Sensores

1. Instrumentación y Comunicaciones
Industriales 1
Sensores

2. Instrumentación y Comunicaciones
Industriales 2
Introducción
 Los Sensores son ejemplos de
transductores
Un transductor es un dispositivo que
convierte energía de tipo calórica,
lumínica, acústica, presión, movimiento,
caudal, etc. a eléctrica para poder medirla
y eventualmente controlarla en forma
relativamente fácil

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 Sensor o Elemento Primario
 Criterios de Clasificación de Sensores
– Según requerimientos de fuente de energía
Activos ó Pasivos
– Naturaleza de la señal de salida
Digitales ó Analógicos
– Naturaleza de la magnitud a medir
Mecánicos, Térmicos, Magnéticos, Químicos, etc.
– Variable física de medida
Resistivo, Inductivo, Capacitivo, Piezoeléctrico, etc.

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Clasificación según su función
Sensor de revoluciones
Sensor de fase
Sensor de velocidad
Medidor de masa de aire
Medidor de flujo de aire
Sensor de presión absoluta
Sensor de temperatura de aire
Sensor de temperatura de agua
Sensor de posición de la mariposa
Sensor de oxígeno
Sensor de detonación

5.  Clasificación según su principio de
funcionamiento
 Sensor inductor
Sensor Hall
Sensor de alambre o lámina caliente
NTC
Medidor de potencia
etc.
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 Sensores
Analógicos
– Proveen una señal
continua tanto en
magnitud como en
contenido espacial o
temporal.
 Temperatura,
desplazamiento,
intensidad lumínica,
etc.
Sensores Digitales
La salida toma la
forma de
escalones o
estados discretos.
Contacto
(switch),
encoder, etc

7. Instrumentación y Comunicaciones
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Parámetros de los Sensores
Campo de Medida, Rango (Range)
– valores máximo y mínimo que pueden ser medidos
Alcance (Span)
– Diferencia algebraica entre los valores superior e
inferior del campo de medida del instrumento.
Error
– diferencia entre el valor medido y el valor verdadero
– Error absoluto = resultado – valor verdadero
– Error relativo = error absoluto / valor verdadero

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•Errores sistemáticos
•Son resultado de una variedad de factores
•Interferir o modificar variables (temperatura)
•Drift (cambios en la estructura física o química)
•El proceso de medida hace variar la magnitud
(transmisor)
•El medio de transmisión hace variar la señal
(atenuación)
•Errores humanos
•Pueden ser corregidos con métodos de compensación

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 Errores aleatorios
– También denominado ruido: señal que no
contiene información
– Error aleatorio verdadero (ruido blanco)
Ruido ambiente (tomado por un micrófono)
Interferencia electromagnética
 La relación señal ruido debe ser >>1

10. Instrumentación y Comunicaciones
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 Exactitud
– Es la cualidad del instrumento que tiende a dar
lecturas próximas al valor verdadero de la magnitud
medida
 Precisión
– Es el grado de reproducibilidad de las medidas

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Sensores de Temperatura
 RTD (Detector de Temperatura
Resistivo)
Resistencia variable con la
temperatura
RT= R0 (1 + a DT + b DT2 +
········)
R0 es la resistencia a la
temperatura T0
DT es la diferencia de
temperaturas (T- T0)
a, b,... Son los coeficientes de cada
metal
Son de
coeficiente
positivo

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Materiales para la fabricación de
RTDs
Propiedades:
-Maleables
-Curva de transferencia estable y
repetitiva
-Resistentes a la corrosión
-Bajo costo
-Variación de resistencia
lineal con la temperatura
cobre, níquel, hierro-
níquel, platino

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Formas Constructivas
Bobinada
Película
Metálica
Bobina
Suspendida

14. Instrumentación y Comunicaciones
Industriales 14
Ventajas y desventajas de las
RTDs
 Ventajas:
– Lineales
– Estables
– Intercambiables
 Desventajas
– Sensibilidad baja
– Voluminosas
– Alta Inercia Térmica (Alto tiempo de respuesta)
– Medianamente frágiles
– Autocalentamiento

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Termistores
– Materiales semiconductores que utilizan
como variable su resistencia para detectar
variaciones de temperatura.
Se fabrican con óxidos de
diversos metales como
níquel, cobalto, cobre,
titanio, manganeso, etc

16. Instrumentación y Comunicaciones
Industriales 16
Donde:
T: es la temperatura (en º kelvin),
TRef es la temperatura de referencia,
generalmente la temperatura ambiente
(25 °C; 77 °F; 298.15 ºK)
R: es la resistencia del termistor (W)
RRef: es la resistencia a TRef
b: es una constante de calibración
dependiente del material del termistor,
generalmente entre 3,000 and 5,000 ºK.

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 Ventajas:
– Alta sensibilidad
– Alta precisión (+/- 0.02 ºC)
– Pequeño Tamaño
– Baja Inercia Térmica (bajo tiempo de
respuesta)
– Estabilidad y repetibilidad a largo plazo
– Coeficientes positivos y negativos (PTC,
NTC)
 Desventajas
– Altamente alineales
– Limitado rango de utilización (-40 ºC a +150
ºC)

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Termocuplas (pares termoeléctricos)
 Sensores de temperatura por efecto
termoeléctrico, conformado por dos metales
distintos conectados en dos junturas
diferentes.

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Principio de funcionamiento
 Efecto Seebek: En un circuito conformado
por dos metales cuyas junturas están a
temperaturas diferentes, circula una pequeña
corriente.
 Efecto Peltier: Reversibilidad del fenómeno.
Si se aplica una tensión al circuito anterior,
una juntura se calienta y la otra se enfría
dependiendo del sentido de circulación de la
corriente.
 Efecto Thompson: Cualquier material
conductor homogéneo, expuesto a un
gradiente de temperatura, genera una fem
entre sus extremos.

20. Instrumentación y Comunicaciones
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Tipos de termocuplas
 Las termocuplas se consiguen en
diferentes combinaciones de metales o
calibraciones. Las cuatro más comunes
son las tipo: J, K, E y B. Cada una tiene
diferente rango de aplicación
dependiente de la temperatura y el
entorno de trabajo.

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 Semiconductores
– Es un dispositivo
semiconductor con las
propiedades de un diodo
– Económico, lineal y fácil de
usar
– Rango de temperatura
limitado (-50C to 150 C)
debido a la naturaleza de los
materiales semiconductores

22. Instrumentación y Comunicaciones
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Pirómetro
 También denominado termómetro de
radiación, es un instrumento que permite
medir la temperatura de una superficie
midiendo la radiación electromagnética
(infrarroja o visible) emitida por un
objeto.
 La radiación EM de características
térmicas abarca un rango de longitudes de
onda que van desde el ultravioleta
profundo hasta mitad del infrarrojo (0.1 a
100 mm).

23. Sensor de revoluciones y PMS
 Reluctancia magnética
Instrumentación y Comunicaciones
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Tiene por finalidad generar
la señal de rotación del
motor y la posición del
cigüeñal.
Combinando la señal de
rotación y PMS, permite a la
UCE identificar el cilindro en
encendido

24.  Efecto Hall
En un conductor por el que circula una corriente, en
presencia de un campo magnético perpendicular al
movimiento de las cargas, aparece una separación
de cargas que da lugar a un campo eléctrico en el
interior del conductor, perpendicular al movimiento
de las cargas y al campo magnético aplicado.
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25. Instrumentación y Comunicaciones
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Medidor de Paso de masa
Permite calcular con buena precisión la masa
de aire directamente aspirada por el motor,
para calcular junto con otros parámetros, la
cantidad óptima de combustible.
Alambre caliente Lámina caliente

26.  El termistor mide la
temperatura del aire entrante.
El hilo caliente se mantiene en
una temperatura constante en
relación con el termistor del
circuito de control electrónico.
Un aumento del flujo de aire
hace que el hilo caliente
pierda calor más rápidamente
y los circuitos de control
electrónico lo compensan
enviando una corriente mayor
a través del hilo. El circuito de
control electrónico al mismo
tiempo mide el flujo de
corriente y emite una señal de
tensión (VG) en proporción a
el flujo de corriente.
Instrumentación y Comunicaciones
Industriales 26

27. Sensor de detonación
 Permite identificar el fenómeno de detonación e
informar a la UCE para que esta pueda procesar
una estrategia de retardo en el punto de
encendido
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28. Principio de funcionamiento
 Piezoeléctricos: Este efecto reversible, permite
que al aplicar energía eléctrica sobre dos caras
del material, se produzca una deformación
mecánica en las otras dos.
 Se utilizan: cristales de cuarzo, cerámicas, sal de
Rochelle.
 La frecuencia de detonación (pistoneo) es
aproximadamente 15 KHZ.
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29. Sonda Lambda
Permite medir la concentración de oxígeno en
los gases de escape antes de que sufran alguna
alteración. La medida del oxígeno es
representativa del grado de riqueza de la
mezcla, magnitud que la sonda transforma en
un valor de tensión y que comunica a la unidad
de control del motor
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30. Los gases de escape de un motor están formados en un
80% por Nitrógeno, un 14-16% de dióxido de carbono o
CO2, y el resto agua (vapor) además de una pequeña
proporción de contaminantes, siendo los principales los
hidrocarburos (HC) y el monóxido de carbono (CO) . El
oxígeno residual es de un 0,3 % aproximadamente.
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El valor se sitúa para λ>1
(mezcla pobre, falta de
combustible o exceso de
aire) entre 0 y 150 mV, para
λ<1 (mezcla rica), exceso de
combustible o falta de aire)
entre 800 y 1000 mV