Interfases y Transductores

1. Interfases y Transductores Sistemas de Medida

2. Esquema

3. Sistemas de medida • Sensor: Este elemento extrae la información referida a una propiedad del sistema físico dando una señal que tiene una relación de transferencia respecto a la propiedad a medir. • Acondicionador: Encargado de transformar la señal del sensor en otra de tipo electrónico (corriente, tensión, frecuencia) que sea más fácilmente tratable para las etapas de procesamiento. • Transmisión: Función en el sistema de medida consistente en la interconexión de las diferentes etapas con objeto que circule la información a su través. • Adquisición: Consiste en retener y codificar la información de forma conveniente para su tratamiento posterior. • Procesamiento: Consiste en extraer de la señal adquirida la información que se quiere presentar. En función de la complejidad de esta información será necesario utilizar un procesamiento analógico o digital. • Registro: Las señales pueden ser registradas para su uso inmediato o para un tratamiento posterior. • Representación: Es la interfaz entre el sistema de medida y las facultades de percepción humanas. En ella, las unidades de representación visual analógica o digital, los monitores, registradores etc., son típicos representantes de esta función. • Alimentación energética: Encargada de suministrar el consumo energético del sistema de medida. Es una etapa alejada del proceso de medición y que suministra de forma estable y precisa el consumo energético requerido para el sistema de medida.

4. Transductores • El proceso de transducción siempre consume energía del sistema que se mide pero no debe afectarle. Tipos de señales: • mecánicas • térmicas • magnéticas • eléctricas • ópticas • moleculares (químicas)

5. Uso de señales eléctricas • La estructura eléctrica de la materia. • Se puede amplificar fácilmente la señal lo que implica poca extracción de energía del sistema. • Gran variedad de recursos para tratar la señal. • Gran variedad de recursos para presentar la señal. • Mayor versatilidad de transmisión de la señales eléctricas, aunque hay casos en que el entorno no las permite (pocas).

6. Basado en la variable física: Temperatura Flujo Presión Nivel Posición Basado en el parámetro modificado en el sensor: Resistencia variable Reactancia variable Generadores Criterios de clasificación

7. Dominio • Eléctricos. • Analógico. • Amplitud: Tensión, intensidad, carga. • Relación temporal: Frecuencia, fase, anchura de pulso. • Digital: Valor numérico codificado. • No eléctrico. • Físico. • Químico.

8. Clasificación • Aporte de energía necesario para producir la señal de salida • Moduladores o activos. Necesitan un aporte de energía que es modulada en función de la señal de entrada

9. Clasificación • Generadores o pasivos. La salida se produce haciendo uso solamente de la energía que se obtiene de la señal a medir.

10. Clasificación • Naturaleza de la señal de salida • Analógicos. Producen una salida que varía de forma continua y la información normalmente viene dada por la amplitud de la señal, aunque en algunos casos la información se codifica en forma de frecuencia. • Digitales. La información viene codificada en algún código binario por lo que no es necesario realizar el proceso de conversión A/D para el procesamiento.

11. Clasificación • Modo de operación • De deflexión. La magnitud física a medir produce algún efecto similar en el sensor pero opuesto y que puede ser medido de forma fácil. • De comparación. Se intenta es eliminar la deflexión que produce la magnitud medida mediante un efecto bien conocido.

13. Características Estáticas Curva de Calibración • Relación entre la entrada al sensor y su salida en régimen estático • Para definir correctamente la curva es necesario definir: • Forma • Límites: • Rango: Conjunto de valores comprendidos entre los límites superior e inferior • Fondo de escala: Diferencia entre los límites superior e inferior de medida • Salida a fondo de escala: Diferencia entre las salidas para los extremos del rango

14. Características Dinámicas • Respuesta del sensor mientras se produce un cambio en la magnitud de interés. Normalmente se estudia la respuesta de los sensores con respecto a un conjunto estándar de posibles cambios en la entrada: Escalón Rampa Senoidal

15. Clasificación • La clasificación de los sensores de acuerdo a las características dinámicas: • Sensores de orden cero. • Sensores de primer orden. • Sensores de segundo orden.

16. Sensores de orden cero • Tanto el error dinámico como el retraso en la salida con respecto a los tres cambios posibles es nulo.

17. Sensores de orden uno • Existe un retraso en la salida con respecto a la entrada en escalón y rampa. • Para las entradas senoidales el retraso es función de la frecuencia • El error dinámico es nulo para escalón y no nulo para rampa y senoidal.

18. Sensores de orden dos • Respuesta más compleja.

19. Acondicionamiento • En distancias cortas puede utilizarse la misma señal que proporciona el sensor para la transmisión. • Para mayor alcance es necesaria una etapa de codificación (datos digitales) o modulación (señal analógica) en el emisor y de decodificación/demodulación el receptor. • Vía radio es necesario realizar una modulación en una señal portadora y la demodulación en el lado de la recepción.

20. Transmisión por voltaje • Convertir la información medida por los sensores a un voltaje proporcional al valor de la medida, conectar dos cables y medir en el receptor. • Distancia: depende de la resistencia de la línea. • Interferencias: voltajes parásitos (campos electromagnéticos)

21. Transmisión por corriente • Convierte la magnitud medida a una corriente proporcional (4-20 mA) a dicha magnitud. En el receptor se hace circular esta corriente por una resistencia de un valor conocido y se mide la caída de tensión que se produce. • Interferencias: No afectan las tensiones inducidas. • Costo menor.

22. Transmisión por señales periódicas • Frecuencia proporcional al valor de la magnitud. • Mayor inmunidad al ruido. • Precisa circuitos de conversión.

23. Telemetría • Puede ser necesario enviar las señales procedentes de los sensores a una localización alejada donde se procesa o presenta, en este caso se tiene un sistema de telemetría. • Soporte: • Distancias cortas: sistemas hidráulicos, neumáticos o eléctricos. • Distancia medias-altas: transmisión de señales por cable. • Distancias muchísimo mayores/inaccesibilidad: transmisión vía radio.