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Introducción a la electrónica. Sensores




Enviado por Pablo Turmero



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    Que es un sensor? Un sensor es un dispositivo que convierte un
    fenómeno físico a un senal medible (tensión,
    corriente) Temperatura Presión Posición Intensidad
    de luz sonido Fuerza, tensión Tensión
    Corriente

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    Caracterización de sensores Accuracy: Es la máxima
    difrerencia entre el valor indicado y el valor real
    Resolución – Es el minimo incremento que el sensor
    puede detectar. Repetitividad: La medida de un mismo valor es
    realizada y repetida con pequena Linealidad Precision – Se
    considera la resolución, precisión y repetitividad.
    Rango – es el valor limit que el sensor puede Respuesta dinamica:
    es el rango de frecuencia que un sensor puede operar (ej. Oido
    humano 10Hz-16 Khz) Lugar de aplicación: existen sensores
    que no pueden operar en condiciones ambientales severas.
    Calibración Costo

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    Sensor de desplazamiento angular El potenciometro

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    El potenciometro Conectado como divisor de voltaje, entrega una
    tensión proporcional a su posición angular

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    Sensor de posición angular Disco ranurado Puede medir
    posición relativa y/o posición absoluta.

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    Posición lineal Potenciometro lineal (similares a los
    utilizados en equalizadores de equipos de audio)

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    Posición lineal Transformador variable diferencial linear
    (LDVT) diferencial Se aplica una tensión alterna, y la
    tensión inducida en cada bobinado secundario dependera de
    la posición del nucleo magnetico Nucleo movil

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    Sensores de fuerza y momento Strain gauges: miden fuerza sobre un
    material midiendo la variación de su resistencia

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    Strain gauges Gauge factor

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    Circuito de medición Puente de Weasthone: La
    variación de resistencia es muy pequena. El uso del puente
    de Weasthone permite medir estas pequenas variaciones R2 se
    ajusta para obtener V0=0volts. El valor de la Rstrain se puede
    calcular con

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    Sensor piezoeléctrico Un cristal al ser sometido a una
    presión desplaza una pequena cantidad de carga. Efecto
    piezoelectrico Otras aplicaciones: microfonos, parlantes

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    Sensado de temperatura Termistores Resistencias NTC (coeficiente
    negativo de temperatura) . (ver NTC_20….pdf) Resistencias PTC
    (coeficiente positivo de temperatura) . RTD: resistive
    temperature detectors Termocuplas Circuitos integrados

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    Termistores Son elementos cuya resistencia varia con la
    temperatura. Estos dispositivos son muy sensibles a la
    variación de temperatura. Su respuesta es no-lineal.

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    Termistores Self-heating Parámetros importantes
    Resistencia a T=25grados. Coeficiente de disipación
    térmica

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    RTD Resistive temperature detector: cuando un metal es calentado
    su resistencia se incrementa. R=función(T) RTD de platino
    (PT100)

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    RTD

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    Termocuplas Efecto Seebeck: Un gradiente de temperatura a lo
    largo de un conductor crea una fuerza electromotriz. Si dos
    conductores de metales diferentes son unidos en un punto, una FEM
    es creada en los terminales abiertos. Esta tensión es
    dependiente de las temperaturas T1 y T2.

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    Termocuplas

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    Compensación juntura fria En lugar de mantener la juntura
    de referencia a un temperatura conocida o medirse esta
    temperatura Compensar las variaciones de la tensión
    generada en la juntura de referencia, insertando en el circuito
    de medición una tensión de variación igual y
    opuesta a esta tensión.

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    Tipos de termocuplas

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    Termocuplas

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    Conexión de termocuplas Conexión directa a un
    instrumento Al insertar un voltímetro en el circuito para
    efectuar la medición, aparecen nuevas junturas en la
    conexión entre el voltímetro y la termocupla. Puede
    generarse una juntura adicional, agregando un cable de cobre a la
    salida del instrumento (juntura Cu-Cu en el borne, que no genera
    potencial), y desplazar la juntura de conexión al
    instrumento fuera del borne (juntura que se llamará de
    referencia).

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    Sensores de estado solido Dos diodos idénticos a la misma
    temperatura LM335 Rango Temp: -40 a 100 grados

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    Sensores de Temperatura

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    Sensores de nivel Capacitor de placas paralelas La capacidad
    depende de la distancia entre placas, la constante dielectrica
    del material entre placas y la sección de las
    placas.

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    Sensores de nivel Medición de nivel en materiales no
    conductores La capacidad en forma aproximada esta definida como
    Las constantes dialectricas del liquido y el aire son conocidas.
    La sección de las placas se mantiene constante La
    capacidad es función del nivel del liquido

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    Fotocelulas (LDR) LDR ( resistencia variable por
    iluminación) Son dispositivos que varían su
    resistencia con el nivel de iluminación Nivel de
    iluminación (en lux) Una lampara de 60 watts a 1 metro de
    distancia – 50 lux Luz de luna – 0.1 Lux Luz de sol –
    30000 Lux Tubo fluorescente – 500 Lux

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    LDRs Respuesta espectral Mayor nivel de iluminación, menor
    resistencia

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    LDRs – Aplicaciones

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    LDRs – Aplicaciones

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    LDRs – Aplicaciones

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    Adquisición de datos Variable física Variable
    eléctrica (tensión, corriente, resistencia,
    capacidad) Tension Dato en formato digital SENSOR
    Acondicionamiento de senal Conversión A/D Procesamiento de
    datos Almacenamiento Visualización

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    Acondicionamiento de señales

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    Acondicionamiento de senal AMPLIFICACIÓN: La senal
    generada por los sensores es de baja magnitud. Esta debe ser
    amplificada antes de ser transmitidas. FILTRADO: Filtros deben
    ser incluidos para eliminar interferencias no deseadas ( ruido de
    línea 50/60 Hz,…) FILTRADO ANTIALIASING: tambien se
    utilizan filtros para eliminar las componenes de alta frecuencia
    de la senal. Ver Teorema de Nyquist. AISLAMIENTO: se utiliza para
    separar la fuente de senal (sensor) del dispositivo medidor
    (aislamiento por transformador, óptico, capacitivo)
    MULTIPLEXADO: Senales provenientes de diferentes sensores pueden
    ser procesadas por un único conversor.

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    Acond. de senal: termpocuplas Hardware: se adiciona una
    tensión de desplazamiento de signo contrario. Software: Se
    mide la temperatura de la juntura de referencia y se
    calculá la tensión equivalente de la termocupla a
    esa temperatura utilizando tablas de temperatura o polinomios. Se
    mide el voltaje de salida de la termocupla y se le suma el
    voltaje de la juntura de referencia calculado en el paso 1. El
    voltaje resultante es convertido a temperatura utilizando
    polinomios o tablas..

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    Acondicionamiento de senal Conexionado de RTD con 2 y 4 cables La
    tensión medida es afectada por la resistencia del cableado
    La tensión medida NO es afectada por la resistencia del
    cableado Desventaja: MAS COSTOSO. Necesito un conductor de 4
    hilos.

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    Senales de corriente Algunos sensores utilizados en control de
    procesos aplicaciones de monitoreo generán una senal de 4
    to 20 mA or 0 to 20 mA. Menos sensible al ruido y caida de
    tensión en el cableado. El sistema de acondicionamiento de
    senal debe convertir la senal de corriente a tensión
    Ejemplo: Medidor de temperatura

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    Conversión corriente-tensión La senal de corriente
    del sensor de 0-20mA es convertida a 0-10volts

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    Amplificación Requerimientos Elevada impedancia de entrada
    Elevada ganancia diferencial Elevado rechazo de senal en modo
    común (RRMC)

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    Amplificador de instrumentación

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    Adquisición de datos Filtro anti-aliasing Sample &
    hold Cuantización senal analógica acondicionada
    Palabra digital Criterio de Nyquist: una senal debe ser
    muestreada al doble de su máxima componente de frecuencia
    frecuencia fmin fmax Espectro entrada Respuesta filtro
    anialiasing 0 1 0 0 . . 1

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