Tecnología de Control SEÑALES

1. UNIVERSIDAD DE SALAMANCA – I.T.I.G Tecnología de ControlSEÑALES mail: toles@usal.es web: dim.usal.es/eps/im Despacho: 248 Laboratorio: 016, Ingeniería Mecánica Roberto J. GARCIA MARTIN Dpto. INGENIERIA MECANICA E.P.S. ZAMORA

2. Información de estado: los captadores. Las grandes familias de captadores se distinguen por el tipo de señales que transmiten: • Todo – nada. • Numéricas. • Analógicas. Las señales analógicas o numéricas codifican la información de naturaleza, eléctrica, física, cinemática,…

3. Información de estado: los captadores. Clasificación: (en función de su naturaleza) • Posición / Desplazamiento. • Finales de carrera mecánicos. • Detectores de proximidad. • Inductivos. • Capacitivos. • Ópticos. • Detectores lineales. • Angulares. • Velocidad. • Tacómetros. • Ópticos. • Presión. • Mecánicos. • Piezoeléctricos. • Resistivos. • Temperatura. • Otros.

4. Información de estado: los captadores. • Posición / Desplazamiento. • Finales de carrera mecánicos. • Palanca • Embolo • Varilla Uso: Detección de piezas móviles. Sistema de actuación mecánico, consistente en la actuación sobre palancas a fin de conmutar una serie de contactos eléctricos.

5. Información de estado: los captadores. • Posición / Desplazamiento. • Detectores de proximidad. • Inductivos. Sensible a a materiales ferromagnéticos TipoReed. Se hace uso de un campo magnético estático, modificado por la presencia de materiales ferromagnéticos (objeto de la detección). No necesitan alimentación. Uso: Alta cadencia de conmutación Sitios donde no se pueden alojar detectores mecánicos, bien por espacio o por condiciones ambientales. Inconveniente: influencia de campos magnéticos.

6. Información de estado: los captadores. • Posición / Desplazamiento. • Detectores de proximidad. • Inductivos. Sensibles a materiales metálicos. Se hace uso de las corrientes de Foucault (se registran pérdidas). Consistente en el uso de un campo variable cuya dispersión en el espacio define el campo de sensibilidad del dispositivo. Necesitan alimentación, versiones en alterna y continua. El componente más importante es el circuito de resonancia LC.

7. Información de estado: los captadores. Inconveniente: Distancia máxima 40 mm. • Posición / Desplazamiento. • Detectores de proximidad. • Inductivos. Uso: Mismas ventajas que los anteriores, sin necesidad de contacto mecánico. Conexionado.

8. Información de estado: los captadores. • Posición / Desplazamiento. • Detectores de proximidad. • Capacitivos. Basados en variaciones de campo eléctrico. Aumento de la capacidad. El electrodo sensor en forma de disco, junto a una pantalla forman el condensador de un oscilador RC. Uso: • Líquidos conductores y no cond. • Objetos, incluso pulvurentas. Inconveniente: • No pueden ser usados para adhesivos. • Límite, según densidad del objeto.

9. Información de estado: los captadores. • Posición / Desplazamiento. • Detectores de proximidad. • Opticos. Efecto fotoeléctrico-Infrarrojo Distancias variables Uso: • Tipos: • Reflex • Barrera • Medición de niveles, protección. • Objetos, incluso pulvurentas. Inconveniente: • Sustancias pulvurentas. • Límite, según color y brillo del objeto. Nota: grandes distancias, sistemas radar y laser, Ec. De ondas.

10. Información de estado: los captadores. • Posición / Desplazamiento. • Detectores Lineales. Uso: Inconveniente: • Desgaste Medida de distancias cortas: Potenciómetros. Solución: Empleo de encoder lineales. Reglas graduadas según código Gray Relativo Absoluto

11. Información de estado: los captadores. • Posición / Desplazamiento. • Detectores Lineales. Uso: Pequeños desplazamientos. Resistivos: Galgas extensiométricas R=Ro(1+K ) / K, factor de galga (a) disposición, simple (b) cruzada Capacitivos: Se utiliza un sistema formado por dos devanados planos de igual paso. Fijo + móvil. Si el devando fijo, que cubre todo el campo de medida, se alimenta con corriente alterna, inducirá sobre el móvil una señal cuya amplitud dependerá de la fase en que se encuentren ambos devanados. λ,Paso devanados. Capacitivos: Se pueden medir distancias de metros, no se emplean por su poca exactitud. Basados en la variación de la capacidad al variar la distancia entre placas.

12. Información de estado: los captadores. • Posición / Desplazamiento. • Detectores Angulares. • Mismo principio que los detectores lineales. • Tipos: • Resistivos- potenciómetros. • Inductivos: resolver y syncro. • Capacitivos. • Discos codificados. Resistivos: Inconveniente: contactos móviles, por lo que suelen ser sustituidos por sistemas inductivos

13. Información de estado: los captadores. • Posición / Desplazamiento. • Detectores Angulares. Inductivos: Syncro, parecido a un alternador trifásico, cuando se alimenta el rotor con corriente alterna se inducen en los devanados del estator tres tensiones función del ángulo Q del rotor con cada devanado. Para la lectura de Q se recurre a un segundo syncro que actúa tras recibir las tres tensiones del syncro emisor y pone la posición del rotor en función de estas tensiones. Si en lugar de utilizar un generador trifásico se emplea uno bifásico con los devanados a 90º, se denomina Resolver.

14. Información de estado: los captadores. • Posición / Desplazamiento. • Detectores Angulares. Encoder: Para detectar posiciones angulares, se utilizan discos codificados o encoders. Además en función de la frecuencia + un reloj, se puede determinar también la velocidad. De uso muy generalizado en máquina-herramienta

15. Información de estado: los captadores. • Velocidad. • Tacómetro. Instrumento que indica la velocidad generalmente en r.p.m. Mide la magnitud física o mecánica, de la que se conoce la ley de variación en función de la velocidad. Normalmente son electrónicos y producen una tensión proporcional a la rotación. • e, tensión de salida • K, const. proporcionalidad • B, inducción magnética-const. • w, velocidad angular e=K B w

16. Información de estado: los captadores. • Velocidad. • Optico. Se dispone de un eje con una referencia para el sensor, seríamos capaces de generar una tensión proporcional a la velocidad de generación de los pulsos. Adaptado al tipo de sensor

17. Información de estado: los captadores. • Presión. • Mecánicos. Transductores de presión Son de medida directa, comparando con la referencia. Líquido de densidad y altura conocida. Tipos: Manómetro de presión absoluta: combinación de dos fuelles, uno de medida de Prelativa y otro de Patmosférica, la combinación nos da la Pabsoluta.

18. Información de estado: los captadores. • Presión. • Mecánicos. Manómetro de columna de líquido: para medida de bajas presiones se emplean manómetros en U. con agua, mercurio o tetrabromoetano, siendo este el más común. Son muy precisos

19. Información de estado: los captadores. • Presión. • Mecánicos. Basados en la deformación provocada por el líquido sometido a presión Tipos: Bourdon, diafragma y fuelle. Bourdon: de sección elíptica, metálico y curvado, en forma anular. Cerrado por un extremo y el otro sometido a presión,con lo cual tiende a enderezarse. El movimiento se amplifica, directamente sobre un indicador o se emplea para generar una señal eléctrica. Diafragma: consistente en una o varias cápsulas circulares cerradas por dos campanas, funciona como el manómetro de Pabsoluta en el que se desplaza el diafragma. Se utiliza para pequeñas presiones. Fuelle: parecido al anterior, pero de una sola pieza flexible axialmente, puede dilatarse o contraerse con un desplazamiento considerable

20. Información de estado: los captadores. • Presión. • Electro - Mecánicos. Utilizan uno de los anteriores (Bourdon, diafragma y fuelle) junto con un transductor elástico que genera la señal eléctrica. • Tipos: • Transmisores eléctricos de equilibrio de fuerzas • Resistivos • Magnéticos • Capacitivos • Extensiométricos • Piezoeléctricos

21. Información de estado: los captadores. • Presión. • Electro - Mecánicos. Piezoeléctrico Resistivo

22. Información de estado: los captadores. • Temperatura. La medida de temperatura es uno de los parámetros más frecuentes • Tipos: • Termorresistencias • Termistores • Termopares • Pirómetros

23. Información de estado: los captadores. • Temperatura. Termorresistencias Comportamiento no lineal • Ro, Resistencia en ohmios a 0 ºC • RT, Resistencia en ohmios a T ºC • α, coeficiente de temperatura RT= Ro(1+ αT) Comportamiento lineal RT= Ro(1 + αT + bT2 +..) • α,b coeficientes de temperatura • Tipos: • Platino, hasta 750ºC • Niquel y Cobre hasta 150ºC • Wolframio por encima de 1000ºC

24. Información de estado: los captadores. • Temperatura. Termorresistencias El sistema se constituye con el material de medida, el cual se bobina sobre un núcleo cerámico, protegido con óxido de magnesio, bajo cubierta metálica. Valor aplicaciones industriales: 100Ω Puente de Wheastone. Rx es la resistencia desconocida, R1 es una resistencia variable en la que se conoce su variación (esta convenientemente calibrada) y R2 y R3 son resistencias fijas conocidas. Con la disposition de la figura, la resistencia R1 varía hasta que la lectura del voltímetro es nula, en cuyo caso no pasa corriente de A a B. En tal situación, al ser el potencial de A y de B el mismo, la caida de tensión en R1 y R2 sera igual. Lo mismo sucede con Rx y R3, con lo que se cumple:

25. Información de estado: los captadores. • Temperatura. Termistores Son semiconductores a base de óxidos metálicos en los cuales su coeficiente de temperatura tiene un valor muy elevado y varían de forma lineal con esta. • Tipos: • PTC: sondas de resistencia con coeficiente de temperatura positivo. Rango, -20ºC a +60ºC. • NTC: Coef. Temperatura negativo.

26. Información de estado: los captadores. • Temperatura. Termopares Basados en la unión de dos metales distintos por uno de sus extremos. La temperatura sobre la unión genera una diferencia de potencial en sus extremos libres, la cual es proporcional a la diferencia entre los termopares de los extremos. • La fem desarrollada en un circuito termoeléctrico obedece a dos efectos termoeléctricos determinados: • Efecto Peltier, que provoca la liberacion o absorcion de calor en la union de dos metales distintos cuando circula una corriente a través de la union. • Efecto Thomson, que consiste en la liberacion o absorcion de calor cuando una corriente circula a través de un metal homogéneo en el que existe un gradiente de temperatura.

27. Información de estado: los captadores. • Temperatura. Termopares • Tipos: • Cobre-Constantan (tipo T). Para bajas temperaturas entre -200 y 260 °C. Son resistentes a la corrosion y pueden utilizarse en atmosferas oxidantes o reductoras. • Hierro-Constantan (tipo J). Campo de medida entre 300 y 750 °C. Se emplean para atmosferas con escaso oxígeno libre. La oxidación del hilo de hierro aumenta por encima de los 550 °C. • Cromel-Alumel (tipo K). Se utiliza en atmosferas oxidantes y a temperaturas de trabajo entre los 500 y 1000 °C. Estos son los mas importantes, aunque también se emplean: • Cromel-Constantan (tipo E). Hasta los 1200 °C. Validos para atmosferas oxidantes. • Platino-Platino Rodio (R y S). Se utiliza para medir por encima de 1500ºC

28. Información de estado: los captadores. • Temperatura. Pirómetros de radiación Se basan en la ley de Stefan-Boltzmann: «La intensidad de energía radiante emitida por la superficie de un cuerpo es función de la cuarta potencia de temperatura absoluta del cuerpo». E=σ T4 • Tipos: • Pirómetros ópticos. Se basan en la desaparición visual del filamento de una lámpara al contacto con la imagen del objeto enfocado. • Pirómetros de radiación total. Formados por una lente que convierte la radiación del objeto caliente en una termopila de pequenas dimensiones.

29. Información de estado: los captadores. • Otros. Transductores de luz Hacen uso de las radiaciones luminosas. Son afectados en sus propiedades eléctricas por las radiaciones, sean o no de luz visible. • Tipos:- Fotodiodos. • - Resistencias LDR. • Fotodiodos. • En este caso, al incidir la luz sobre este elemento, se genera una corriente eléctrica. Cuando no hay luz se comporta como un diodo normal. • Los paneles solares estan formados por fotodiodos. • Este elemento, junto con el fototransistor (más sensible y que amplifica el efecto de la luz incidente) y el diodo emisor de luz (LED) son la base de este tipo de detectores. • También pueden distingir colores.

30. Información de estado: los captadores. • Otros. Transductores de luz • Resistencias LDR. • Las resistencias LDR (Light Dependent Resistors), también denominadas fotorresistencias, utilizan la propiedad de algunos materiales de variar su resistencia eléctrica con luz. • La ley de variación de la resistencia en función de Ia energía luminosa (E) recibida es: • R = KE-α • Donde K y α dependen del material que constituye la fotorresistencia. A partir de aquí se comprende fácilmente su utilización, que será idéntica a Ia de cualquier transductor que emplea la resistencia como propiedad eléctrica (galgas y pirómetros).

31. Información de estado: los captadores. • Otros. Sondas de humedad Detectores de nivel (ultrasonidos) Detectores de incendios Etc…