
lámparas de aceite, etc.
Así como un mecanismo para abrir y cerrar las puertas de
uno de los templos más concurridos en esa época
(Ktesibios), el cual generaba un peculiar viento, con lo que la
gente creía que era un acto de poder creado
por los dioses olímpicos.
El hombre,
sabiéndose limitado en sus capacidades, ha creado
artificios que le permitan ampliar la forma de hacer las cosas,
creando dispositivos que puedan controlar algunas variables que
se consideran necesarias para aplicarlas en diversos procesos
industriales.
Hay quienes, apoyados en el marcado desarrollo de
nuevas
tecnologías en este siglo que comienza, consideran que
esto se puede conseguir fácilmente, con la ayuda de robots
que reemplacen "el trabajo de
los seres humanos", ya que a "más tecnología",
"más calidad, menores
costos y, por
tanto, bajo precio".
En las últimas décadas "la industria
europea, ha invertido la mayor parte de su presupuesto en
maquinaria y robótica" y "se estima que en los
próximos años la cantidad de robots en Europa y EU
aumentará notablemente".
En cuanto a los robots, se prevé que sus
"capacidades y versatilidad" "continúen
expandiéndose" y sus precios
bajen.
Según la previsión de los expertos, a
largo plazo, el número de las actividades realizadas por
los robots alcanzará el 80% de todos los sectores de la
economía.
Los programa de
producción agropecuaria guiados por
sensores, la
ingeniería
genética, las granjas moleculares, las operadoras
informatizadas con reconocimiento de voz, los cajeros
automáticos, los sistemas de
comunicación, la automatización de
las oficinas hasta el punto de la oficina virtual,
muestran sólo algunos de los sectores y áreas de la
producción, hasta dónde está llegando el
novedoso avance tecnológico.
Los beneficios de la tecnología: costos bajos,
procesos más rápidos, aumento de la competitividad
y la eficiencia,
tienen un impacto en la sociedad que
conviene analizar.
En los lugares donde la industrialización es
más palpable, las tasas de empleo se
verán directamente afectadas.
En cualquier sistema de
control automático es necesaria la medida de las variables
a controlar.
Además de las variables a controlar es habitual
la medida de otras variables de manera que se tenga un mejor
conocimiento
de lo que sucede en el proceso.
La medida de las magnitudes del proceso (presiones,
fluidos, temperaturas, pH, humedad,
velocidad,
etc.) la realizan los elementos primarios, los que, en la
mayoría de los casos, las transforman en magnitudes de
otra especie (presiones neumáticas, potenciales
eléctricos, desplazamientos mecánicos, etc.) pero
fáciles de medir o de transmitir a distancia.
Los instrumentos que producen esta transformación
de variables se conocen con le nombre de transductores. Se
pretende que exista una relación analógica entre
los valores de
la magnitud medida y la salida del transductor.
Hay casos en que no es posible medir directamente la
magnitud a controlar. Entonces se recurre a la medida de otra
magnitud de la cual depende la primera. Por ejemplo, en un horno
de templado la magnitud que interesa mantener constantemente es
el temple del acero. Las
dificultades de medida rápida, precisa y continua del
temple obligan a recurrir al control de temperatura
del horno.
Un controlador automático compara la señal
de salida con una referencia (valor
deseado), determina el error y produce una señal de
control que trata de reducir el error a cero o a un valor
menor.
Características estáticas y
dinámicas
Para el estudio de la automatización de un
proceso interesa el
conocimiento de las relaciones existentes entre las variables
de entrada y salida (variable manipulada y variable controlada)
cuando no hay variaciones en el tiempo esto
es, en condiciones de equilibrio.
Las relaciones entre las variables, en condiciones de equilibrio
son las características estáticas. Así, en
el proceso representada en l a siguiente figura, a cada gasto de
entrada Q1 corresponder, después de alcanzado al
equilibrio, un cierto nivel h.
Las relaciones h = f (Q1) expresa una de las
características estáticas de proceso.
En las relaciones que expresan las
características estáticas no entra la variable
tiempo.
Las características dinámicas pueden
establecerse en los casos más sencillos, por vía
analítica, por el solo conocimiento de las leyes
físicas y de las constantes del procesó.
Además de las características
dinámicas del sistema de medida, son muy importantes las
siguientes propiedades:
- Precisión: Expresa el grado de concordancia
entre el valor indicado por el sistema de medida y el valor
real de la magnitud. Se representa por la desviación,
expresada en porcentaje del valor máximo. La mejor
manera de conocer la precisión consiste en determinar la
curva de error, en toda la banda de medida. - Linealidad: Significa que la función
que relaciona la variable de salida con la de entrada es una
función lineal (geométricamente representada por
una línea inclinada). Las desviaciones de la linealidad
se expresan en porcentaje. - Histéresis: Diferencia entre los valores
indicados por el sistema pasra un mismo valor de magnitudes de
medida, cuando se ha alcanzado entre valor por valores
crecientes o por valores decrecientes. - Sensibilidad: Representa la relación de la
señal de salida y la señal de entrada. Para la
misma señal de entrada, la salida es tanto mayor cuanto
mayor sea la sensibilidad.
Las medidas de presión
son muy importantes en procesos continuos en el que hay que
tratar con fluidos
Los elementos primarios para medir la presión
pertenecen a las siguientes categorías
principales:
- Manómetros de líquidos
- Fuelles
- Diagramas
- Vacuómetros de varios tipos
- Elementos piezoeléctricos o
piezorresistivos - Elementos con detectores extensiométricos
(Strain Cages) - Elementos capacitivos
- Elementos de reluctancia
En el Control Industrial interesan tres conceptos
ligeramente diferentes de la presión. Normalmente se mide
la presión manométrica, que representan la
diferencia entre la presión absoluta en el lugar de la
instalación y la presión
atmosférica.
Algunas veces interesa la medida de la presión
absoluta, especialmente cuando se miden presiones inferiores
a la atmosférica.
Cuando se trata de medidas de flujo, en sistemas de
ventilación, etc, es muy usual también la medida de
la presión diferencial.
Estos conceptos se ilustran en la siguiente
figura:
Manómetros de líquido – Son
los instrumentos más antiguos para medir la
presión. Se basan en el equilibrio de columnas
líquidas. Actualmente se usan poco en procesos
industriales en virtud de la desventajas que resultan de la
presencia del líquido.
Los tipos de manómetro de líquido de mayor
uso son:
Manómetro de tubo en U, de ramas
iguales
Manómetro de flotador, Manómetro de
tubo sencillo, Manómetro de campana
Manómetro anular
Algunos de estos tipos no son más que indicadores y
no interesan en el control automático. En la figura
siguiente solamente se indican el funcionamiento
esquemático de los manómetros
indicadores.
En los manómetros de otros tipos, la variable de
salida es un movimiento
mecánico. Son apropiados para actuar sobre transmisores de
señal o instrumentos de entrada en los controladores
neumáticos.
En la figura R se muestra
esquemáticamente un manómetro de flotador.
Los movimientos del flotador son proporcionales a la diferencia
de presión. Transmiten al exterior por intermedio de un
sistema mecánico y de un eje con empaque estanco,
o en ciertos casos por medio de un tubo de torsión. Se
puede usar para medidas de presiones diferenciales de hasta 600
in de agua y para presiones estáticas de hasta 5000
psi.
Se muestra en la figura el esquema de un
manómetro de anillo. El ángulo de
rotación depende, en este caso, de la diferencia de
presiones. Los movimiento del anillo se puede aplicar como
entrada a los instrumentos o controladores. Para terminar esta
rápida referencia a los manómetro de
líquido, en la figura R’’, se ilustra el
principio en que se basa un manómetro de
campana.
Son apropiados para medir pequeñas presiones
diferenciales. Por ejemplo, se utiliza para medir la
presión en las cámaras de combustión–
Tubos de bourdon: de todos los elementos de
medida de presiones, éste es el más usual.
Está constituido por un tubo de sección
elíptica enrollado circularmente, en espiral o en
hélice. Cuando la presión interior aumenta el tubo
tiende a disminuir de curvatura.
Los movimientos del extremo del bourdon se transforman
por medio de un conjunto de palancas y ruedas dentadas y se
aplican a agujas.(manómetros indicadores) o al elemento de
entrada de transmisores de señal o de controladores. En la
figura 16 se presentan dos tipos de tubos bourdon.
Los tubos de bourdon se construyen de materiales
elásticos. De acuerdo al fluido que se ha de medir, se
usarán bronce, cobre –
berilio, acero carbonado, aceros inoxidables, etc.
Fuelles y diafragmas – en la figura 17 se
representan esquemáticamente estos elementos primario de
medida de presión.
Se fabrican en bronce, latón, cobre-berilo, acero
inoxidable, etc., conforme sean las condiciones ambientales. La
gama de presiones está determinada por muelles opositorios
los que confieren a estos elementos característicos de
proporcionalidad.
Medidas de vacío – Solamente se
describirá el principio del vacuómetro de Pirani,
en el que se aprovecha el enfriamiento producido por el gas cuya
presión se ha de medir en un hilo calentado por una
corriente
eléctrica constante. Las variaciones de la resistencia del
hilo se miden en un puente de resistencia. La salida del
vacuómetro es un tensión eléctrica. Hay
otros instrumentos de medida de vacío, como el
vacuómetro de termopar, el manómetro
iónico, el vacuómetro radioactivo.
Medida de la presión absoluta –
cuando se trata de medir presiones absolutas bajas (inferiores a
50 psi) las variaciones de la presión absoluta conducen a
errores muy altos si se usaran los instrumentos de presión
relativa. Un elemento para medir la presión absoluta
podría estar constituido como se indica en la siguiente
figura:
Está constituido, en principio, por dos fuelles
en oposición, de uno de los cuales se extrae el aire. Un muelle
compensa la diferencia de fuerzas.
Transmisores de presión: Los elementos
primarios de medida de presión con salida mecánica no son suficientes para transmitir
la señal a los controladores (y registradores) existentes
en la sala de control. Son necesarios dispositivos capaces de
transformar las indicaciones de presión en señales
neumáticas o eléctricas (transmisores de
señal)
Precisión estática
de los elementos de presión – Los elementos de
medida de la presión tienen errores del orden del 1% de la
gama cuando están convenientemente calibrados. En
instrumentos más cuidadosamente construidos se alcanzas
precisiones del orden del 0.5%. Una de las causas de error
aleatorio es la acción
de la temperatura ambiente, la
que provoca dilataciones de las partes del manómetro y
alteraciones del módulo de elasticidad del
muelle opositor.
Medidas de fuerza y
peso
En diversos procesos industriales es necesario controlar
el peso de los materiales que se han de transformar, o ajustar la
magnitud de las fuerzas actuantes.
Para la medición de las fuerzas, se da lugar a
transductores que conviertan estas magnitudes en otras más
fáciles de medir.
Existen diversos tipos de dispositivos para medir el
peso y las fuerzas, tales como:
- Balanzas discontinuas.
También existen dispositivos de pesaje que se
basan en principios
neumáticos, hidráulicos y
eléctricos.- Indicador neumático de fuerza: En
este dispositivo, la fuerza desconocida se aplica a una
de las caras de un diafragma. En la otra cara se aplica
un presión neumática, hasta reestablecer el
equilibrio. La medida de la presión da la medida
de la fuerza. - Indicador hidráulico de fuerza :
Sigue el mismo principio que el dispositivo anterior, sin
embargo, en este caso en lugar de utilizarse aire
comprimido, se da lugar a un fluido. La capacidad de este
dispositivo es hasta de diez toneladas. - Piezo-eléctrico o
extensómetro: En estos dispositivos la fuerza
que se mide produce la deformación de un elemento
elástico. Por ejemplo, un anillo de
acero.
El cristal del extensómetro está
fijado al elemento elástico y sufren también
las deformaciones, dichas deformaciones se convierten en una
variación de resistencia del extensómetro o
bien en un potencial eléctrico generado por el
detector piezo-eléctrico.Medidas de desplazamiento y
dimensiones.En las industrias
mecánicas es necesario realizar medidas
dimensiónales, por ejemplo:- Medidas de espesor de chapas en los
laminadores. - Medida de desplazamiento en las máquinas de control
numérico.
Entre los diversos tipos de dispositivos para la
medición de desplazamientos, encontramos uno basado en
la fuerza neumática que permite medir desplazamientos
de hasta 0.25 m m.Para las máquinas de control numérico,
se utilizan dos proceso de desplazamiento:I .Por incrementos:
En este dispositivo existe una escala que
se divide en elementos de magnitud elemental formando una
rejilla, un captador que se encuentra unido al carro
móvil de la máquina, traduce cada línea
a un impulso eléctrico y por lo tanto origina una
indicación analógica o digital del
desplazamiento.II. Absoluto:
En este dispositivo se utiliza una escala
múltiple en la que cada una de las posiciones
están indicada según un código binario, en este caso cada
posición está indicada por un número y
no por un impulso.Como sabemos el pH es una variable de gran
importancia, que nos da el valor de la concentración
de los iones hidrógeno.Un líquido puede tener los siguientes
valores:pH
Tipo
0-7
Ácido
7
Neutro
7-14
Básico
El método tradicional para la
medición del pH utiliza un electrodo de vidrio
(electrodo de medida) y un electrodo de calomel (electrodo de
referencia).En el electrodo de vidrio se genera una diferencia
de potencial entre el líquido a medir y la
solución interna que depende linealmente del pH de la
solución, esta diferencia de potencial permite conocer
el pH, mediante la ecuación de Haber:E = Eo – 0.0591 log H+ (a
25°C).El electrodo de calomel presenta una f.e.m constante
de 245 mv, mientras que el electrodo de vidrio presenta una
variación de 465 mv hasta –43 mv. Por ejemplo
para un pH = 7 (neutro) se tiene una diferencia de potencial
de 25 mv.En el control de los procesos, el nivel de
líquidos y sólidos contenidos en tanques y
reactores, tolvas, etc., es una variable importante. Los
dispositivos para la medida del nivel son muy variados.
Algunos de ellos son:- Indicación directa
- Flotador
- Contactor móvil de superficie
- Presión hidrostática
- Burbujeador
- Capacitivos
- Conductivos
- Ultrasónicos
- Nucleares
- Ópticos
- Pesaje
Los más usados son:
Medidores de nivel por presión
hidrostática.Es el método más común para
medir niveles de líquidos. La transmisión de la
señal del nivel se puede efectuar por medio de celdas
de presión diferencial que pueden ser de tipo
neumático o electrónicoMedidores de nivel por
desplazamiento.Este tipo de medida se basa en la variación
del peso aparente de un cuerpo parcialmente sumergido en un
líquido, cuando la altura del líquido
varía. Por ejemplo, el flotador utilizado en los
tinacos para baño.
Se utilizan tanto en líquidos como en
sólidos, polvos o granulados. El principio en el que
se basan es muy sencillo. Una varilla metálica aislada
o, verticalmente localizada dentro del depósito,
desempeña la función de uno de los electrodos
de un capacitor. Como el líquido ( o el sólido
granulado) tiene una cierta conductividad, equivale a su vez
al segundo electrodo del capacitor. La superficie aparente de
los electrodos y, por lo tanto del capacitor, varía
con el nivel; esta capacitancia se mide con un puente de C.
A.Los elementos de medida de temperatura más
adaptados al control automático de procesos
son:- Termopares (o pares
termoeléctricos) - Termómetros de resistencia
- Sistemas de bulbo y bourdon
- Termómetros de
dilatación - Pirómetros de
radiación - Termistores
Se describen los tipos más
fundamentalesSon seleccionados para la mayoría de las
medidas industriales. Tienen sencilla construcción, si están bien
calibrados son precisos. Se basan en el descubrimiento
siguiente hecho por Jean Peltier en 1821: "Cuando hilos de
metales
diferentes están en contacto por los extremos, se
genera una f.e.m. (y aparece una corriente eléctrica
en el circuito) cuando los dos contactos están a
diferentes temperaturas" .Los pares de metales más utilizados en la
constitución de termopares industriales
son:- Cobre – Constantán (aleación
de cobre y níquel) - Fierro – Constantán
- Platino – Platino rodio
Para muy altas temperaturas se fabrican termopares
de metales refractarios como son:- Tungsteno – Tungsteno renio
- Grafito – Silicio
- Iridio – Iridio renio
- Tungsteno – Iridio
- Molibdeno – Molibdeno renio
El termopar se selecciona en función de la
gama de temperaturas, de los efectos corrosivos del medio
ambiente y, de la precisión deseada.La localización de un termopar en el proceso
se debe considerar cuidadosamente. En realidad, además
de los cambios térmicos por conducción en
relación con el fluido, entran en juego
intercambios de energía por radiación con las superficies calientes
o frías de la instalación (tuberías,
aletas, paredes, etc.)Termómetros de resistencia (o
termo-resistencias)Se usan para alcanzar mayor precisión que con
termopares, o para medidas de pequeñas desviaciones de
temperatura (del orden de 0.02°C). Cuando se miden
temperaturas próximas a la temperatura ambiente son
imprescindibles las resistencias. El error máximo de
los termómetros industriales de resistencia es cercano
a 0.5%.Este método aprovecha el cambio de
la resistencia de los conductores eléctricos con la
temperatura. Las sustancias que utiliza son hilos
metálicos de platino (son los más usados por la
precisión y resistencia a la corrosión), cobre o níquel,
plata, etc.,El hilo metálico de resistencia
termométrica se enrolla en soportes aislantes
generalmente de cerámica. Exteriormente las
resistencias están protegidas por fundas
termométricas de diversas sustancias (metal,
cerámica, vidrio, etc.).Existen muchos métodos básicos para la medida
del flujo. Algunos están bastante generalizados, otros
se aplican en casos restringidos. Para efectos de
clasificación, se pueden agrupar los elementos
primarios de medida del flujo en los siguientes grupos
principales:- Medidores de presión
diferencial - Medidores rotativos (contadores y
turbinas) - Medidores electromagnéticos de
flujo - Medidores de área variable
- Medidores de descarga
- Medidores de caudal de masa
- Medidores de caudal de sólidos
- Medidores de vórtice
- Medidores ultrasónicos de
flujo
En este trabajo
sólo se hará referencia a los tipos de
medidores de flujo más importantes en la
industria.Medidores de presión
diferencialLos elementos de medida de flujo por presión
diferencial, universalmente utilizados en la medida del flujo
de los fluidos, se basan en el teorema universal de la
hidrodinámica (teorema de Bernoulli).
La expresión general que relaciona el flujo
de los fluidos incompresibles "q" con la presión
diferencial queda de la siguiente forma:
Donde: q : Flujo de los fluidos k : Coeficiente de
gasto P1 : Presión 1 P2 :
Presión 2 A pesar del gran avance teórico en
este aspecto, es tal la complejidad de los fenómenos
en cuestión que, para calcular los elementos de
presión diferencial, se recurre a datos
experimentales y a tablas determinadas empíricamente.
Solo así se consigue una precisión aceptable.
Los elementos de presión diferencial son restricciones
o constricciones de diversos tipos insertados en la
tubería donde circula el fluido que se quiere medir.
La caída de presión que ocurre en la
restricción es una medida del caudal. De los diversos
tipos de restricciones, las mas usadas son:- Orificios
- Tubos Venturi
- Tubos Dall
Orificios:
Este es el tipo de restricción más
usado. Tiene la forma de una placa circular, insertada en la
tubería entre dos bridas, en la cual se hace un
orificio con las dimensiones que indique el calculo. El
material del orificio debe resistir la corrosión
química y mecánica del fluido. Se usan mucho los
diversos tipos de acero inoxidable.Tubos Venturi:
Son restricciones más elaboradas que el
orificio. El tubo de Venturi permite mayor precisión
que el orificio, además, se recupera en gran parte la
caída de presión. Otra de las ventajas es de
que tenemos mayor constancia en las indicaciones a lo largo
del tiempo, es decir, existe mayor repetibilidad.El Tubo de Venturi es particularmente recomendable
para líquidos con sólidos en suspensión.
La única desventaja del Tubo de Venturi es el costo
elevado.Tubo Dall:
Este tubo produce perdida permanente de
presión de cerca del 15% y es mas barato que el Tubo
Venturi.Medidores rotativos (contadores y
turbinas)Se utilizan contadores de modelos
varios, (pistones oscilantes, disco de mutación,
rotores de dientes engranados, contadores de gas, etc.)
cuando se requiere medir cantidades de fluido con buena
precisión (desde 0.1 a 1%). Los contadores
domésticos de gas y agua son de este tipo. Los
medidores de gasto de tipo turbina permiten presiones mas
altas de las que permiten los orificio y tubos de Venturi en
la medida del flujo en líquidos. Físicamente,
los medidores de turbina son de dimensiones muy
pequeñas cuando se les compara con otros tipos de
elementos primarios. El órgano principal lo constituye
un turbina que mide la velocidad media del liquido. En una
bobina montada en el fondo interno del medidor, cuyo
núcleo es un imán permanente, se inducen
impulsos al paso de cada una de las paletas de la turbina.
Estos impulsos son amplificados y transformados en impulsos
rectangulares. Un contador electrónico de impulsos
permite indicaciones digitales del flujo y de la cantidad de
liquido. La precisión de los medidores de turbina es
normalmente mejor que 0.5% en una amplia gama de
medidas.Medidores
electromagnéticos de flujoLos medidores de este tipo son los únicos que
no presentan obstrucción al paso del liquido. La
perdida de carga que introducen es igual a la de una
tubería libre con el mismo tamaño. Por ese
motivo son los elementos primarios ideales para la medida de
flujos en líquidos viscosos o con sólidos en
suspensión. La única condición
será que el liquido tenga una conductividad
eléctrica por encima de un mínimo establecido.
El funcionamiento de estos medidores se basa en el
fenómeno de la inducción electromagnética. Un
conductor eléctrico que se mueve con velocidad
perpendicularmente a un campo
magnético de inducción, es el asiento de
una fuerza electromotriz, dada por la
relación:e = (B) (l) (v)
Donde: e : Fuerza electromotriz B : Campo
magnético de inducción l : Longitud del
conductor v : Velocidad perpendicular La fuerza electromotriz
inducida, que es proporcional al flujo del liquido,
será amplificada por un amplificador
electrónico. Una de las dificultades de esta medida
reside en el bajo valor de la f.e.m. (milivolts), y de la
aparición de diversas partes del circuito, de f.e.m.
inducidas por los campos magnéticos existentes en los
medios
fabriles. Otra dificultad se relaciona con las variaciones de
tensión de la red, las que originan
variaciones de la inducción magnética. Las
variaciones en la conductividad del liquido pueden
también introducir errores.Resulta muy útil en
la medida del flujo en líquidos con sólidos en
suspensión, pastosos o corrosivos. Existen actualmente
elementos primarios electromagnéticos cuyos electrodos
no tienen contacto ohmico (resistencia) con el liquido, sino
solamente capacitivo.Es un elemento primario de flujo que ofrece
precisión superior a la de los orificios, no tiene
piezas móviles y opera con una amplia banda de
gastos.
Las variaciones de presión y de temperatura no afectan
las medidas. Al no tener partes mecánicas su
confiabilidad es alta. El instrumento se basa en la
detección del paso de vórtices formados por un
obstáculo ( elemento generador de vórtices),
intercalado en el paso del fluido. Los vórtices son
pequeños remolinos en zonas localizadas. El elemento
generador de vórtices atraviesa diagonalmente la
tubería de medida y divide el flujo a la mitad. Los
vórtices se forman alternadamente en cada una de las
dos mitades. La geometría y el perfil del elemento
generador se determinan a fin de obtener las siguientes
características de los vortices:- Estabilidad
- Número de vórtices proporcional al
gasto
El número de vórtices proporcional al
gasto dentro de una amplia gama de medidas. Por tanto existe
relación lineal entre el flujo y el número de
vórtices en un intervalo fijo de tiempo. Siempre que
se produce un vórtice, se produce una presión
diferencial entre los lados superior e inferior del elemento
generador. La sucesión de impulsos de presión
se detecta por un elemento sensible insertado en el interior
del elemento generador. El ritmo de los impulsos enviados por
el detector es proporcional al número de
vórtices y proporcional, por tanto, al gasto. Este
instrumento es utilizado con mucho éxito en aplicaciones comunes que
usaban orificios y en la medida de gastos de líquidos
con sólidos en suspensión o
corrosivos.Medidores ultrasónicos de
flujoUn haz estrecho de ondas
sonoras (en la banda acústica o la ultrasónica)
lanzada a través de un fluido en movimiento sufre un
efecto de arrastre. El medidor ultrasónico de flujo
aprovecha este efecto. En su forma mas sencilla, esta
constituido por un transductor transmisor de ultra sonido (TT) y
por un transductor receptor (TR). La onda ultrasónica,
enviada en impulsos, atraviesa dos veces el fluido al
reflejarse en la pared opuesta, Como la onda es arrastrada
por el movimiento del liquido, el recorrido total, y por lo
tanto, la atenuación de la onda depende de la
velocidad del fluido.Este tipo de medidor aun en su fase
inicial, tiene una precisión mejor que la de la placa
de orificio y no presenta ninguna obstrucción, como
ocurre con el medidor electromagnético. Sirve pues
para líquidos viscosos pastosos o peligrosos ( de alta
presión, corrosivos, radioactivos).Necesita de una corrección automática
de temperatura por medio de un termistor porque la velocidad
del sonido se altera en función de la temperatura
presente en el cuerpo.La definición clásica de transmisor
nos dice que es un instrumento que capta la variable en
proceso y la transmite a distancia a un instrumento indicador
o controlador; pero en realidades eso y mucho más, la
función primordial de este dispositivo es tomar
cualquier señal para convertirla en una señal
estándar adecuada para el instrumento receptor, es
así como un transmisor capta señales tanto de
un sensor como de un transductor, aclarando siempre que todo
transmisor es transductor más no un transductor puede
ser un transmisor; como ya sabemos las señales
estándar pueden ser neumáticas cuyos valores
están entre 3 y 15 Psi, las electrónicas que
son de 4 a 20 mA o de 0 a 5 voltios
Transmisión de datos analógicos y
digitalesTRANSMISIÓN
ANALOGICA- Los datos analógicos toman valores
continuos - Una señal analógica es una
señal continua que se propaga por ciertos medios
. - La transmisión analógica es una
forma de transmitir señales analógicas ( que
pueden contener datos analógicos o datos digitales
). El problema de la transmisión analógica es
que la señal se debilita con la distancia , por lo
que hay que utilizar amplificadores de señal cada
cierta distancia.
- los digitales toman valores discretos valores
discretos - Los datos digitales se suelen representar por una
serie de pulsos de tensión que representan los
valores binarios de la señal . - La transmisión digital tiene el problema
de que la señal se atenúa y distorsiona con
la distancia , por lo que cada cierta distancia hay que
introducir repetidores de señal .
Últimamente se utiliza mucho la
transmisión digital debido a que
: La tecnología digital se ha
abaratado mucho .- Al usar repetidores en vez de amplificadores , el
ruido y
otras distorsiones no es acumulativo . - La utilización de banda
ancha es más aprovechada por la
tecnología digital . - Los datos transportados se pueden encriptar y por
tanto hay más seguridad en la información . - Al tratar digitalmente todas las señales ,
se pueden integrar servicios de datos analógicos ( voz ,
vídeo, etc..) con digitales como texto y
otros .
Perturbaciones en la
transmisiónLa energía de una señal decae
con la distancia , por lo que hay que asegurarse que llegue
con la suficiente energía como para ser captada por la
circuitería del receptor y además , el ruido
debe ser sensiblemente menor que la señal original (
para mantener la energía de la señal se
utilizan amplificadores o repetidores).Debido a que la atenuación varía en
función de la frecuencia , las señales
analógicas llegan distorsionadas , por lo que hay que
utilizar sistemas que le devuelvan a la señal sus
características iniciales ( usando bobinas que cambian
las características eléctricas o amplificando
más las frecuencias más altas ) .Debido a que en medios guiados , la velocidad
de propagación de una señal varía con la
frecuencia , hay frecuencias que llegan antes que otras
dentro de la misma señal y por tanto las diferentes
componentes en frecuencia de la señal llegan en
instantes diferentes al receptor . Para atenuar este problema
se usan técnicas de ecualización
.Ruido
El ruido es toda aquella señal que se
inserta entre el emisor y el receptor de una señal
dada . Hay diferentes tipos de ruido : ruido térmico
debido a la agitación térmica de electrones
dentro del conductor , ruido de intermodulación cuando
distintas frecuencias comparten el mismo medio de
transmisión , diafonía se produce cuando hay un
acoplamiento entre las líneas que transportan las
señales y el ruido impulsivo se trata de pulsos
discontinuos de poca duración y de gran amplitud que
afectan a la señal .Se llama capacidad del canal a la velocidad a
la que se pueden transmitir los datos en un canal de
comunicación de datos .La velocidad de los datos es la
velocidad expresada en bits por segundo a la que se pueden
transmitir los datos El ancho de banda es aquel ancho de
banda de la señal transmitida y que está
limitado por el transmisor y por la naturaleza
del medio de transmisión ( en hertzios ).La tasa de
errores es la razón a la que ocurren errores .Para un
ancho de banda determinado es aconsejable la mayor velocidad
de transmisión posible pero de forma que no se supere
la tasa de errores aconsejable . Para conseguir esto , el
mayor inconveniente es el ruido .Para un ancho de banda dado
W , la mayor velocidad de transmisión posible es 2W ,
pero si se permite ( con señales digitales ) codificar
más de un bit en cada ciclo , es posible transmitir
más cantidad de información .La
formulación de Nyquist nos dice que aumentado los
niveles de tensión diferenciables en la señal ,
es posible incrementar la cantidad de información
transmitida .C= 2W log2 M El problema de esta
técnica es que el receptor debe de ser capaz de
diferenciar más niveles de tensión en la
señal recibida , cosa que es dificultada por el ruido
.Cuanto mayor es la velocidad de transmisión , mayor
es el daño que puede ocasionar el ruido
.Shannon propuso la fórmula que relaciona la potencia
de la señal ( S ) , la potencia del ruido ( N ) , la
capacidad del canal ( C ) y el ancho de banda ( W ) . C
= W log2 ( 1+S/N )Esta capacidad es la capacidad máxima
teórica de cantidad de transmisión , pero en la
realidad , es menor debido a que no se ha tenido en cuenta
nada más que el ruido térmico.
- Indicador neumático de fuerza: En
- Balanzas discontinuas.
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