Sensores y Transductores Industriales
Termocupla
Una termocupla es un transductor formado por la unión de dos metales distintos que producen una diferencia de potencial muy pequeña (del orden de milivoltios), conocida como efecto Peltier. Esta diferencia de potencial es función de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos, denominado «punto caliente» o «unión caliente», y el otro, llamado «punto frío» (relacionado con el efecto Thomson).
RTD de 3 Hilos
El RTD (Detector de Temperatura por Resistencia) es un sensor que se utiliza para medir la temperatura. Normalmente, está compuesto por un alambre fino que posee una relación directa y lineal entre temperatura y resistencia: al aumentar la temperatura, aumenta su resistencia. Gracias a su respuesta lineal, podemos determinar el nivel de calor utilizando una tabla que muestra los valores resistivos para cada grado Celsius o Fahrenheit. Generalmente, estos sensores se encuentran en un encapsulado de acero inoxidable, similar al de los termopares, para proteger sus delicados componentes. En la configuración de 3 hilos, la sonda se conecta mediante tres cables a un puente, lo que permite que ni la temperatura ambiente ni la longitud de los cables afecten la precisión de la medida.
Medidor Capacitivo para Interfaz
El medidor capacitivo es un detector de proximidad que se utiliza para medir la interfaz entre dos medios, ya que detecta los cambios en las propiedades dieléctricas. Está dotado de un circuito oscilante RC ajustado en un punto crítico, que entra en oscilación cuando se aproxima al lecho del sólido o al cambio de líquido. El dispositivo se monta en el tanque, en posición vertical o inclinada, y su sensibilidad se ajusta al mínimo para evitar falsas activaciones por depósitos mínimos de material en el detector. Su exactitud típica es de ±25 mm.
Medición de Interfaz con Transmisor de Presión
Es posible deducir la altura de un líquido dentro de un tanque midiendo la presión hidrostática. Un transmisor de presión no mide directamente el nivel del líquido, sino la presión que este ejerce. Dado que la presión es proporcional a la altura de la columna de líquido, el medidor puede «ver» la posición actual del nivel. La relación fundamental es P = ρ · g · h, de donde se despeja la altura h = P / (ρ · g). Para medir la altura de una interfaz entre dos líquidos, se utiliza una fórmula derivada de este principio.
Señales y Control de Procesos
Señal Digital
Una señal digital consiste en una serie de impulsos representados como bits. Cada bit adopta uno de dos estados, 0 o 1 (código binario), que simbolizan la ausencia (0) o presencia (1) de una señal eléctrica a través de un conductor. El proceso para convertir una señal analógica de un sensor a digital sigue estos pasos:
- Señal del sensor (analógica)
- Muestreo
- Cuantificación
- Codificación
- Sistema binario (salida digital)
Control Proporcional
En el algoritmo de control proporcional, la salida del controlador es directamente proporcional a la señal de error. El error es la diferencia entre el punto de ajuste deseado (setpoint) y el valor actual de la variable del proceso. En otras palabras, la salida de un controlador proporcional es el resultado de multiplicar la señal de error por un valor constante llamado ganancia proporcional.
Principios Fundamentales de Medición
Diferencia entre Precisión y Exactitud
Precisión
La precisión es la cualidad de un instrumento que le permite dar lecturas muy próximas entre sí al medir repetidamente la misma magnitud. Se refiere al grado de dispersión o repetibilidad de las mediciones.
Exactitud
La exactitud es la cualidad de un instrumento de medida por la que tiende a dar lecturas próximas al valor verdadero de la magnitud medida. Se refiere a cuán cerca está la medida del valor real.
Presión Manométrica
La presión manométrica es aquella que se mide con respecto a la presión atmosférica local. Cuando la presión medida por el manómetro es igual a la de la atmósfera, la presión manométrica es cero. Los manómetros miden el exceso de presión respecto a la atmosférica; si la presión del sistema es menor o igual a la atmosférica, el instrumento indicará cero. Es importante no confundirla con la presión absoluta, donde un vacío perfecto correspondería a una presión absoluta de cero y todos sus valores son positivos.
Medición de Vacío con Puente de Wheatstone
Uno de los métodos más conocidos para medir bajas presiones (vacío) es el uso de un puente de Wheatstone. En esta configuración, una de las resistencias del puente (el elemento sensor) se expone al vacío que se desea medir. La resistencia de este filamento variará según cambie la presión: a presiones cercanas a la atmosférica, el filamento estará en contacto con más moléculas de gas, lo que disipa calor, provocando una disminución de su temperatura y, por consiguiente, una reducción de su valor resistivo. Esta variación de resistencia se mide para determinar el nivel de vacío.