S. Electromagnticos n Utilizados para medir tensiones y corrientes variables en el tiempo, as

como potencia elctrica, velocidad lineal y velocidad y posicin angular. n Su principio de funcionamiento se basa en la Ley de Faraday-Henry de la

induccin electromagntica

dtde =

S. Electromagnticos Velocidad Lineal n Formada por un devanado fijo dentro del cual se mueve un imn

permanente unido al objeto a medir.

v

N S

e

S. Electromagnticos Rotatorios n Empleados para medir velocidad y/o posicin angular. n Contienen un elemento giratorio (rotor) solidario al elemento que se desea

medir; y otro elemento esttico (estator) coaxialmente ubicado respecto al rotor.

S.E.Rotatorios de Velocidad Angular - Tacmetros n Son generadores especiales de corriente continua o de alterna. n De ah su clasificacin en Dnamos Tacomtricas y Alternadores

tacomtricos

NS

NS

a

b

rotorbobinado

escobillas

colector

estator a b

estatorbobinado

Rotor conpolos

magnticos N

N

S

Dnamo Tacomtrica Alternador Tacomtrica

S.E.Rotatorios de Velocidad Angular Tacgenerador de Reluctancia Variable

n Contiene una rueda dentada de material ferromagntico y de m dientes unidos aleje cuya velocidad se desea medir

N S

e

0

a

b

180

ReluctanciaRR

Flujo

,

cosba)( +

)tm(senmbe =

S.E.Rotatorios de Posicin Angular Resolvers n Son transformadores variables rotativos que contienen dos devanados en el

estator colocados a 90 y dos en el rotor tambin a 90

n Si el devanado E1 se excita con una seal senoidal mientras que E2 no se alimenta, entonces existir una posicin en la que la tensin inducida en el secundario del rotor R1 es mxima mientras que R2 es cero.

E2

R1

E1

R2

eE2

eE1

eR2

eR1

cosee11 ER =

senee12 ER =

Sensores Piezoelctricos n El fenmeno piezoelctrico consiste en la aparicin de una carga elctrica

cuando el cristal es sometido a alguna deformacin. n Este fenmeno fue descubierto por Jacques y Pierre Curie en 1880 n Si al material piezoelctrico que se muestra se le aplica una fuerza F,

entonces se produce una deformacin. Este comportamiento se puede describir con la siguiente ecuacin.

n Donde m = masa del cristal s = coeficiente elstico r = coeficiente de rozamiento x = deformacin producida

TERMINAL

ELECTRODOS

MATERIAL PIEZOELCTRICOTERMINAL

F

e

+ + + + + + + +

- - - - - - - -

sxdtdxr

dtxdmF 22

++=

Sensores Piezoelctricos n El efecto piezoelctrico hace que aparezca una carga

n Ahora si los terminales de este dispositivo lo conectamos a un circuito, entonces podra aparecer una corriente dada por

n Entonces la fuerza aplicada seria proporcional a:

n Esta ecuacin es similar a la ecuacin de un circuito RLC

exkq =

dtdxK

dtdx

ek

dtdqi ===

++= idtKsi

Kr

dtdi

KmF

+3F

KrRP

=KmLP

=

=sKCP

Piezoelctricos Circuito Equivalente

++== idtC1

dtdiLiRFV

PPP

+3F

PR PL1C

2C

Medida de Fuerza, Aceleracin y Presin

C

+F F

sCKC

2P

C

+a

C

+F

m

P

S

(a)

(b)

(c)

C

+F

C

+a a

sCmKC

2

P

C

+F

m

P

S

(a)

(b)

(c)

C

+F

C

+a

C

+FP

sCSKC2P

m

P

S

(a)

(b)

(c)

Respuesta de un sensor piezoelctrico

C

+v

SENSOR EQUIPO DEMEDIDA

v

fo

log f

Respuestaen vaco

fc

Respuestaen carga

Sensores Piroelctricos n El fenmeno piroelctrico esta relacionado con el efecto piezoelctrico la

diferencia esta en que las cargas ahora son inducidas por efecto trmico y no mecnico.

n Esta formado por un condensador, constituido por una fina pastilla de material cermico ferroelctrico con dos electrodos en su superficie sobre los que se induce una carga elctrica por efecto trmico.

d

DIELCTRICO

ELECTRODOS

Flujo de radiacin

(a) (b)

S.Piroelctricos Principio de Funcionamiento n El material cermico que acta como dielctrico esta formado por

pequeos cristales que actan como dipolos elctricos. n Estos materiales son: Sulfato de Triglicina, (TGS) y el tantanato de Litio

(LiTaO3).

n El efecto piroelctrico se produce cuando la radiacin incidente hace que se incremente la temperatura del cermico provocando que cambie su polarizacin interna debido a la agitacin trmica.

n Esta reduccin en la polarizacin ocasiona un decremento en la carga superficial del material y un exceso de carga inducida en los electrodos.

n A este fenmeno se le denomina piroelectricidad primaria

+-

+-

+- -+ -

+-+

-+-+

-

+-+-

+-

-

+T1 T2 Tc

dTdp

dTdp

Material sinpolarizar

Materialpolarizado

(a) (b) (c)

Equivalente de un sensor piroelctrico

n El flujo de radiacin emitido por la fuente atraviesa un filtro infrarrojo de transmisin tF y llega al detector que absorbe esta energa y provoca un cambio de temperatura T. Por efecto piroelctrico se produce la conversin trmica-elctrica generndose una carga en los electrodos del sensor que luego se transforma en seal de tensin.

tFDF s DTp DQp Dup

Conversintrmica

Conversintrmica-elctrica

Conversinelctrica

Sensor piroelctrico - Aplicaciones

n La aplicacin ms tpica es la radiacin infraroja, sin embargo podemos mencionar:

n Pirometra ptica : Medida de temperatura a distancia n Termometra : Termmetros de alta resolucin. n Detectores de presencia y movimiento n Detectores de llamas n Visin nocturna : Imgenes trmicas n Radiometra : Medida de la potencia generada por una fuente

de radiacin. n Espectroscopia y anlisis de gases (detectores de CO2) n Transmisin, reflexin y absorcin de IR

Sensores de Temperatura

n La aplicacin ms tpica es la radiacin infraroja, sin embargo podemos mencionar:

n Pirometra ptica : Medida de temperatura a distancia n Termometra : Termmetros de alta resolucin. n Detectores de presencia y movimiento n Detectores de llamas n Visin nocturna : Imgenes trmicas n Radiometra : Medida de la potencia generada por una fuente

de radiacin. n Espectroscopia y anlisis de gases (detectores de CO2) n Transmisin, reflexin y absorcin de IR

S. Temperatura : RTD

n Significa Resistance Temperature Detector n Sensor de temperatura de resistencia metlica n La resistencia de un conductor metlico viene dada por: A

lR =

SMBOLO

ASPECTO

+t+t+t

+T

S. Temperatura : RTD

n Resistividad y coeficiente trmico de metales usados en RTDs n El metal de ms bajo coeficiente trmico y el de mayor resistividad es el

Platino n Las RTDs de platino son conocidas como Pt100

Metales R e s i s t i v i d a d (), -m

Coeficiente trmico, (K)-1

Platino, Pt 10,610-8

3,910-3

Nquel, Ni

6,8410-8

710-3

Wo l f r a m i o , W

5,610-8

4,510-3

Cobre, Cu

1,6810-8 4,310-3

Metales R e s i s t i v i d a d (), -m

Coeficiente trmico, (K)-1

Platino, Pt 10,610-8

3,910-3

Nquel, Ni

6,8410-8

710-3

Wo l f r a m i o , W

5,610-8

4,510-3

Cobre, Cu

1,6810-8 4,310-3

S. Temperatura : RTD

n Modelo Matemtico :

n Curvas de Calibracin

)T1(RR 0T +=

0 100 200 300 400-100-200

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

T, C

RT/R0

Pt100Cu100Ni120

250

200

150

100

50

0 300 400-200 -100

R0

RT, Ohm

100

200 T, C

S.Temperatura : Tipos de RTD n Forma Constructiva

n Tamao n Caractersticas del medio n Tipo de metal utilizado

SELLO DE CEMENTOCERMICO

ALAMBRE DEPt

TUBO DE ACEROINOXIDABLE

TERMINALES DEALEACIN DE Pt

AISLAMIENTO DEMICA

AISLADOR CERMICO

BOBINADA

BOBINA DE Pt

TERMINALES DEALEACIN DE Pt

AISLAMIENTO DE MICA

AISLADOR CERMICO DEALTA PUREZA

SELLO DEVIDRIO

POLVO CERMICO

SELLO DEVIDRIO

BOBINA SUSPENDIDA

TERMINALES

VIDRIO (SOPORTEDE TERMINALES)

SUSTRATOCERMICO

PELCULA DEPt

DEPOSITADA

CAPA PROTECTORADE VIDRIO

PELCULA METLICA

(a)

(b)

S. Temperatura : Termopares

n Sensores activos de tipo analgico basados en el efecto Seebeck.

n Principio de funcionamiento

n La fuerza electromotriz generada depende de la diferencia entre la unin fra y la unin caliente. E = F(Tc-Tf)

n Para ciertos materiales la relacin entre la diferencia de temperatura y la f.e.m generada es lineal

Metal 1

Metal 2

T1

T2

V1

T2

Metal 1

Metal 2

T1

T2

T2

T3T3

Metal 3

Metal 1

V2=V1

S. Temperatura : Termopares

n Para recoger las f.e.m se deben conectar los extremos fros a conductores de cobre u otro metal y por el mismo efecto aparecer una f.e.m de contacto .

n Para compensarla se requiere que ambas uniones fras se mantengan a una misma temperatura.

n Esto requiere un circuito adicional, suele utilizarse una NTC como sensor adicional

Voltmetro

Metal 1

Metal 2

Cu

Cu

Tc

Tf

Tf

T3

S. Temperatura : Tipos de Termopares

Tipo Composicin (terminal positivo - negativo)

Campo de medida

recomendado

Sensibilidad (a 25C)

J Fe - Constantn* 0 a 760C 51,5 V/C K Cromel* - Alumel* -200 a 1250C 40,5 V/C N Nicrosil* - Nisil* 0 a 1260C 26,5 V/C T Cu - Constantn -200 a 350C 41,0 V/C R 13%Pt 87%Rh - Pt 0 a 1450C 6 V/C S 10%Pt 90%Rh - Pt 0 a 1450C 6 V/C B 30%Pt 70%Rh - 6%Pt 94%Rh 800 a 1800C 9 V/C (a 1000 C)

(a) (b) (c)

AislanteVaina protectora

S. Temperatura : Curvas de Calibracin

-200 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000

0

10

20

30

40

50

60

-10

Temperatura (C)

RSB

K

J N

T

Tens

in

(mV

)

Vaina protectoraConector isotrmico

Transductores de Presin n Basados en la deformacin de un elemento elstico (membrana, tubo

de Bourdon, etc) cuyo movimiento bajo la accin del fluido es detectado es detectado por un transductor de pequeos desplazamientos (galgas, LVDT, piezoelctricos, etc).

n Tubo de Bourdon n Es un tubo de seccin elptica que forma una anillo casi completo,

cerrado por un extremo. Al aumentar la presin en el interior del tubo, ste comienza a enderezarse y el movimiento es transmitido a una aguja indicadora por un sector dentado y un pin.

Transductores de Presin n Diafragma n Consiste en una o varias cpsulas circulares

conectadas rgidamente entre si por soldadura, de forma que al aplicar presin, cada cpsula se deforma y la suma de los pequeos desplazamientos es amplificada por un juego de palancas. El sistema se proyecta de tal modo que, al aplicar presin, el movimiento se aproxima a una relacin lineal en un intervalo de medida lo mas amplio posible con un mnimo de histresis y de desviacin permanente en el cero del instrumento.

Transductores de Presin

n Fuelle Parecido al diafragma compuesto, pero de una sola pieza flexible axialmente, y puede dilatarse o contraerse con un desplazamiento considerable