Mediciones Eléctricas II - Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica - Facultad de Ingeniería - UNMdP Agosto de 2017 Mediciones Eléctricas II (3D2) Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica – Facultad de Ingeniería – UNMdP (Cursada 2018) Medición Eléctrica de Magnitudes No Eléctricas
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Medición Eléctrica de Magnitudes No Eléctricas · Mediciones Eléctricas II - Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica - Facultad de Ingeniería - UNMdP 12 2018
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Mediciones Eléctricas II - Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica - Facultad de Ingeniería - UNMdP
Agosto de 2017
Mediciones Eléctricas II (3D2)
Departamento de Ingeniería Eléctrica y Electromecánica – Facultad de Ingeniería – UNMdP
(Cursada 2018)
Medición Eléctrica de Magnitudes No Eléctricas
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• A los fines de esta asignatura definiremos a un “convertidor de medida” como un
dispositivo que transforma una señal de entrada (una magnitud física como temperatura,
fuerza, velocidad, etc) en una salida eléctrica relacionada con aquella inequívocamente.
Medición Eléctrica de Magnitudes No Eléctricas
Magnitud Física a Medir
Sensor Transductor Eléctrico
Acondicionador Señal Eléctrica Acondicionada
▪ Temperatura
▪ Presión,
▪ Distancia,
▪ etc
Es el elemento que responde
directamente a la magnitud física con la variación
de algún parámetro.
Son los elementos que transforman la
variación de algún parámetro eléctrico en otra señal eléctrica
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Hasta 400m 2 conductores
Más de 400m 3 o 4 conductores
Medición Eléctrica de Magnitudes No Eléctricas
RTD o Detector de Temperatura Resistivo
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Ejemplo Nº 3 de sensor resistivo
TermistorAplicaciones
(temperatura < 450ºC)
Uso en electrónica
Uso en la industria
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Termistores: semiconductor hecho de dos óxidos metálicos unidos dentro de una
pequeña bola, disco u otra forma, y recubierto con epóxido o vidrio.
1) Mayor sensibilidad que la sonda de Pt
2) Poca linealidad
3) Se usan circuitos para linealización
4) Valores Límite: 150°C a 450°C
5) Sensibilidad < 0.1 °C
6) Respuesta más rápida.
7) Permite conexión de 2 hilos
8) Utilización: control, protección y medición
a) Puentes de CC
b) Circuitos electrónicos
Dos clases:
PTC: Coeficiente positivo de temperatura
(Su resistencia aumenta con la temperatura)
NTC: Coeficiente negativo de temperatura
(Su resistencia Disminuye con la temperatura)
Medición Eléctrica de Magnitudes No Eléctricas
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l
ANNNL
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2- Detector o sensor inductivo.
Medición Eléctrica de Magnitudes No Eléctricas
Ecuación General:
Al variar , “µ”, “l” , “A” o una combinación de ellos::
- Se mide pequeños desplazamientos (ejemplo: LVDT).
- Se mide esfuerzos de compresión (ejemplo: detectores magnetoelásticos)
- Se mide ángulos (ejemplo: Sincros)
Conductancia magnética:
Reluctancia magnética:
Número de espiras:N
Permeabilidad:
Sección transversal:A
Longitud del circuito magnético:l
""
Tipos de sensores clasificados por su principio:
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Ejemplo N º 1 de sensor inductivo
LVDT o Transformador diferencial de Variación Lineal
Aplicaciones
Medición de fuerzas y deformaciones
Medición de pequeñas distancias
Medición de espesores, dilataciones
Medición de presiones
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Transformadores Diferenciales (LVDT)
Medición Eléctrica de Magnitudes No Eléctricas
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Transformadores Diferenciales (LVDT)
Medición Eléctrica de Magnitudes No Eléctricas
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Detección de objetos rápida, sin mantenimiento y resistente
al desgaste.
Objetos metálicos dentro de la zona activa.
Ppio. de Funcionamiento:
Los sensores de proximidad inductivos se utilizan principalmente en los procesos de automatización como finales de carrera, para medir distancias, posición, velocidad y contaje.
Ejemplo N º 2 de sensor inductivo
Por variación de permeabilidad
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placas der Condensado01 d
AC
3- Detector o sensor capacitivo (elemento pasivo).
Medición Eléctrica de Magnitudes No Eléctricas
Constante dieléctrica relativa:1
Constante dieléctrica del aire:0
Superficie de placa:A
Separación entre placas:d
Al variar “ξ” , “A”, “d” o una combinación de ellos:
- Se mide nivel de llenado de tanques (ejemplo: en silos).
- Se mide desplazamientos
- Se mide ángulos.
Tipos de sensores clasificados por su principio:
Ecuación General:
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Detección de objetos rápida, sin mantenimiento y resistente
al desgaste.
Objetos metálicos y no metálicos. Son muy similares a los
sensores inductivos, excepto por la estructura del oscilador
Ppio. de Funcionamiento:
Cuando un objeto no metálico entra al campo eléctrico delcabezal de detección, el campo eléctrico entre las placas seintensifica debido a que la constante dieléctrica del objetoes mayor que la del aire. Por tanto, la capacitancia aumenta.En el caso de un objeto metálico, este último debilita elcampo eléctrico entre las placas, actuando como un tercerelectrodo y formando dos condensadores en serie. Comoresultado, la capacitancia disminuye. En ambos casos, elefecto neto es la variación de la frecuencia del oscilador.Este cambio es detectado por el demodulador y convertidopor el conformador en un nivel alto o bajo adecuado paradisparar el transistor de salida y energizar la carga.
Ejemplo N º 1 de sensor capacitivo
Por variación de campo capacitancia
d
AC 01
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Medición Eléctrica de Magnitudes No Eléctricas
4- Detectores o Sensores Generadores
Tipos de sensores clasificados por su principio:
Serían aquellos detectores o sensores que generan algún tipo de energía
a partir de la magnitud que se mide, es decir son sensores activos.
Podríamos citar entre otros:
• Termocuplas.
• Sensores piezoeléctricos.
• Generadores de CC.
• Sensores de flujo de turbina
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Ejemplo Nº 1 de sensor activo
TermocuplasAplicaciones
(temperaturas altas)
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Termocuplas
Medición Eléctrica de Magnitudes No Eléctricas
Ppio. de Funcionamiento: Unión Bimetálica + Aumento de Temperatura = Tensión de Seebeck)
Autogeneradora de potencia Coeficiente de Seebeck
Económicas y fáciles de construir
Pequeños cambios de temperatura →
Desventajas:
Grandes cambios de temperatura: → Alineal!
Requiere voltimetros de gran sensibilidad / acondicionamiento de la señal
Tensión de Seebeck no puede ser medida directamente (Necesidad de Junturas de Referencia)
Conversión Tensión → Temperatura: Tablas de Fabricante ó Curvas Tensión vs Temperatura al ser no lineal
y mas…
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Termocuplas
Medición Eléctrica de Magnitudes No Eléctricas
Grandes cambios de temperatura: → Alineal!
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Termocuplas
Medición Eléctrica de Magnitudes No Eléctricas
Tensión de Seebeck no puede ser medida directamente pues se necesita saber la temperatura de referencia.
“ Si en un circuito de varios conductores la temperatura es uniforme desde un punto A hasta otro B, la
suma algebraica de todas las FEMS es totalmente independiente de los conductores metálicos
intermedios y es la misma que si se pusieran en contacto directo A y B.”
Para resolver ver problema se puede recurrir a la “ley de los metales intermedios” que establece que:
A C B
t1t1 t1
A B=
Sea:
Termocupla
Puntas de un
voltímetro
Termocupla parasita (Unión de terminales termocupla – voltímetro)
Termocupla parásita
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Termocuplas
Medición Eléctrica de Magnitudes No Eléctricas
El voltaje que nos interesa saber para conocer el valor de la temperatura T es Va,b(T) , este se consigue
despejandolo:
En cualquier caso hace falta saber Va,b(Ta).
• Una opción es medir la temperatura Ta
(llamada temperatura de unión o juntura de
referencia) y entrando en una tabla de
termocuplas encontrar Va,b(Ta) para restárselo
a V y encontrar Va,b(T). Luego otra vez de
tabla encontrar T.
• Otra opción es
sumergir la
unión en un
baño a Ta =
0ºC, entonces
Va,b(Ta) = 0
Tensión de Seebeck no puede ser medida directamente pues se necesita saber la temperatura de referencia.
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Termocuplas
Medición Eléctrica de Magnitudes No Eléctricas
Actuálmente todos los instrumentos modernos miden la temperatura Ta (mediante un sensor de
temperatura adicional ) y la suman para crear la compensación y obtener así la temperatura real.
El punto de empalme (llamado "unión ó juntura de referencia") es siempre en el conector a la entrada
del instrumento pues ahí está el sensor de temperatura Ta. De modo que es necesario llegar con el
cable de la termocupla hasta el mismo instrumento.
Cuando el instrumento está muy retirado del lugar de medición, no siempre es posible llegar con el
mismo cable de la termocupla al instrumento. Esto ocurre especialmente cuando se están usando
termocuplas R, S ó B hechas con aleación de platino de muy alto precio.
La solución de este problema es usar los llamados "cables compensados" para hacer la extensión de la
termocupla. Estos exhiben el mismo coeficiente de Seebeck de la termocupla (pero hechos de otro
material de menor precio ) y por lo tanto no generan termocuplas parásitas en el empalme.
Es importantísimo que estos dós cables
compensados sean para el tipo de termoculpla
que se está usando y además estén conectados
con la polariadad correcta ( + ) con ( + ) y ( - )
con ( - ). De otra forma se obtendrá una
medición con alto error.
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Ejemplo Nº 2 de sensor activo
Generador electrodinámico
NlBve Ley de Lenz Se utilizan para medición de velocidad
Al variar “v” si “B” y “N” y “l” permanecen constantes:
- Se mide la velocidad de rotación (ejemplo: generador taquimétrico).
Para longitudes
grandes de
transmisión se
cuentan pulsos en
lugar de medir
tensión
Ecuación General:
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