1. Universidad De Oriente
Núcleo Monagas
Departamento De Ingeniería De Sistemas
Cursos Especiales De Grado
Automatización y Control de Procesos Industriales
Sensores y Transmisores Analógicos
Seminario: Instrumentos de Control Industrial
Facilitador: Equipo PLC:
Ing. Edgar Goncalves Domínguez, José
C.I: 18.211.092
Villarroel, Enoris
C.I: 17.547.489

2. Maturín, Octubre 2014
Índice
Índice..................................................................................................................................................ii
INTRODUCCIÓN..................................................................................................................................1
MARCO TEORICO................................................................................................................................2
Sensor.............................................................................................................................................2
Sensores Analógicos ......................................................................................................................2
Características de los sensores.......................................................................................................3
Algunos tipos de Sensores Analógicos............................................................................................4
Transmisores..................................................................................................................................5
Transmisores Analógicos................................................................................................................5
Características de los transmisores................................................................................................6
Ventaja de los transmisores analógicos..........................................................................................8
Desventajas de los transmisores analógicos...................................................................................8
DISCUSION..........................................................................................................................................9
CONCLUSION....................................................................................................................................12
BIBLIOGRAFIA...................................................................................................................................13
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3. INTRODUCCIÓN
En la actualidad, la automatización industrial constituye un tema amplio y de
gran importancia en el desarrollo e innovación de la industria de cualquier país.
Con el transcurrir de los años se ha buscado la manera de automatizar los
procesos, con el fin de mejorar la productividad, las condiciones de trabajo, evitar
riesgos al personal, la disponibilidad de los productos y simplificar el
mantenimiento de forma que el operario no requiera grandes conocimientos para
la manipulación del proceso productivo, entre otros. Todo esto gracias al constante
desarrollo y eficiencia productiva de la tecnología empleada.
Es por esto que es necesario, que el personal técnico y/o encargados de los
procesos de automatización, tengan los conocimientos requeridos, con el fin de
garantizar la salvaguarda de las personas y la protección de los equipos en las
industrias.
En el presente trabajo se hará referencia acerca de qué son los sensores y
transmisores analógicos que son utilizados hoy en día en la automatización
industrial, ya que estos son los elementos que proporcionan información
importante para el sistema de control, realizan la medición de los cambios que se
den en el mismo, y cómo puede ser afectado por las interferencias del entorno.
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4. MARCO TEORICO
Sensor
Un sensor o captador, como prefiera llamársele, no es más que un
dispositivo diseñado para recibir información de una magnitud del exterior y
transformarla en otra magnitud, normalmente eléctrica, que seamos capaces de
cuantificar y manipular. La función de los sensores es obtener señales eléctricas
en respuesta a magnitudes de entrada no eléctricas.
Sensores Analógicos
Areny, Ramón (2003) establece que según la señal de salida los sensores
se clasifican en: Analógicos y digitales.
Un sensor analógico es aquel que, como salida, emite una señal
comprendida por un campo de valores instantáneos que varían en el tiempo, y son
proporcionales a los efectos que se están midiendo; por ejemplo, un termómetro
es un dispositivo analógico, la temperatura se mide en grados que pueden tener,
en cualquier momento determinado, diferentes valores que son proporcionales a
su indicador, o a su "salida" en caso de un dispositivo electrónico. A diferencia de
los sensores digitales que transforman la variable medida en una señal digital, a
modo de pulsos o bits.
Los sensores con señales analógicas, por ejemplo, miden voltajes de cero a
cinco voltios. Estos convierten el voltaje medido en un número de entre 0 y 255, en
donde cero corresponde a una lectura de 0 y 255 corresponde a una medida de
cinco voltios. Dado que la conversión de la escala lineal, un voltaje de 2,5 voltios
generaría una conversión a un valor de entre 127 y 128.
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5. Características de los sensores
· Exactitud. Hace referencia a que se debe poder detectar el valor verdadero
de la variable sin errores sistemáticos. Sobre varias mediciones, la media
de los errores cometidos debe tender a cero.
· Precisión. Una medida será más precisa que otra si los posibles errores
aleatorios en la medición son menores. Debemos procurar la máxima
precisión posible.
· Rango de funcionamiento. El sensor debe tener un amplio rango de
funcionamiento, es decir, debe ser capaz de medir de manera exacta y
precisa un amplio abanico de valores de la magnitud correspondiente.
· Velocidad de respuesta. El sensor debe responder a los cambios de la
variable a medir en un tiempo mínimo. Lo ideal sería que la respuesta fuera
instantánea.
· Calibración. La calibración es el proceso mediante el que se establece la
relación entre la variable medida y la señal de salida que produce el sensor.
La calibración debe poder realizarse de manera sencilla y además el sensor
no debe precisar una recalibración frecuente.
· Fiabilidad. El sensor debe ser fiable, es decir, no debe estar sujeto a fallos
inesperados durante su funcionamiento.
· Costo. El costo para comprar, instalar y manejar el sensor debe ser lo más
bajo posible.
· Facilidad de funcionamiento. Por último, sería ideal que la instalación del
sensor no necesitara de un aprendizaje excesivo.
Todas estas características son las deseables en los sensores. Sin
embargo, en la mayoría de los casos lo que se procurará será un compromiso
entre su cumplimiento y el costo que ello suponga a la hora del diseño y
fabricación.
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6. Algunos tipos de Sensores Analógicos
· Potenciómetro: Son sensores de distancia resistivos que incorporan un
cursor arrastrado por un vástago sobre una pista resistiva plástica, que
provoca una variación de resistencia en los terminales de salida.
· Acelerómetro: están pensados para realizar una medida de aceleración o
vibración, proporcionando una señal eléctrica según la variación física, en
este caso la variación física es la aceleración o la vibración.
· Capacitivos: Están especialmente diseñados para lograr detectar materiales
aislantes tales como el plástico, el papel, la madera, entre otros, no
obstante también cuentan con la capacidad de detectar metales.
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7. Transmisores
Los transmisores son instrumentos que convierten la salida del sensor en
una señal suficientemente fuerte como para transmitirla al controlador o a otro
aparato receptor. Las señales de salida del transmisor pueden ser neumáticas,
eléctricas o digitales.
Este alimenta eléctricamente a las bobinas con corriente alterna. Convierte
la señal de mV a la señal adecuada para los equipos de indicación y de control.
Transmisores Analógicos
El transmisor análogo, es un equipo electrónico de alta precisión que
procesa y convierte una señal generada por una o por un conjunto de celdas de
carga a un formato estándar de Corriente 0/4 a 20mA y/o a un formato estándar de
Voltaje 0/2 a 10 VDC, siendo estos formatos típicamente usados en el Control de
Procesos Industriales utilizados, por ejemplo, por PLC. Existen otras alternativas
de formatos, sin embrago, estos son los más usados.
La señal de salida de los transmisores analógicos es de la siguiente
manera:
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8. Características de los transmisores
Los transmisores analógicos son los de uso más difundido en la actualidad
y sus características fundamentales son:
· Son compactos en tamaño
· Reducidos costos del equipo
· Ideales para industrias de aceite/gas, químicas, potencia, agua/agua
residual, alimentos/bebidas y en general.
· Capaces de realizar mediciones de flujo y presión diferencial, presión de
vacío, presión absoluta y nivel de líquidos.
· Capacidad de calibración en múltiples rangos de medición. Usualmente al
momento de la adquisición del transmisor se especifica el rango de
medición para el cual va a ser utilizado, lo que permitirá la precalibración en
fábrica del instrumento. Sin embargo, estos transmisores pueden ser
recalibrados por el usuario en cualquier rango válido de medición siguiendo
los procedimientos indicados por el fabricante.
· Pueden ser reparados con relativa facilidad. La mayoría de estos
transmisores son de construcción modular (tienen circuitos separados para
la sección de amplificación, transductor, lazo de corriente, etc.) de modo
que la reparación se puede lograr rápidamente mediante la sustitución del
módulo dañado.
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9. · Dependiendo de la variable medida, pueden tener capacidad de aceptación
de un amplio espectro de sensores. Por ejemplo, en el caso de los
transmisores de temperatura pueden aceptar sensores tales como:
termopares de varios tipos (J, K, T, R, S, E, B) o RTD de diferentes
características (platino, níquel y cobre, con varias resistencias nominales).
· Capacidad para ser alimentados a través del propio lazo de corriente de
transmisión de la señal analógica (conexión a dos hilos). También existen
modelos con alimentación de la línea (conexión a cuatro hilos).
· La velocidad de respuesta es de 2 a 5 veces superior a las de los
transmisores digitales. Igualmente el tiempo de recuperación debido a una
falla en la alimentación del transmisor es menor que el caso delos
transmisores digitales.
· Buena exactitud pudiéndose obtener hasta ± 0,05% del alcance calibrado.
· Capacidad de aislamiento entre la circuitería de entrada y la de salida. Esta
capacidad está incluso presente en los transmisores alimentados a través
del propio lazo de transmisión de la señal analógica. Se logra mediante la
utilización de convertidores AC/DC y de transformadores que suministran el
aislamiento galvánico.
· Capacidad de protección de la circuitería interna contra picos y respuestas
transitorias.
· Debido a que la calibración del rango de medición es lograda usualmente a
través de dispositivos electro-mecánicos (potenciómetros), este tipo de
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10. instrumento es propenso a inestabilidad en el tiempo (drift) por lo que
generalmente requieren recalibración periódica.
· Cumplen con el estándar ISA [S50.1] para transmisión de señales
analógicas, lo que asegura la compatibilidad con cualquier instrumento
receptor que cumpla igualmente con dicho estándar.
Ventaja de los transmisores analógicos
La principal ventaja de los transmisores analógicos es que trabajan en
tiempo real. En los instrumentos digitales se toman muestras en el orden de 2 a 20
muestra/s (sean time: 50 ms a 500 ms). Por lo tanto, en procesos muy rápidos no
se pueden utilizar instrumentos digitales, se deben usar analógicos. Entre otras
ventajas podemos mencionar:
Desventajas de los transmisores analógicos
· Necesita recalibración para cambiar el rango de medición, y es necesario
experiencia.
· Se necesita retirar el instrumento de la línea para calibrar.
· Los componentes, como los potenciómetros, experimentan "drift".
· La Idealización es fija para un solo tipo de sensor.
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11. DISCUSION
Los sensores existen desde siempre, porque el hombre los tiene incluidos
en su cuerpo y de diferentes tipos.
Un sensor viene a ser un transductor en la medida que se tenga una
variable a medir y se requiera de una señal eléctrica de salida. El sensor ideal es
un instrumento que no altera la propiedad medida. Por ejemplo, si se mide
temperatura, el sensor ideal no debería aportar ni recibir calor, es decir debería
tener una masa igual a cero; o no debería estar en contacto con la masa a la que
le está midiendo la temperatura.
En la industria existen principalmente seis tipos de señales físicas que
requieren ser medidas: magnéticas, eléctricas, ópticas, mecánicas, térmicas y
moleculares, y dado que en donde se mide no es conveniente extraer energía, se
utiliza el sensor para amplificar la señal, esto con la ayuda de amplificadores
electrónicos. Además en algunas aplicaciones es más conveniente la transmisión
de señales eléctricas, dado que estas son más versátiles que una señal de tipo
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12. mecánica, hidráulica o neumática. Otra ventaja importante, es que existen muchos
medios para almacenar, registrar, procesar y presentar la información electrónica.
En estos dispositivos es necesario utilizar circuitos de acondicionamiento,
esto con el objetivo de que el instrumento genere una señal eléctrica normalizada,
esto en el sentido que las señales eléctricas que se obtendrán serán magnitudes
con un rango de valores establecidas por alguna organización internacional como
lo es la IEC, IEEE, e ISA entre otras; Esto se da porque las señales de los
instrumentos, en este caso de tipo analógicas, deben ser conectadas a algún
controlador del proceso, como es el caso de los PLC y otros medios de control, los
cuales tienen módulos especiales que convierten las señales analógicas a
digitales (convertidores analógicos-digital) y estos se fabrican bajo normas y
estándares para aceptar cierto rango de corriente y voltaje a la entrada del
convertidor en un rango normalizado de 4 a 20 mA o de 1 a 5Vdc.
El sensor analógico debe poseer ciertas propiedades indispensables como:
calibración, rango de funcionamiento, confiabilidad, velocidad de respuesta,
exactitud precisión, sensibilidad, linealidad entre otros. Esto con el fin de que el
control de la variable que se mida, se lleve a cabo de la mejor manera y en el
menor tiempo posible.
Los transmisores analógicos, han sido los elementos de mayor uso dentro
de la electrónica en la actualidad. Se caracterizan por ser reparados con relativa
facilidad, ya que muchos de ellos son de construcción modular y permiten un
mejor y pronto desarmado para la reparación; además de que tienen capacidad de
calibración en múltiples rangos de medición.
En procesos relativamente complejos o peligrosos, se deben llevar las
variables medidas hasta una sala de control, donde usualmente se encuentran los
instrumentos controladores e instrumentos indicadores mediante los cuales un
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13. operador puede, de un vistazo, verificar el estado operativo del proceso, y realizar
los ajustes necesarios.
Normalmente las señales de salida de los sensores no tienen la suficiente
potencia como para poder ser transmitidas a distancia (más de 50 m). En estos
casos se deben utilizar transmisores que permitan enviar la señal desde el campo
(proceso) hasta la sala de control. Actualmente existen dos estándares para la
transmisión en forma analógica de variables de proceso, los cuales son: 3 a 15 psi
para señales neumáticas, y 4 a 20 mA para señales analógicas eléctricas.
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14. CONCLUSION
En todo proceso industrial intervienen determinadas variables físicas, que
en su mayoría no son eléctricas, como lo son la temperatura, presión, nivel,
fuerza, posición, velocidad, desplazamiento, etc. Todas estas juegan un papel
importante en los procesos y el efecto de ellas influye en la operación de los
distintos productos y dispositivos presentes. Es decir, que pueden variar cualquier
proceso industrial y es esencial que sean monitoreadas y controladas.
La medición de estas, puede darse a través de sensores que conviertan
estas magnitudes en otras más fáciles de medir, en este caso no existe alguna
modificación del valor de la misma, ya que son equivalentes, el cambio sólo se
realiza por la facilidad de la medición de dicha variable; y el transmisor es un
instrumento que capta la variable en proceso y la transmite a distancia a un
instrumento indicador o controlador.
La utilización de los sensores y transmisores es indispensable en la
automatización de industrias, en forma general son dispositivos capaces de
detectar diferentes tipos de materiales o sea recibe una señal o estímulo y
responde a este con una señal de salida. En la automatización de un proceso
interesa las relaciones existentes entre las variables de entrada y salida,
normalmente 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. Los sensores analógicos son aquellos que producen un cambio de
variación continua en el valor sobre su rango de medida, y convertir esta medida
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15. en una cantidad representada de manera eléctrica, que luego es transformada en
una señal que es transmitida al a otro aparato receptor, a través de los
transmisores.
BIBLIOGRAFIA
Areny, Ramón (2003). Sensores y Acondicionadores de Señal. 4ta. Edición.
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Chaves, Pablo (2008). Sensores Analógicos utilizados en la Automatización
Industrial. Disponible en:
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Areny, Ramón (2003). Adquisición y Distribución de Señales. Editorial Marcombo,
S.A. Disponible en:
http://books.google.co.ve/books?
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%20analogicos&f=false
Ruiz, Enrique & Sánchez, Velasco (2007). Educatrónica. Innovación en el
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%20analogo&f=false
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16. Sensing, S.L. Normativa SSIL Aplicada. Consultada el 08-10-14. Disponible en:
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35/
Calderón, Juan & Sánchez, Yamilet (2004) Mediciones e Instrumentación
Industrial. https://es.scribd.com/doc/50892081/PS2321-GUIA-COMPLETA-rev-4-2-
Cap-1-6-instrumentacion-industrial
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