Sensores

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Sensores Sensores

Susana Borromeo Ángel Luis Álvarez
Dpto. Ingeniería Telemática y Tecnología Electrónica

2006-2007

Instrumentación Electrónica

1

Concepto de Transductor y Sensor. Especificaciones
• Def. Transductor: Dispositivo capaz de transformar o convertir un determinado tipo de magnitud física de entrada, en otra diferente de salida. En nuestro caso, la magnitud de salidaserá eléctrica: corriente o tensión. • Ej. : Un micrófono incorpora un transductor electroacústico (por ejemplo piezo. eléctrico) que convierte la energía acústica (vibraciones sonoras: oscilaciones en la presión del aire) en energía eléctrica (variaciones de voltaje). • Nota. El transductor es la cabeza sensible del sensor. El sensor electrónico . sensor incluirá, además, lo que se llama unTRANSMISOR, que es un circuito acondicionador de señal y, en muchos casos, electrónica de procesamiento y control.
T, RH, P... Transductor v, i ... Transd. Transmisor V, I ...

Sensor 2006-2007 Instrumentación Electrónica

2

1

Tipos de sensores
1.- Según la magnitud eléctrica que varía en función de la magnitud física a. Pasivos

• Resistivos: Potenciómetros, NTC, PTC, LDR,Magnetoresistivos • Inductivos: Inductancia Variable, LVDT • Capacitivos • Ópticos (semiconductores): fotodiodos, fototransistores, CCDs
Activos

• Termopares • Efecto Hall • Piezoeléctricos
2.- Según la conversión magnitud física- magnitud eléctrica

• Directo • Elemento de acondicionamiento intermedio
2006-2007 Instrumentación Electrónica

3

Especificaciones de un sensor
• Linealidad • Precisión(error en la medida) • Sensibilidad (variación de la medida respecto a cambios de entrada) • Repetitividad de la medida. • Poder de resolución • Intercambiabilidad (necesidad de recalibración o no) • Estabilidad a largo plazo. Resistencia a los contaminantes físicos o químicos. • Tiempo de respuesta. Capacidad de recuperación. • Tamaño • Encapsulado. • Electrónica integrada. Salidas procesables. •Coste.
2006-2007 Instrumentación Electrónica

4

2

Transductores Resistivos
• Potenciómetros: sensor de desplazamiento (lineal, angular) • Termistores: NTC, PTC • LDR (sensor de luminosidad) • galgas extensiométricas (sensor de deformación) • Magnetoresistencias ( campo magnético) • RTD (sensor lineal de temperatura)

2006-2007

Instrumentación Electrónica

5

Potenciómetros(1)
Elemento resistivo Carcasa Cursor Elemento resistivo Carcasa

R2 R = R 1+R2 R1 (2)
Junta estanca y cojinete

cursor (3)

Zona muerta

Cursor

Junta estanca y cojinete

Eje de giro Eje

2006-2007

Instrumentación Electrónica

6

3

Acondicionamiento de Potenciómetros (sin carga)
Carga R o = R·x·(1-x) R2=R·(1-x) vi R1=R·x 0
R (x) [%]
30

L

Carga vTH Vi ·x RL voLl

RL

voL

o

R

20

10

vo = vi
0,5 1

0

R1 l = vix = vi R1 + R 2 L

x

2006-2007

Instrumentación Electrónica

7

Técnica de medida a 3 hilos
SENSOR POTENCIOMÉTRICO REMOTO

Rcable

R2=R·(1-x) Rcable R1=R·x Vo L Rcable

Alimentación Vi MEDIDOR

v oL = v i

Rx + R cable x+h = vi R + 2 R cable 1 + 2h

resistencia de los cables de conexión

v oL / vi[%]
100

respuesta ideal

v oL (0) = v i

h 1 + 2h

50

respuesta real

S = vi

0 0.5 1

1 1 + 2h
8

x

2006-2007

Instrumentación Electrónica

4

Técnica de medida a 4 hilos
SENSOR POTENCIOMÉTRICO REMOTO

Rcable

R2=R·(1-x) Rcable R1=R·x Vo L Rcable

Alimentación Vi MEDIDOR

Rcable

resistencia de los cables de conexión

v oL = v i

Rx x = vi R + 2 Rcable 1 + 2h

siendo h = Rcable/R.

2006-2007

Instrumentación Electrónica

9

Ejemplo
Calcular el error de offset y de sensibilidad de un sistema de medida a 3 hilos si la longitud del cable es de 200 m y se utiliza cable de 20Ω/Km. Proponer un sistema para corregir ambos errores. Considere un potenciómetro de 100Ω de resistencia nominal y una tensión de alimentación de 5V

2006-2007...
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