Variables de mesura i tipus de sensor, (1)

Variables de mesura i tipus
de sensor, i el seu
connexionat:

Variables de mesura i tipus de sensor, i el seu connexionat:
1 Termistors (Thermally Sensitive Resistor)
Hi ha moltes opcions en el disseny de circuits basats en sensors de temperatura de contacte: termistors, detectors
de temperatura per resistència (RTD), fonts de corrent d'estat sòlid i termoparells. Cadascun d'ells té una
combinació diferent d'atributs a través de paràmetres clau, incloent rang de temperatura, linealitat, precisió,
sensibilitat, consum d'energia, circuits externs, interfícies i cost .No hi ha un sensor de temperatura "ideal", ja que
cada un aporta avantatges i inconvenients en relació amb els altres a través d'aquests paràmetres.

Termistor de el coeficient de temperatura negatiu (Negative Temperature Coefficient NTC)
Un termistor NTC proporciona una resistència molt alta a baixes temperatures. A mesura que la
temperatura augmenta, la resistència disminueix ràpidament. Com que un termistor NTC
experimenta un canvi tan gran en la resistència per ° C, els petits canvis de temperatura es
reflecteixen molt ràpid i amb una alta precisió (de 0,05 a 1,5 ° C). A causa de la seva naturalesa
exponencial, la sortida d'un termistor NTC requereix linealització. El rang operatiu efectiu és de -
50 a 250 ° C ° C per estàndard.
Per als termistors NTC, en augmentar la temperatura, augmentarà també la concentració de
portadors, de manera que la resistència serà menor, per aquest motiu el coeficient és negatiu

0
1000
2000
3000
4000
5000
6000
7000
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
Resistència Ω
Temperatura ºC
Resitència NTC a temperatura T
𝑅𝑇 =𝑅0 ·𝑒
(
𝛽
𝑇−
𝛽
𝑇0
)

𝐑𝐓 és la resistència del termistor NTC a la temperatura T (K)
𝑹𝟎 és la resistència del termistor NTC a la temperatura de referencia 𝑇0 (K)
ß és la resistència característica del material, entre 2000 K i 5000 K.
Els paràmetres ß, 𝑹𝟎 i 𝑻𝟎 els han de proporcionar els fabricants
Exemple :
To = 0ºC = 270 ºK; Ro = 9795 Ohm ; B = 3913 ºK
Paràmetres de càlcul
𝑅𝑇 = 𝑅0 · 𝑒
𝛽
𝑇
−
𝛽
𝑇0

Encapsulats NTC

Aplicacions
Detector de temperatura resistiu per a mesures de baixa temperatura.
Sensors en aplicacions d'automoció per mesurar la temperatura del refrigerant del
motor, la temperatura de l'habitacle, la temperatura exterior o la temperatura de
l'oli de motor.
Sensor dels termòstats digitals.
Limitadors de corrent d'arrencada: presenten una resistència alta inicialment, la
qual cosa evita que flueixin grans corrents a l'inici. Després s'escalfen i baixa la seva
resistència per permetre un flux de corrent més alt durant el funcionament normal.
Aquests termistors solen ser molt més grans que els termistors sensors i són
dissenyats específicament per a aquesta aplicació.

Termistor de el coeficient de temperatura Positiu (Positive Temperature Coefficient PTC)
Els termistors PTC són resistències en augmentar la temperatura, augmenten la resistivitat , es a
dir, tenen un Coeficient Temperatura Positiu . Les diferències amb les NTC són:
1. El coeficient de temperatura d'un termistor PTC és únic entre uns determinats marges de
temperatures. Fora d'aquests marges, el coeficient de temperatura és zero o negatiu.
2. El valor absolut del coeficient de temperatura dels termistors PTC és molt més alt que el dels
termistors NTC.
Els termistors PTC s'utilitzen en una gran varietat d'aplicacions, incloent limitació de corrents,
com a sensor de temperatura, per desmagnetització i per a la protecció contra el reescalfament
d'equips com ara motors elèctrics.
També s'utilitzen en indicadors de nivell, per provocar retard en circuits, termòstats, i com
resistors de compensació.
La podem modelar : 𝑅𝑇 = 𝑅0 · 𝑒
𝛽
𝑇
−𝑇
0
R0: Resistència a T0
B: Coeficient de temperatura
T0: Temperatura mínima per operar en la zona PTC

Termistor de el coeficient de temperatura Positiu (Positive Temperature Coefficient PTC)
Aplicacions:
Mesura de la Temperatura.
·Mesura de nivell de líquid.
Retardo en el accionament de relés.
·Protecció contra sobre impulsos de corrent.

Termoparell
El termoparell és el sensor més emprat en els sistemes de mesurament de temperatura. Aquests
sensors econòmics, de senzilla instal·lació i amb una precisió ajustada a diferents processos.
Encara que el seu funcionament és molt bo, la seva resposta pot ser una mica lenta en
comparació amb altres tipus de sensors de temperatura.

Termoparell
El seu funcionament es basa en la unió de dos fils metàl·lics de
diferents materials units per un extrem, el qual es coneix com a
junta calenta o junta de mesurament. Compta amb un altre
extrem separat, anomenat junta freda. La diferència de
temperatura entre les dues juntes produeix un diferencial de
tensió, que serà el senyal enviat a el dispositiu electrònic.
La junta calenta genera un voltatge en mV que serà
proporcional a la temperatura de la mesura. La junta freda per
la seva part genera un altre voltatge residual que s’haurà
d’eliminar segons el 2 mètodes següents:
1 Submergir la junta freda en una bany a cero graus .Només
viable en instruments de laboratori .
2 Col·locar un sensor tipo RTD per mesurar la temperatura de la
junta freda i així poder restar electrònicament aquest valor de
la mesura total .

Termoparell Corba característica i detall de fabricació

Termoparell tipus
Dins d'aquests sensors, es troben diferents tipus de termoparells segons els materials
de què estiguin compostos. Els més comuns són els següents:
Termoparell Tipus J: Fet d'una combinació de ferro i constaten (aliatge de coure i
níquel). D'ús limitat en entorns oxidants. Compta amb un rang de temperatura
entre els 0 ° C i els 750 ° C.
Termoparell Tipus T: Es compon d'un filferro de coure i un altre de constaten. D'ús
recomanat en entorns d'humitat. El seu rang de temperatura es troba entre els -
250 ° C i els 350 ° C.
Termoparell Tipus K: Compost d'una junta de chromega (aliatge de crom i níquel) i
alomega (aliatge d'alumini i níquel), és el sistema de captació de temperatura més
estès. I és que el seu rang de temperatura és molt ampli, situant-se entre els -200 °
C i els 1250 ° C, encara que es recomana per a mesures entre 300 i 1100ºC.
termoparell Tipus E: La seva combinació de materials inclouen chromega i
constaten. El seu rang de temperatures se situa entre els -200 ° C i els 900 ° C.
A més d'aquestes quatre formes comunes de termoparells, hi ha moltes altres variants.
Destacables són els formats per a altes temperatures, com el Termoparell Tipus S (entre
0 ° C i 1650 ° C) o el Termoparell Tipus R (entre 0 ° C i 1750 ° C).

Termoparell corbes característiques dels diferents tipus

Sensors RTD (Resistance Temperature Detector)
Aquest tipus de sensor basa el seu funcionament en la resistència a la temperatura del material de què
està fets, platí, el molibdè, el coure i el níquel. La seva estructura general es la d'un filferro ben
enrotllat amb un nucli de vidre o ceràmica al seu voltant.
Estan especialment indicats per al mesurament en entorns industrials, gràcies a la seva immunitat
davant el soroll elèctric. El platí, níquel o coure ,tenen un coeficient de temperatura positiu. Això vol
dir que un augment de la temperatura provoca un augmento de la resistència del component;
aquest canvi de resistència es fa servir per detectar i mesurar els canvis de temperatura.
RTDs de platí: son els més comuns dels RTD i el més utilitzat en aplicacions Industrials , donat que ,e el
platí te una excel·lent resistència a la corrosió, una excel·lent estabilitat a llarg termini a més pot
mesurar un amplio rang de temperatures (-200...+850°C).
RTDs de níquel: Son més econòmics que els de platí , també tenen una bona resistència a la corrosió.
Malgrat això, embelleix més ràpidament amb el temps i perd precisió a temperatures més altes. El seu
rang de medició de -80...+260°C.
RTDs de coure : Els de coure son los RTDs ua millo resistència a la linealitat de temperatura de los tres
tipos, y el cobre es un material de bajo coste. Sin embargo, el coure s'oxida a temperatures més altes. El
coure està limitat a un rang de mesures de -200...+260°C.

Sensors RTD (Sensor pt100)
Els sensors Pt100 són un tipus específic de detector de
temperatura RTD . La característica més important dels
elements Pt100 és que estan fabricats amb platí amb una
resistència elèctrica de 100 ohms a una temperatura de 0 °
C i és amb diferència el tipus més comú de sensor RTD.

1 Sensors Pt100 de filferro enrotllat
Sensors RTD (Sensor pt100):tipus
Els sensors Pt100 de filferro enrotllat consten d'una longitud de filferro de platí
enrotllat al voltant d'un nucli de ceràmica o de vidre. Aquests tipus d'elements
són típicament d'1 a 5 mm de diàmetre i de 10 a 50 mm de longitud. El nucli de
ceràmica o vidre pot tornar fràgils i susceptibles a la vibració pel que normalment
estan protegits dins d'una beina formant una sonda per a ús pràctic. Poden ser r
extremadament precisos, però és fràgil i no es adequat per moltes aplicacions
industrials.
2 Sensors Pt100 de pel·lícula fina
Els sensors Pt100 de pel·lícula fina es fabriquen utilitzant
materials i processos similars als que són emprats en la
fabricació de circuits integrats. Una pel·lícula de platí es
diposita sobre un substrat de ceràmica que s'encapsula.
Aquest mètode permet la producció de sensors precisos,
petits, i de resposta ràpida. Els element Pt100 de pel·lícula
fina són més moderns i amb una mida més compacta

Sensors RTD (Sensor pt100)
3 En un RTD d'element en espiral , el fil de resistència s’embolica en
espirals petites, que s’ajusten a una forma Cerámica que es farceix
amb pol no conductor. El cable de la resistència s’expandeix i contreu
lliurament a mida que canvia la temperatura, minimitzant els errors
provocats per la tensió mecànica. La pols augmenta l'índex de
transferència de calor a las bobines millorant així el temps de
resposta. Els RTDs d’elements en espiral solen estar protegits per
una coberta metàl·lica y se utilitzen en aplicacions industrials.

Sensors RTD (Sensor pt100) Corba caracteristica i relació de
resistències
Relació de resistència TD
El terme "relació de resistència" descriu el pendent mig de la temperatura davant a
la resistència a mesura que la temperatura del RTD canvia de 0°C a +100°C. La
expressió per a la relació de resistència és:
(R100-R0) / R0
On:
R100 = Resistència RTD a 100°C.
R0 = Resistència RTD a 0°C.
La relació de resistència es veu afectada pel tipus i la puresa del metall utilitzat per
fabricar l’RTD. en general, es més fàcil que los RTDs que tenen un alt valor de
R0 combinat con una alta relació de resistència mesurin amb precisió, però las
característiques del metall utilitzat en la resistència del cable segueixen afectant a
la precisió inherent del RTD.

Sensors RTD (Sensor pt100) precisió dels sensors Pt100
La norma internacional IEC 751 especifica les toleràncies dels
sensors RTD industrials. Hi ha dos toleràncies principals
definides per sondes Pt100:
classe A, amb una tolerància de ± 0,15 ° C a 0 ° C i
classe B, amb una tolerància de ± 0,3 ° C a 0 º C.
Hi ha 2 classes de precisió addicionals per al treball de precisió
i aquests es coneixen comunament com "1/10 DIN" i "1/3
DIN"; això significa una tolerància de 1/10 o 1/3 de
l'especificació de classe B a 0 ° C respectivament. La llista
completa de les toleràncies de la classe A, B, 1/10 i 1/3
s'enumeren en la següent taula:

Sensors RTD (Sensor pt100) connexionat Pt100
Amb 2 fils: La manera més senzilla de connexió (però
menys recomanat) és amb només dos cables. En aquest
cas, les resistències dels cables RC1 i RC2 -que uneixen la
Pt100 a l'instrument- se sumen generant un error
inevitable. El lector mesurarà el total R (t) + RC1 + RC2 en
comptes de R (t). L'únic que es pot fer és utilitzar el cable
més gruixut possible per disminuir la resistència de RC1 i
RC2 i així disminuir l'error en la lectura.
Amb 3 fils: La manera de connexió de 3 fils és el més comú i resol prou bé el problema d'error generat pels
cables .L'únic requisit serà que els tres cables tinguin la mateixa resistència elèctrica, ja que, el sistema de
mesurament es basa (gairebé sempre) en el "pont de Wheatstone". Per descomptat, el lector de temperatura ha de
ser per a aquest tipus de connexió.
En el cas particular d’alguns instruments, consisteix en fer passar un corrent conegut a través dels cables blau i verd,
amb la qual cosa l'instrument mesura 2Rc. Després mesura la resistència pels cables cafè i blau per finalment restar-li
2Rc a el valor mesurat i obtenir R (t).
Amb 4 fils: El mètode de 4 fils és el més precís de tots. Els 4 cables poden ser diferents (diferent resistència), però
l'instrument lector és més costós.

Sensors RTD (Sensor pt100) conexionat Pt100
Pels cables 1 i 4 es fa circular un corrent constant I conegut a través de R (t), provocant una diferència de
potencial V en els extrems de R (t). Els cables 2 i 3 estan connectats a l'entrada d'un voltímetre d'alta
impedància. Per aquests cables, no circula corrent i per tant, la caiguda de potencial en els cables RC2 i RC3
serà zero (dV = Ic * Rc = 0 * Rc = 0) i el voltímetre mesurarà exactament el voltatge V en els extrems de
l'element R (t). Finalment, l'instrument obté R (t) al dividir V mesurat entre el corrent I coneguda.

RTD Termistor Sensor de IC Termoparell
avantatges Més estable.
Més preciso.
Més lineal que
los Termoparells.
Alto rendiment
Ràpid
Mesura de dos
fils
El més lineal
El de més alt
rendiment
Econòmic
Auto-alimentat
Robust
Econòmic
Amplia varietat
de formes físiques
Amplia gama de
temperatures
Desavantatges Caro.
Lent.
Precisa font de
alimentació.
Petin canvi
de resistència.
Mesura de 4 fils ’ Auto escalfa
No lineal.
Rang de
Temperatures
limitat.
Fràgil.
Precisa font de
alimentació.
Auto escalfa
Limitat a
< 250 ºC
Precisa font de
alimentació
Lent
Auto escalfa Configuracions
limitades
No lineal
Baixa tensió
Precisa referència
El menys estable
El menys sensible
Sensors de temperatura resum

Sensor de Desplaçament, velocitat, acceleració
Codificadors de posició: incrementals i absoluts.
Els codificadors de posició són sensors digitals i poden ser incrementals
o absoluts.
Codificador de posició incremental:
Consisteixen en un regle lineal o en un disc, el qual és mogut pel
dispositiu quina posició o velocitat volem determinar. Aquest regle o
disc està serigrafiat amb diferents bandes de color negre o transparent
equidistants per tal de que una llum que s’emetrà de forma tranversal
al disc la travessi o no en funció de la banda i així poder ser captada per
un sensor de llum enfrontat a l’emissor . Codificadors de posició:
incrementals i absoluts.
Els codificadors de posició són sensors digitals i poden ser incrementals
o absoluts.
Codificador de posició incremental:
Consisteixen en un regle lineal o en un disc, el qual és mogut pel
dispositiu quina posició o velocitat volem determinar. Aquest regle o
disc està serigrafiat amb diferents bandes de color negre o transparent
equidistants per tal de que una llum que s’emetrà de forma tranversal
al disc la travessi o no en funció de la banda i així poder ser captada per
un sensor de llum enfrontat a l’emissor .

Codificador de posició incremental
Característiques bàsiques:
•Resolució: Es el número de polsos que dona
per cada revolució (ppr).
•Tipus de sortida: poden ser de varis tipus;
TTL, col·lector obert, tótem-pole, etc...,
per tant s’haurà que utilitzar el circuit adequada para
adaptar aquestes sortides a les entrades del dispositiu de
lectura.
•Nombre de canals: Solen ser 1 o 2, més un canal addicional de
índex (Z) que dona un pols per volta. Amb els encoders d'un sol
canal podem saber l'angle girat però no el sentit de gir, de
manera que la majoria dels encoders porten dos canals que
generen senyals quadrats desplaçades 90º. Aquest
desfasament, com veurem més endavant, és el que ens permet
determinar la direcció de gir.

Codificador de posició absolut:
Son semblants als incrementals però les marques es disposen de forma concèntrica. Cada cercle té un
sensor i la posició queda codificada per la lectura de tots els sensors existents.

Codificar en codi binari és molt senzill encara que presenta el problema de la transició entre dos estats .
I han estats on els 4 bits de la posició canvien en una transició la qual cosa pot provocar que la paraula errònia.

La solució és fer servir el codi GRAY , que es caracteritza per que només canvia un bit entre codi i codi

Resolvers :
Un resolver és un transformador elèctric mòbil emprat per mesurar un angle de rotació. Els resolvers
s'assemblen a un motor elèctric, amb un bobinat de coure al rotor on s’aplica un voltatge conegut
Vsen(ωt) i un estator fix on es bobinen 2 secundaris situats un a 90º l’un de l’altre. L'acoblament
inductiu entre els bobinats del transformador varia segons l'angle. Per tant, si subministrem senyal CA
al primari del resolver i mesurem la sortida dels bobinats del transformador, obtenim un senyal CA
elèctrica la amplitud de la qual és proporcional a l'angle.
V1 = V sen(ωt) senθ
V2 = V sen(ωt) cosθ

Els resolvers tenen una bona reputació de repetibilitat i solen ser l'elecció automàtica per a
aplicacions relacionades amb alta fiabilitat i de seguretat. Se’ls atribueix una resolució infinita,
encara que això és veritat en teoria, en la pràctica no ho és, perquè la majoria dels sistemes de
control moderns no es converteixen a un senyal digital de resolució finita. La resolució real es
determina segons la qualitat de circuit de conversió d'anàloga a digital.
A més, son pesats, voluminosos i costosos. No són una opció econòmicament viable per a moltes
aplicacions generals i, en general, només s'utilitzen en sectors el cost de capital és secundari.
Punts forts - Fiable, robust, precís, llarga vida útil
Punts febles - Voluminós, pesat, car, requereix habilitats per a l'especificació i implementació
Resolvers :

codificador inductiu
En els últims anys s'han popularitzat una generació de dispositius: el
codificador inductiu. Els codificadors inductius es poden considerar
com un híbrid entre un resolvers i un codificador òptic (Encoder) . Els
codificadors inductius (o Incoders) utilitzen la mateixa física que un
resolver però són menys costosos, més lleugers, més compactes i més
precisos. Són també més fàcils d'utilitzar ja que només es necessita un
subministrament de CC i una sortida de senyal digital que representi
un angle absolut, com un codificador òptic absolut. No necessiten
components electrònics separats del circuit de processament. Tots els
components electrònics estan integrats en el estator. Això significa que
els Incoders tenen tots els avantatges dels resolvers però cap dels seus
desavantatges.
Com els codificadors inductius no utilitzen components òptics
delicats, no són susceptibles a les partícules estranyes i no funcionen
només dins d'un intervals de temperatures limitats. De fet, en algunes
versions personalitzades, s'han utilitzat temperatures de fins a + 230º
Celsius i -170º Celsius.

Variables de mesura i tipus de sensor, (1)

More Related Content

What's hot (20)

Similar to Variables de mesura i tipus de sensor, (1) (20)

More from TOMAS GARCIA VERDUGO (14)

Recently uploaded (20)

Variables de mesura i tipus de sensor, (1)