1 Automatización I Instrumentación

2 Objetivos Identificar los principios básicos utilizados en los sensores comúnmente conocidos Clasificar los sensores de acuerdo a ciertos parámetros Conocer las características de funcionamiento de los sensores

3 Conceptos básicos

4 Introducción Para que un sistema electrónico pueda controlar un proceso es necesario que reciba al información de determinadas variables físicas del mismo, que en su mayoría no son eléctricas.

5 Definición Un sensor es todo dispositivo que tiene algún parámetro que es función del valor de determinada variable física del medio en el cual está situado

6 Componentes básicos de un sensor

7 Transducción capacitivaLos elementos de transducción capacitiva convierten un cambio de la magnitud a medir en un cambio de capacidad. El cambio de capacidad puede producirse por: La variación de la distancia de las placas El cambio del material dieléctrico entre las placas

8 Transducción inductivaLos elementos de transducción inductiva convierten un cambio de la magnitud en un cambio en la autoinductancia de un devanado único, provocado por el movimiento del núcleo ferromagnético

9 Transducción electromagnéticaLos elementos de transducción electromagnética convierten un cambio de la magnitud a medir en un tensión inducida en un conductor, debido a un cambio en el flujo magnético en ausencia de excitación

10 Transducción piezoeléctricaLos elementos de transducción piezoeléctrica convierten un cambio en la magnitud a medir en un cambio en la tensión generada por ciertos materiales cuando se encuentran sometidos a un esfuerzo mecánico

11 Transducción resistivaLos elementos de transducción resistiva convierten un cambio en la magnitud a medir en un cambio en la resistencia debido a diversos medios como calentamiento, enfriamiento, esfuerzo mecánico, humidificación de sales eléctrolíticas.

12 Clasificación de sensores

13 Según funcionamiento Activos Pasivos Piezoeléctricos FotoeléctricosTermoeléctricos Magnetoeléctricos Pasivos Resistivos Capacitivos Inductivos

14 Según señal que generanAnalógicos Digitales Temporales

15 Según rango de valores Sensores de medida Sensores “on-off”

16 Según nivel de integraciónSensores discretos Sensores integrados Sensores inteligentes

17 Según variable física medidaPresión Temperatura Humedad Fuerza Aceleración Velocidad Caudal Presencia y/o posición de objetos Nivel de sólidos o líquidos Desplazamiento de objetos Químicos

18 Características de funcionamiento

19 Características estáticasLas características estáticas describen el comportamiento del sensor en unas condiciones ambientales determinadas, con cambios muy lentos en la magnitud a medir y en ausencia de condiciones externas duras

20 Precisión La precisión define su categoría o clase y en general depende del principio de transducción utilizado y del tipo de magnitud a medir

21 Calibración Procedimiento mediante el cual se ajusta la salida de un sensor o equipo sobre su rango completo de medida, de forma que coincida al máximo posible con una serie de valores conocidos derivados de los patrones de medida correspondientes a la magnitud a medir

22 Histéresis

23 Linealidad

24 Repetibilidad Representa la capacidad de un sensor para proporcionar los mismos valores de salida cuando se le aplica consecutivamente el mismo valor de la magnitud a medir, bajo las mismas condiciones y en la misma dirección

25 Umbral Es el cambio más pequeño de la magnitud de entrada que produce un cambio medible en la salida

26 Resolución Se define como el cambio o escalón más pequeño de la salida cuando la magnitud a medir varía continuamente dentro del rango de funcionamiento.

27 Sensibilidad Representa la variación de la señal de salida del sensor cuando se produce un cambio del valor de la magnitud a medir. Activos [Magnitud eléctrica/magnitud física] Pasivos [Salida a escala/Tensión de alimentación]

28 Características dinámicasEspecifican la respuesta del sensor al variar la magnitud a medir. Con el fin de definir cuantitativamente las características de respuesta dinámica de un sensor industrial, se estudia la forma de onda de la señal de salida

29 Respuesta en frecuencia

30 Tiempo de respuesta Se define como el tiempo transcurrido desde que se aplica una cambio en escalón de la magnitud a medir hasta que la salida alcanza un porcentaje determinado de su valor final y se denomina tr

31 Tiempo de subida Determina el intervalo comprendido entre el instante en que la señal alcanza el 10% de su valor final y aquel en que alcanza el 90%, como resultado de un cambio en escalón en la magnitud de entrada, y se denomina ts

32 Constante de tiempo Simbolizado por , representa un caso particular del tiempo de respuesta y se define como el tiempo necesario para que la salida alcance el 63% de su valor final cuando se le aplica una señal en escalón

33 Amortiguamiento Es la diferencia entre el valor de pico de la señal de salida y su amplitud final, y suele expresarse en porcentaje de esta amplitud.

34 Seleccionando un sensor

35 Seleccionando un sensorMedio Costo Precisión Rango Salida

36 Instrumentación para automatización

37 Justificación Es necesario poder recolectar datos del proceso y su estado actual con el fin de que el autómata pueda seguir la secuencia pre-establecida en base a esta información.

38 Proceso - Autómata Sensores Proceso Autómata Actuadores

39 Sensores Permiten identificar y establecer el estado actual de ciertas variables decisivas en el automatismo. Los necesarios en el área de automatización entregarán un señal discreta (on-off) o análoga de acuerdo a la variable y a las necesidades de medición.

40 Razones de un sensor Seguridad Estado de una variable MandosConfirmaciones

41 Fin de carrera

42 Botones y pulsadores

43 Fotocelda

44 Encoder

45 Termocupla

46 PT100

47 Nivel

48 R-Shunt

49 Actuadores Cuando el autómata reconoce el estado actual de proceso, toma decisiones de acuerdo al secuenciamiento pre-configurado y ejerce acciones sobre el sistema a través de los actuadores

50 Relé

51 Variadores de frecuencia

52 PWM

53 Relé de estado sólido

54 Conclusiones

55 Conclusiones A la hora de seleccionar un sensor adecuado es necesario tener en cuenta las características del dispositivo y su efecto en el proceso En el campo de la ingeniería, es necesario explorar los diferentes principios que gobiernan la transducción, con el fin de proponer soluciones adecuadas en el área de instrumentación