jueves, 29 de enero de 2009

moduladores resistivos

1. Sensores resistivos
Son los que varían una resistencia en función de la variable a medir.
1.1. Potenciómetros (Variables mecánicas)
Sensor utilizado para medir la variable mecánica desplazamiento, y consiste de un dispositivo con dos partes y tres terminales, en otras palabras, es un resistor con un contacto móvil, y dicha resistencia entre dicho contacto móvil y uno de los terminales fijos es:


donde:
r = Resistividad del material (Wm)
A = Sección transversal
l = Longitud del conductor.
El problema de este tipo de sensor es:
a. Varía con la temperatura.
b. Varía con la deformación de la sección transversal, causada por la presión o fuerzas ejercidas sobre el.
c. El contacto del cursor origina desgaste, modificando la sección transversal.


1.2. Galgas extensométricas (Variables mecánicas)
Se basan en el efecto piezorresistivo para el potenciómetro. Se busca modificar la resistencia variando algunos de los parámetro de la resistencia, por ejemplo, su longitud l o su sección transversal A. Se basan en la variación de la resistencia de un conductor
cuando se le somete a un esfuerzo mecánico.


1.3. Termorresistencias (Variable térmicas)
es un dispositivo que varía su resistencia con la temperatura. Suele denominarse RTD (Resistive temperature detector)
Este dispositivo tiene como limitaciones.
o No puede medir temperaturas próximas a la de la fusión del conductor con que se fabrica.
o El autocalentamiento ocasionará derivas en la medición.
o S se deforma, puede cambiar su patrón de medición.
Tiene como ventaja el ser diez veces mas sensible que los termopares.

1.4. Termistores (Variables térmicas)
son resistencia que varían su magnitud con la temperatura. Se diferencian de las termorresistencia por que están basadas en semiconductores. Por tanto su característica no es lineal, aunque dentro de un margen adecuado pueda ser considerada de es amanera.

1.5. Magnetorresistencias (Variable magnéticas)
Se basan en la variación de resistencia en un conductor por variaciones en el campo magnético.
Este tipo de sensores tiene la ventaja con respecto a los sensores inductivos, por ser de orden cero, y con respecto a los sensores de efecto Hall por ser más sensible y proveer un mayor margen de medición de medición.
Tiene las siguientes aplicaciones:
o Medición de campos magnéticos en las lectoras de tarjetas.
o Otras magnitudes que provean un cambio en el campo magnético, como el desplazamiento de una pieza, detectores de proximidad, nivel de flotador, etc. En estos casos se utiliza un imán que cambia su posición con el proceso. El campo generado por el imán es medido por la magnetorresistencia.



1.6. Fotorresistencias (Variables ópticas)
Las fotorresistencia o LDR, es un dispositivo que cambia su resistencia por el nivel de incidencia de luz. Esta formada por materiales semiconductores.

1.7. Higrómetros resistivos (Variables químicas)
se utiliza para medir humedad. Se basan en la variación de resistencia que experimentan los materiales por la humedad, como el vapor de agua en un gas o el agua absorbida en un líquido o sólido.
Un material típico es el aislante eléctrico, el cual disminuye su resistencia al aumentar su contenido de humedad.
1.8. Acondicionamiento:
Los sensores resistivos deben ser conectados a circuitos de interfaz adecuado para poder aprovechar o medir el parámetro variado.
Puente de Wheastone,
Es un dispositivo orientado a corregir parte del problema que presenta la Linealidad y sensibilidad.

Amplificador de Instrumentación.
dispositivo que tenga simultáneamente alta impedancia de entrada, alto rechazo del modo común, ganancia estable y variable con una sola resistencia, y que no se contraponga ganancia-ancho de banda, tensión y corriente de fugas bajas, bajas derivas, impedancia de salida baja.
2. Sensores de reactancia variable
Los sensores de reactancia variable tienen las siguientes ventajas con respecto a los resistivos:
a. Efecto de carga mínimo o nulo.
b. Ideales para la medida de desplazamientos lineales y angulares y para la medida de humedad.
c. La no-linealidad intrínseca puede superarse usando sensores diferenciales.

Como limitación tiene que la máxima frecuencia de variación admisible en la variable medida debe ser menor a la frecuencia de la tensión de alimentación empleada.
2.1. Sensores Capacitivos
Los sensores de este tipo pueden ser simples (Co +/- C) y diferenciales (Co + C , Co – C). El caso simple es el condensador variable.

2.1.1. Condensador variable
Un condensador esta formado por dos placas y un dieléctrico.
Los problemas que presenta este tipo de medidor es que:
a. No se puede despreciar el efecto de los bordes .
b. El aislamiento entre placas debe ser alto y constante.
c. Existen muchas interferencias capacitivas.
d. Los cables de conexión generan condensadores parásitos.
Otro problema importante es la alta impedancia de salida de este tipo de sensores, determinada por el dieléctrico no conductor utilizado.
Para resolver en este caso existen tres alternativas:
a. Colocar la electrónica de acondicionamiento.
b. Usar un transformador de impedancia.
c. Medir la intensidad de corriente en vez de la tensión.

2.1.2. Condensador diferencial
La ventaja de los condensadores diferenciales está en que proveen una salida lineal y permiten la medida tan pequeña como 10-13 mm a 10 mm, y capacidades desde 1 pF a 100 pF.
Consiste en un principio similar al de los sensores resistivos diferenciales: mientras uno se incrementa el otro disminuye en la misma proporción, y viceversa.
2.1.3. Acondicionamiento: divisor de tensión
Un divisor de tensión es una interfaz formada por una combinación serie de un resistor y un sensor, alimentados por una fuente de fija de tensión o corriente. Puede darse el caso que el sensor forme conforme la asociación serie de estos dos dispositivos.

amplificador de carga, amplificador de transconductancia

2.2. Sensores inductivos
Son aquellos que producen una modificación de la inductancia o inductancia mutua por variaciones en un campo magnético. Estas variaciones pueden ser fruto de perturbaciones en el campo, o modificación de la distancia de influencia del campo.

2.2.1. Reluctancia variable

donde f es el flujo de campo magnético, I es la corriente y N es el número de vueltas del inductor.

Pero el flujo magnético es igual al cociente entre la fuerza magnetomotriz M y la reluctancia magnética R, y además, M = NI, por lo que


Para una bobina de longitud L y sección de área A, donde la longitud sea mucho mayor que el diámetro de las espiras se tiene:


donde

mr es la permeabilidad relativa del núcleo
L = recorrido de las líneas de campo en el aire.
A = Area delas bobinas.

Normalmente se aprovechan las variaciones de la longitud y de la permeabilidad.

Cuando lo que varía es la distancia L se está hablando de sensores de entrehierro variable, y cuando lo que varia es la permeabilidad se dice que se está hablando de sensores de núcleo móvil.

Esto sensores tiene los siguientes problemas:

a. Los campos magnéticos parásitos afectan a L, por lo que se deben apantallar.
b. La relación L y R no es constante y varía hacia los extremos.
c. L y R son inversamente proporcionales, por lo que las medidas serán normalmente no lineales.
d. La temperatura de trabajo debe ser menor a la de Curie del material usado.

Por contra tienen la siguientes ventajas:

a. La humedad los afecta muy poco.
b. Tiene poca carga mecánica.
c. Y una alta sensibilidad.

2.2.2. Inductancia mutua (LVDT)
Este tipo de sensores se basa en la variación de la inductancia mutua entre un primario y cada uno de los dos secundarios al desplazar el núcleo. La denominación LVDT viene de Linear Variable Differential Transformer.
Aunque este dispositivo cambia la impedancia mutua, la salida es una tensión alterna modulada, no un cambio de impedancia.Tiene como limitaciones que en el centro la inductancia mutua no se anula, por deficiencias en el proceso de construcción. Además existe la presencia de armónicos en la salida
Sin embargo tiene las siguientes ventajas:
a. Resolución infinita.
b. Poca carga mecánica.
c. Bajo rozamiento: vida ilimitado y alta fiabilidad.
d. Ofrecen aislamiento eléctrico entre el primario y el secundario.
e. Aísla el sensor (vástago) del circuito eléctrico
f. Alta repetibilidad.
g. Alta linealidad.

Tiene alcances desde 100 micrometro hasta 25 centímetros.
2.2.3. Acondicionamiento
3. Sensores electromagnéticos
3.1. Basados en la ley de Faraday
Se basa en el principio de que una variación en el flujo magnético sobre una bobina, genera una fuerza electromotriz.
Las condiciones que deben cumplirse para poder usar este tipo de medidor son:

o Perfil de velocidades simétrico.
o Tubería no metálica ni magnética: teflón o cerámica.
o Electrodo de acero o titanio
o Tubería llena
o Campo magnético continuo o alterno.
o Ideal para aguas residuales, líquidos corrosivos o con sólidos en suspensión.

3.2. Basados en el efecto Hall
El efecto hall se refiere a la generación de un potencial en un conductor por el que circula una corriente y hay un campo magnético perpendicular a esta.
Tiene como limitación.
o La temperatura cambia la resistencia del material.
o Hay un error de cero debido a inexactitudes físicas,
Tiene como ventajas:
o Salida independiente de la velocidad de variación del campo magnético.
o Inmune a las condiciones ambientales.
o Sin contacto.

Se puede aplicar a la medida de campos magnéticos, medida de desplazamientos, etc

lunes, 19 de enero de 2009

laboratorio 1

REPUBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA
MINISTERIO DE EDUCACIÓN SUPERIOR
UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITÉCNICA
“ ANTONIO JOSÉ DE SUCRE ”
VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ
Mediciones industriales


CARACTERIZACIÓN DE SENSORES RESISTIVOS


Azócar Elías 17.708.902
Cayones Marilyana 18.514.072
Granado Ángel 18.567.417
Velásquez Verónica 17.883.988


Puerto Ordaz Diciembre de 2008.



INTRODUCCION

Los sensores resistivos tienen diversas aplicaciones, en especial, la medición de la temperatura.Los sensores resistivos de temperatura o termistores son resistores variables con la temperatura, basados en semiconductores. A continuación se procede a utilizar los siguientes sensores para la realización de experiencias para entender el funcionamiento de estos sensores; el termistor RS 256-073 y la termorresistencia RS 341-452.
Se desea determinar las características de los sensores resistivos, específicamente de los antes mencionados, a través de una serie de pruebas y experiencias para posteriormente calcular los errores del sistema y conocer su estructura y funcionamiento.

OBJETIVOS

Caracterizar sensores resistivos
Calcular los errores obtenidos diferenciando el de cero, ganancia y no linealidad

FUNDAMENTO TEORICO
Este tipo de sensores varían su resistencia en función de una determinada medida física. Por lo general, el comportamiento de los sensores resistivos están regidos por curvas de operación. En la figura 1 se muestra la curva característica de un termistor (sensor de temperatura) PTC (Coeficiente de temperatura positivo).















Figura 1 Curva característica de un PTC.

Entre algunos de los sensores resistivos, se puede mencionar:

· Potenciómetros.- Varían su resistencia en función al desplazamiento angular o lineal.

· Termistores.- Su resistencia varía en función de la temperatura. Los termistores se dividen en NTC (Coeficiente de temperatura negativo), en los cuales la resistencia disminuye conforme aumenta la temperatura y PTC (Coeficiente de temperatura positivo), en los que la resistencia aumenta ante un incremento de temperatura.

· Fotorresistencias (LDR).- Son resistencias dependientes de la intensidad de luz incidente.

La diferencia entre los termistores y las termorresistencia es que están basados en semiconductores. Por tanto su característica no es lineal, aunque dentro de un margen adecuado pueda ser considerada de esa manera. Tiene como ventajas el ser más sensible que las Termorresistencias, más rápidas y permite hilos de conexión mayores.Tiene como desventaja el ser no lineal, y al variar su temperatura por el autocalentamiento del material

Para la clasificación de los diversos sensores de esta clase se toma como criterio el tipo de magnitud física a medir. El orden seguido es el de variables mecánicas, térmicas magnéticas, ópticas y químicas
La conductividad eléctrica de un metal depende de la movilidad de los electrones en conducción. Si un voltaje es aplicado a los terminales de un metal los electrones se mueven al polo positivo.
La relación entre la temperatura y la resistencia eléctrica generalmente no es directamente proporcional pero puede ser representada por esta ecuación:
R(t) = R0 (1 + At + Bt2 + Ct3 + ........)
R0 = Resistencia Nominal (es determinada a una cierta temperatura)t2, t3 .... = Pueden ser incluidos dependiendo de la exactitud de la medición.A, B, ... = Depende de la resistencia del material, representa una amplia definición de la relación temperatura-resistencia


DESCRIPCION DEL CIRCUITO PROPUESTO
El circuito está compuesto por un bombillo de 100 watts que es el portador de calor en el circuito, el cual está conectado a un dimmer que regulará la intensidad de calor del montaje. Para mantener la temperatura del sistema se utiliza una cubierta resistente. Con la ayuda de un multímetro se mide la variación de temperatura de los sensores tanto del termistor como de la termorresistencia y se compara con el patrón del sistema de medida previamente establecido.
A continuación se presenta el diagrama del circuito.










PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.
Se determinar el margen de medida del sistema: midiendo la temperatura del hielo y luego la temperatura del bombillo en plena potencia.
La temperatura del hielo= 0°C
Bombillo a plena potencia= 95°C
MM=95°C
Se calculan las temperaturas asignadas a los porcentajes establecidos, (0 %, 25%, 50%, 75%, 100% del margen de medida), quedando asignado para el 0%=0°C; 25%=23,7°C; 50%=47,5°C; 75%=71,2°C y por ultimo para el 100%= 95°C.
Se mide la temperatura desde el valor mayor al menor, registrando los resultados en la tabla anexa. Se registran cinco valores para cada sensor, en cada parada de temperatura. Se espera a que se estabilice la temperatura en cada parada (unos cinco minutos), y luego se toman las lecturas cada 30 segundos. Es decir, en cada parada se toman 10 lecturas: 5 para el termistor y cinco para la termorresistencia. Ambas se toman simultáneamente y por tanto se debe tardar unos 3 minutos por medida.
Luego, se repite el proceso inverso: de 0 º a 100 º.

MEDIDAS OBTENIDAS.
De 0% a 100% (subida)


















De 100% a 0% (bajada)
















CÁLCULO DE ERRORES.
De 0% a 100% (subida)
Desviación Estándar y Valor Promedio








Curvas de Calibración de los Medidores (Subida)












Error de cero: 2.24
Error de ganancia: 0.15













Error de cero: 11.94
Error de ganancia: 0.14

100% a 0% (bajada)
Desviación Estándar y Valor Promedio







Curvas de Calibración de los Medidores (Bajada)














Error de cero: 5.42
Error de ganancia: 0.08



Error de cero: 1.92
Error de ganancia: 0.05
ANÁLISIS DE ERRORRES
Error de cero:
El error de cero es el error del instrumento que se mantiene a una misma distancia del error de offset. Para calcularlo en cada gráfica se toma el valor teòóico y el medido y con la diferencia de ambas se obtiene dicho error. Dado los resultados se puede decir que existe un error de cero relativamente pequeño en ambos sistemas de medidas, tanto de subida como de bajada, sin embargo, se toman en cuenta su mínimo error o desviación, pero en general las gráficas siguen el patrón de una línea recta.

Error de ganancia:
El error de ganancia quiere decir que los valores medidos por un instrumento están relacionados o en proporción a los valores reales, sin embargo, no son iguales. Este error se calcula mediante la diferencia de la pendiente de la recta obtenida por regresión y la pendiente ideal entre la pendiente ideal (m=1). El error de ganancia en las gràficas coo se determonó, arribaron a valores muy pequeños, estableciendo muy poco error de ganancia en el sistema.

Error de no linealidad:
El error de no linealidad se refiere a la modificación que hace un instrumento de una recta q la convierte en una curva, entonces, los puntos iniciales y finales de las gràficas o de la recta son los mismos, mientras que en el medio se hace la curvatura.

CONCLUSIÓN Y RECOMENDACIÓN.
La termorresistencia trabaja según el principio de que en la medida que varía la temperatura, su resistencia se modifica, y la magnitud de esta modificación puede relacionarse con la variación de temperatura.

La señal generada por un sensor resistivo depende de la variable medida y su característica depende de la relación entrada salida que se determine

Para eliminar los errores encontrados en ambos dispositivos de medición es necesario el establecimiento de un sistema de calibración.

Se observa que el dispositivo que tiene mejor sensibilidad es el termistor, lo cual es bien usado para entornos de medida donde la temnperatura cambie muy bruscamente. Por otra parte, la termorresistencia es màs estable, porq requiere de un mayor tiempo de "establecimiento" para encontrar el valor resistivo que es deseado.