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Instrumentación - Sensores de Posición y Velocidad

Exposición 23-Agosto-2014 - Especialización en Control e Instrumentación Industrial UPBBGA
by

Diego Forero

on 23 August 2014

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Transcript of Instrumentación - Sensores de Posición y Velocidad

Tipos de Sensores
Especialización Control e Instrumentación Industrial
Sensores de Posición
Instrumentación
SENSORES DE POSICIÓN Y VELOCIDAD
Generalidades de la Variable
Definiciones de Posición:
En Física General
En Mecánica Clásica
En Relatividad General
En Mecánica Cuántica
Posición Lineal
Aplicaciones
Multimedia de Respaldo
Multimedia de Respaldo
Aplicaciones
Tipos de Sensores
Sensores de Velocidad
Generalidades de la Variable
Clasificación de Sensores de Velocidad:
Definición General:
Se asume como la postura o actitud de un cuerpo frente a un determinado marco de referencia. Se utiliza el término
posición
para referirse al estado físico o situación distinguible que exhibe el sistema.
Se establece como la postura de un objeto frente a un marco de referencia en el cual el desplazamiento, asumido como la diferencia de posición, se ejecuta de manera lineal.
Posición Angular
Se establece como la postura de un objeto frente a un marco de referencia en el cual se ejecuta una trayectoria rotacional en la cual el móvil tiene un solo grado de libertad. La posición se representa de manera suficiente mediante una solo cantidad,
el ángulo.
Resistivos
Inductivos
Magnéticos
Capacitivos
Ópticos
Principio de Funcionamiento
El potenciómetro
es un dispositivo electromecánico que consta de una resistencia de valor fijo sobre la cual se desplaza un contacto deslizante llamado cursor y que la divide eléctricamente.

El movimiento del cursor origina un cambio en la resistencia, el cual puede utilizarse para medir posiciones lineales o angulares de piezas acopladas al cursor.
Aplicaciones Específicas
Principales Fabricantes
Resolver
Principio de Funcionamiento
Aplicaciones Específicas
Principales Fabricantes
Sincroresolver
Principio de Funcionamiento
Aplicaciones Específicas
Principales Fabricantes
LVDT
Principio de Funcionamiento
Aplicaciones Específicas
Principales Fabricantes
RVDT
Principio de Funcionamiento
Aplicaciones Específicas
Principales Fabricantes
Magnetoresistivos
Principio de Funcionamiento
Aplicaciones Específicas
Principales Fabricantes
Efecto Hall
Principio de Funcionamiento
Aplicaciones Específicas
Principales Fabricantes
Principio de Funcionamiento
Aplicaciones Específicas
Principales Fabricantes
Principio de Funcionamiento
Aplicaciones Específicas
Principales Fabricantes
Aplicaciones militares
Aplicaciones industriales de espacio limitado
Aplicaciones industriales de producción de motocicletas deportivas
Aplicaciones sobre transferencias
Aplicaciones sobre procesos hidráulicos
Aplicaciones sobre procesos de moldeo por inyección
Aplicaciones en la industria textil
El elemento sensor es un condensador constituido por un electrodo sensible y un electrodo de referencia. Una cavidad de aire seco suele colocarse detrás del elemento capacitivo para proporcionar aislamiento. Normalmente se encuentran embebidos en una resina que suministra soporte mecánico y sellamiento.

El principio de funcionamiento radica en la detección de un cambio en la capacidad inducida por una superficie sobre el elemento sensor.
Aplicaciones en la industria de plásticos
Aplicaciones en la industria de alimentos
Aplicaciones en la industria automotriz
Aplicaciones en la industria de manufactura de herramientas
Aplicaciones en la industria textil
En su forma más simple constan de un disco transparente con una serie de marcas opacas colocadas radialmente y equidistantes entre sí de un sistema de iluminación en el que la luz es colimada de forma correcta, y de un elemento fotorreceptor. El eje cuya posición se quiere medir va acoplado al disco transparente.

El principio de funcionamiento radica en el conteo de los pulsos que se generan en el receptor cuando la luz atraviesa cada marca a medida que gira el eje.
Aplicaciones en la industria química
Aplicaciones en la industria de alimentos
Aplicaciones en la industria automotriz
Aplicaciones en la industria petroquímica
Aplicaciones en la industria textil
Aplicaciones en la industria farmacéutica
Aplicaciones militares
El efecto magneto-resistivo se basa en la propiedad de un material que cambia su resistividad por la presencia de un campo magnético externo. Este efecto se usa principalmente para la medición angular y la velocidad rotacional, donde no se requiera la linealización de la característica del sensor.

Este tipo de sensores se caracteriza por su alta sensibilidad en la detección de los campos magnéticos, en un amplio rango de temperatura de trabajo, con un ‘offset’ muy bajo y estable, y con una baja sensibilidad a la tensión mecánica.
Aplicaciones en la industria de alimentos
Aplicaciones en la industria automotriz
Aplicaciones en la industria textil
Aplicaciones en la industria farmacéutica
El efecto Hall relaciona la tensión entre dos puntos de un material conductor o semiconductor con un campo magnético a través del material. Cuando se utilizan por si mismos, los sensores de efecto Hall solo pueden detectar objetos magnetizados. Sin embargo cuando se emplean en conjunción con un imán permanente, son capaces de detectar todos los materiales ferromagnéticos. Cuando se utilizan de dicha manera, un dispositivo de efecto Hall detecta un campo magnético intenso en ausencia de un material ferromagnético en el campo cercano. Cuando dicho material se lleva a la proximidad del dispositivo, el campo magnético se debilita en el sensor debido a la curvatura de las líneas del campo a través del material.

Los sensores de efecto Hall están basados en el principio de una fuerza de Lorentz que actúa sobre una partícula cargada que se desplaza a través de un campo magnético. Esta fuerza actúa sobre un eje perpendicular al plano establecido por la dirección de movimiento de la partícula cargada y la dirección del campo. Es decir, la fuerza de Lorentz viene dada por F = q(v x B), en donde q es la carga, v es el vector de velocidad, B es el vector del campo magnético y x es el signo indicativo del producto vectorial.
Aplicaciones en la industria automotriz
Aplicaciones en la industria farmacéutica
Entre los sensores de posición lineales destaca el transformador diferencial de variaciónlineal (LVDT) debido a su casi infinita resolución, poco rozamiento y alta repetibilidad. Su funcionamiento se basa en la utilización de un núcleo de material ferromagnético unido al eje cuyo movimiento se quiere medir. Este núcleo se mueve linealmente entre un devanado primario y dos secundarios haciendo con su movimiento que varié la inductancia entre ellos. Los dos devanados secundarios conectados en oposición en serie ven como la inducción de la tensión alterna del primario, al variar la posición del núcleo, hace crecer la tensión de un devanado y disminuirá en el otro.
Aplicaciones en manufactura de peizas pequeñas
Aplicaciones en la industria química
Aplicaciones en la industria petroquímica
Aplicaciones en la industria de alimentos
Aplicaciones en manufactura de peizas pequeñas
Aplicaciones en la industria química
Aplicaciones en la industria petroquímica
Aplicaciones en la industria de alimentos para zonas asépticas y húmedas
Aplicaciones en manufactura de peizas pequeñas
Aplicaciones en la industria química
Aplicaciones en la industria petroquímica
Aplicaciones en la industria de alimentos para zonas asépticas y húmedas
Aplicaciones en manufactura de peizas pequeñas
Aplicaciones en la industria química
Aplicaciones en la industria petroquímica
Aplicaciones en la industria de alimentos
Mientras que los LVDT miden desplazamiento lineal, los RVDT miden desplazamiento angular. El máximo rango de medida de posición angular es aproximadamente ± 60°. Cuando los RVDT trabajan en el rango de los ± 40o, el dispositivo típico tiene un error de linealidad de 0.2% a fondo de escala. Si el desplazamiento angular se mantiene en ± 5o el error de linealidad se reduce por debajo del 0.1% a fondo de escala. El eje está soportado por cojinetes de bolas que minimizan la fricción y la histéresis mecánica.
Se trata de sensores analógicos con resolución teóricamente infinita. El funcionamiento de los resolvers se basa en la utilización de una bobina solidaria al eje excitada por una portadora, generalmente con 400Hz, y por dos bobinas fijas situadas a su alrededor.

El giro de la bobina móvil hace que el acoplamiento con las bobinas fijas varíe,consiguiendo que la señal resultante en estas dependa del seno del ángulo de giro. La bobina móvil excitada con tensión Vsen(wt) y girada un ángulo Ø induce en las bobinas fijas situadas en cuadratura las siguientes tensiones:

V1=Vsen(wt)senØ

V2=Vsen(wt)cosØ
Su funcionamiento en esencia es similar al de los resolver pero bajo un contexto digital mediante el aprovechamiento de estructuras de muestreo.

Entre sus ventajas destacan su buena robustez mecánica durante el funcionamiento y su inmunidad a contaminación, humedad, altas temperaturas y vibraciones. Debido a su reducido momento de inercia, imponen poca carga mecánica del funcionamiento del eje.
Definiciones de Velocidad:
En Física General
En Mecánica Clásica
En Relatividad General
En Mecánica Cuántica
Definición General:
La velocidad es una magnitud física de carácter vectorial que expresa el desplazamiento de un objeto por unidad de tiempo
Tipo de desplazamiento del objeto: rectilíneos y angulares.
Tipo de señal de salida: analógicos y digitales.
Tipo de recorrido para los lineales:
Ilimitado: Sin unión mecánica con el objeto.
Limitado: Con unión mecánica con el objeto.
Posición del sensor respecto al objeto:
Exterior: Tacómetros y tacodinamos.
Interior para los girómetros.
Velocidad lineal.


Recorridos limitados:
Tacómetro lineal de hilo.
Tacómetro lineal electromagnético.

Recorridos ilimitados:
Tacómetros lineales de ultrasonidos.
Tacómetros lineales de ondas luminosas (láser).
Tacómetros lineales de hiperfrecuencias (radar).

Velocidad angular.

El cuerpo de prueba es un disco solidario con el eje cuya
velocidad se quiere medir, en el disco hay referencias
dispuestas periódicamente.

– Tecnologías utilizadas:
Detección inductiva por reluctancia variable.
Detección inductiva por corrientes de Foucault.
Detección por efecto Hall.
Detección capacitiva.
Detección magnetorresistiva.
Detección fotoeléctrica.
Tacodinamos analógicas de corriente continua y alterna.

Principales Fabricantes
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