Mediciones Industriales
TEMA II: SENSORES PRIMARIOS NO ELECTRICOS
Los sensores primarios son los que permiten obtener una señal transducible a partir de la magnitud física a medir. La salida puede ser eléctrica o no, según sea el sensor.
Aquí se estudiarán solo aquellos que no generan una señal eléctrica. El resto se tratarán en los capítulos siguientes.
1. Sensores de presión.
La presión es la fuerza normal que se ejerce sobre una cierta área, y se mide en unidades de fuerza por unidad de área ( P = F/A). Esta fuerza se puede aplicar a un punto en una superficie o distribuirse sobre esta.
1.1 Clases de presión
La presión puede medirse en valores absolutos o diferenciales. En la figura 1.1 se indican las clases de presión que los instrumentos miden comúnmente en la industria.
· Presión absoluta: Es la presión ejercida por la atmósfera terrestre.
· Presión relativa: Es la determinada por un elemento que mide la diferencia entre la presión absoluta y la atmosférica del lugar donde se efectúa la medición (punto B). Hay que señalar que al aumentar o disminuir la presión atmosférica, disminuye o aumenta respectivamente la presión leída (puntos B’ y B’’).
· Presión diferencial: Es la diferencia entre dos presiones (punto C y C’).
· Vacío: Es la diferencia de presiones entre la presión atmosférica existente y la presión absoluta, es decir, es la presión medida por debajo de la presión atmosférica (puntos D, D’ y D’’).
FIGURA 1.1
1.2 Unidades de presión
La presión es una fuerza por unidad de área y puede expresarse en unidades tales como kg./cm 2 , psi (libras por pulgada cuadrada), bar y atmósfera. Si bien la unidad normalizada es el Pascal (Newton por metro cuadrado y de símbolo Pa).
En la tabla 1.1 se muestran las equivalencias entre estas unidades.
TABLA 1.1
1.3 Clasificación de sensores de presión
En aplicaciones industriales los instrumentos de presión se clasifican en tres grupos: Mecánicos, electromecánicos y eléctricos o electrónicos.
Los mecánicos: Utilizan directamente elementos que se rigen por las leyes de la mecánica por efecto de la variación de presión.
Los electromecánicos utilizan la combinación de un elemento mecánico combinado con un transductor eléctrico que genera la señal eléctrica proporcional a la presión medida.
Los eléctricos y electrónicos, utilizan principios eléctricos o electrónicos para medir la presión.
1.4 Manómetro de columna liquida
El principio de acción de estos aparatos está basado en el equilibrio hidrostático de una presión, con la presión ejercida por una columna de líquido. El mas común es el manómetro en U.
FIGURA 1.2
1.5 Manómetro de tubo Bourdon
El tubo Bourdon, desarrollado por Eugene Bourdon en 1949, consiste en un tubo metálico de sección transversal no circular, obtenido a base de aplanar un tubo de sección circular, que tiende a recuperar dicha forma cuando se aplica una diferencia de presión entre el interior y el exterior.
FIGURA 1.3
1.6 Espiral.
El elemento en espiral se forma arrollando el tubo Bourdon en forma de espiral alrededor de un eje común, y el helicoidal arrollando más de una espira en forma de hélice. Estos elementos proporcionan un desplazamiento grande del extremo libre y por ello, son ideales para los registradores.
1.7 Diafragma
El diafragma consiste en una o varias cápsulas circulares conectadas rígidamente entre sí por soldadura, de forma que al aplicar presión, cada cápsula se deforma y la suma de los pequeños desplazamientos es amplificada por un juego de palancas. El sistema se proyecta de tal modo que, al aplicar presión, el movimiento se aproxima a una relación lineal en un intervalo de medida lo más amplio posible con un mínimo de histéresis y de desviación permanente en el cero del instrumento.
1.8 Fuelle
El fuelle es parecido al diafragma compuesto, pero de una sola pieza flexible axialmente, y puede dilatarse o contraerse con un desplazamiento considerable.
2. Sensores de flujo.
Se define flujo o caudal a la relación entre la cantidad que circula por unidad de tiempo por una sección de un proceso ó sistema.
El caudal puede ser :
Volumétrico : Cantidad expresada en volumen
Másico : Cantidad expresada en masa.
No existe una unidad específica para representar el caudal, se emplea unidad de volumen / unidad de tiempo ó unidad de masa / unidad de tiempo según se trate de caudal volumétrico ó másico.
Asociado a la variable caudal está la variable cantidad que matemáticamente se determina como la integral con respecto al tiempo del caudal.
2.2 Sensor por presión diferencial
Se basa en el hecho de que el paso de un fluido por una restricción cualquiera produce una diferencia de presión entre la parte anterior y posterior de la misma.
La medición de esta diferencia de presión permite obtener de forma indirecta el caudal que está circulando.
Las expresiones que permiten calcular el caudal se obtienen a partir de la aplicación del Teorema de Bernoulli a una tubería horizontal.
Figura 2.1
Los elementos de restricción más utilizados son la placa –orificio (plato-orificio ó diafragma), la tobera y el tubo entura.
2.2.1 Placa-orificio.
La placa-orificio, plato-orificio o diafragma es una placa perforada instalada en la tubería. La presión diferencial que se produce es captada mediante dos tomas conectadas en la parte anterior y posterior de la placa. Dicha presión diferencial es proporcional al cuadrado del caudal.
2.2.2 Tubo Venturi
El tubo entura tiene una forma de dos conos truncados unidos por una sección cilíndrica por su diámetro menor, ubicándose una toma en la entrada y la otra en la sección cilíndrica.
Figura 2.2
2.2.3 Tubo PITOT
El tubo PITOT mide la diferencia entre la presión total y la presión estática, o sea, la presión dinámica, la cual es proporcional a la velocidad.
FIGURA 2.3
2.3 Sensores de área variable
Los sensores de área variable para la medición de caudal son los rotámetros, en los cuales un flotador cambia su posición dentro de un tubo en dependencia de la magnitud del flujo de fluido por el mismo. (Ver figura 2.4)
FIGURA 2.4
2.4 Sensores de caudal de velocidad
En este grupo se consideran los sensores de medición de caudal donde la medición se efectúa por el efecto de la velocidad del fluido sobre el elemento de medida.
El mas común es el vertedero.
Se emplean en la medición de caudal en canales abiertos.
Provocan una diferencia de alturas del líquido en el canal entre la zona anterior del vertedero y la posterior. El vertedero debe formar un ángulo recto con la dirección del caudal y el canal aguas arriba debe ser recto en una distancia como un mínimo de 10 veces su anchura.
Por la inclusión del vertedero, en la zona anterior al mismo, debido al cambio de la velocidad, se produce una elevación del líquido en el canal. Esta diferencia de altura se mide en un punto aguas arriba lo suficientemente alejado del vertedero para que no sea influido por la curva de la bajada de la superficie del agua.
FIGURA 2.5
3. Sensores de nivel.
Los sensores de nivel se clasifican en dos grandes grupos: líquidos y sólidos.
Los sensores de líquidos se clasifican en:
· Medición directa: Detectan directamente el nivel. Existen varios tipos: Sonda, Cinta y plomada, Nivel de cristal.
· Aprovechando la presión hidrostática: Manométricos, Membrana, Burbujeo y Presión diferencial.
· Empuje del líquido: Flotador y Torque.
· Características eléctricas del líquido: Resistivo o conductivo, Capacitivo, Ultrasónico, Radiactivo, Láser.
3.1 Medición Directa
Deben su nombre a que trabajan midiendo directamente la altura del líquido sobre una línea de referencia. Analicemos cada uno de estos métodos:
· Sonda:
Consta de una varilla o regla graduada que se utiliza para la medición instantánea de nivel y también como método de comprobación de otros instrumentos. Existen dos modos de uso: El primero (fig. 3.1.a) no es mas que introducir la varilla dentro del recipiente del líquido teniéndose el nivel por la longitud mojada de la regla al ser extraída. Ejemplo típico se tiene el medidor de nivel de aceite de automóvil.
El segundo es introducir la varilla y observar la distancia indicada entre su extremo inferior, al tocar el líquido y una referencia ubicada en el borde del tanque. En este caso la regla debe graduarse adecuadamente para que suministre el nivel del líquido.
Otro medidor consiste en una varilla graduada, con un gancho que se sumerge en el seno del líquido y se levanta después hasta que el gancho rompe la superficie del líquido (fig. 3.1.b). La distancia desde esta superficie hasta la parte superior del tanque representa indirectamente el nivel. Se emplea en tanques de agua a presión atmosférica.
Los dos tipos se utilizan en tanques abiertos a presión atmosférica(generalmente en tanques de gasolina o fuel oil). Presentan el inconveniente de que para tanques profundos se necesita una regla muy larga y de difícil lectura.
FIGURA 3.1 : Medidor de sonda.
· Nivel de cristal:
Se basan en la ley de los vasos comunicantes. Constan de un tubo de cristal graduado conectados a través de dos válvulas, con el objetivo de que no ocurra derramamientos de la sustancia en caso de rotura (fig.3.2). También puede poseer una tercera válvula de purga. Si hay presiones superiores a 7 bar, el cristal debe ser grueso, rectangular y protegido con una armadura metálica.
FIGURA 3.2: Nivel de cristal normal.
Son más adecuados para líquidos coloreados o no transparentes, aunque con la desventaja de que con el tiempo manchen el cristal.
3.2 Aprovechando la presión hidrostática.
El principio de funcionamiento de estos indicadores está basado en la medición de la presión de una columna de líquido, y si el líquido cambia de densidad se introduce un error. Se utiliza cualquier dispositivo que responda a la presión.
FIGURA 3.3
3.- Aprovechando el empuje del liquido:
· Flotador:
Son los más antiguos y constan de un flotador situado en el seno del líquido y conectado al exterior para la indicación de nivel.
La conexión del flotador al exterior puede ser:
Directa: Unido por un cable que desliza en un juego de poleas a un índice exterior que señala sobre una escala graduada. Inconvenientes: Partes móviles expuestas al fluido, pueden romperse y el tanque no puede estar sometido a presión.
Magnética: Desliza externamente a lo largo de un tubo guía en el exterior del tanque. Dentro del tubo una pieza magnética sigue al flotador. Esta pieza magnética puede conectarse neumáticamente, eléctrica o como en el caso anterior, para indicar nivel.
Hidráulica: El flotador actúa sobre un fuelle de tal modo que varía la presión de un circuito hidráulico y señala a distancia en el receptor el nivel correspondiente. Permite largas distancias aunque es complicado y posee partes móviles dentro del tanque.
Eléctrico: Existen muchos modelos de conexión. Dos tipos muy comunes son el cerrar un contacto conforme sube el flotador, y otro el de un brazo basculante que acciona un potenciómetro. Ejemplo del primero es el medidor de liga de frenos del automóvil, y del segundo, el del tanque de gasolina.
4. Sensores de temperatura.
La temperatura caracteriza el grado de calentamiento del cuerpo. Si dos cuerpos a temperaturas distintas se ponen en contacto térmico entre si, el cuerpo más caliente cede calor al cuerpo menos calientes, y como resultado, el cuerpo más frío se caliente y el más caliente se enfría. La temperatura no puede ser medida directamente; el valor de la temperatura se mide por otras propiedades físicas que varían en función de la variación de esta.
Los sensores de temperatura utilizan diversos fenómenos que son influidos por la temperatura y entre las cuáles figuran:
a.- Variación en volumen o en estado de los cuerpos (sólidos, líquidos o gases).
b.- Variación de resistencia de un conductor (sonda de resistencia).
c.- Variación de resistencia de semiconductor (termistores).
d.- F.e.m. creada en la unión de dos metales distintos (termopares).
e.- Intensidad de radiación total emitida por el cuerpo (Pirómetro de radiación).
f.- Otros fenómenos utilizados en laboratorio (velocidad del sonido en un gas, frecuencia de resonancia de un cristal).
De este modo se emplean los siguientes sensores:
FIGURA 4.1 : Termómetro de vidrio
El termómetro de vidrio (fig. 4.1) consta de un depósito de vidrio que contiene alguna sustancia termométrica y que al calentarse se expande y sube en el tubo capilar.
4.2 Termómetro Bimetálico
Se fundan en el distinto coeficiente de dilatación de dos metales diferentes, tales como latón , monel o acero, y una aleación de ferroniquel o Invar (35,5 % de níquel) laminados conjuntamente. Las láminas bimetálicas pueden ser rectas o curvas, formando espirales o hélices.
Figura 4.2
4.3 Termómetro de bulbo y capilar:
Consisten esencialmente en un bulbo conectado por un capilar a una espiral. Cuando la temperatura del bulbo cambia, el gas o el líquido en el bulbo se expanden y la espiral tiende a desenrollarse moviendo la aguja sobre la escala.
Figura 4.3
5. Sensores de variables físicas.
5.1. Peso
El peso de un cuerpo es la fuerza con que es atraído por la Tierra. La relación entre la masa del cuerpo, es decir, la cantidad de materia que contiene, y su peso viene dado por la expresión:
P=mg
en la que: P = peso
m = masa
g = aceleración debida a la gravedad
Como la masa de un cuerpo es constante y la aceleración de la gravedad varía con el lugar (es de 9,78 en el ecuador y 9,83 en los polos) y también con la altura, es obvio que el peso del cuerpo variará según el lugar de la Tierra y la altura a que esté sobre el nivel del mar.
Existen varios métodos para medir el peso:
a.- Comparación con otros pesos patrones (balanzas y básculas);
b.- Células de carga a base de galgas extensométricas;
c.- Células de carga hidráulicas;
d.- Células de carga neumáticas.
Aquí se desarrollará solo el primero:
· La balanza clásica está constituida por una palanca de brazos iguales llamada cruz que se apoya en su centro y de cuyos extremos cuelgan los platillos, que soportan los pesos.
· La balanza de Roberval consiste esencialmente en un paralelogramo articulado que puede oscilar alrededor del punto central del lado superior del paralelogramo, manteniéndose verticales las varillas laterales que soportan los platillos.
Figura 5.1
· La báscula clásica (fig. 5.2) consiste esencialmente en una palanca apoyada en un punto de la que cuelgan en un extremo el peso a medir y en el otro que tiene la forma de un rectángulo, dos pesos móviles uno para ajuste basto y el otro para ajuste fino; un fiel indica cuándo la báscula está ajustada.
· La báscula automática (fig. 5.3) consiste en una palanca en ángulo apoyada en su centro con un peso conocido en un extremo y el desconocido en el otro. La báscula alcanza siempre una posición de equilibrio marcando directamente en una escala graduada.
Figura 5.2
Figura 5.3
Los sensores primarios son los que permiten obtener una señal transducible a partir de la magnitud física a medir. La salida puede ser eléctrica o no, según sea el sensor.
Aquí se estudiarán solo aquellos que no generan una señal eléctrica. El resto se tratarán en los capítulos siguientes.
1. Sensores de presión.
La presión es la fuerza normal que se ejerce sobre una cierta área, y se mide en unidades de fuerza por unidad de área ( P = F/A). Esta fuerza se puede aplicar a un punto en una superficie o distribuirse sobre esta.
1.1 Clases de presión
La presión puede medirse en valores absolutos o diferenciales. En la figura 1.1 se indican las clases de presión que los instrumentos miden comúnmente en la industria.
· Presión absoluta: Es la presión ejercida por la atmósfera terrestre.
· Presión relativa: Es la determinada por un elemento que mide la diferencia entre la presión absoluta y la atmosférica del lugar donde se efectúa la medición (punto B). Hay que señalar que al aumentar o disminuir la presión atmosférica, disminuye o aumenta respectivamente la presión leída (puntos B’ y B’’).
· Presión diferencial: Es la diferencia entre dos presiones (punto C y C’).
· Vacío: Es la diferencia de presiones entre la presión atmosférica existente y la presión absoluta, es decir, es la presión medida por debajo de la presión atmosférica (puntos D, D’ y D’’).
FIGURA 1.1
1.2 Unidades de presión
La presión es una fuerza por unidad de área y puede expresarse en unidades tales como kg./cm 2 , psi (libras por pulgada cuadrada), bar y atmósfera. Si bien la unidad normalizada es el Pascal (Newton por metro cuadrado y de símbolo Pa).
En la tabla 1.1 se muestran las equivalencias entre estas unidades.
TABLA 1.1
1.3 Clasificación de sensores de presión
En aplicaciones industriales los instrumentos de presión se clasifican en tres grupos: Mecánicos, electromecánicos y eléctricos o electrónicos.
Los mecánicos: Utilizan directamente elementos que se rigen por las leyes de la mecánica por efecto de la variación de presión.
Los electromecánicos utilizan la combinación de un elemento mecánico combinado con un transductor eléctrico que genera la señal eléctrica proporcional a la presión medida.
Los eléctricos y electrónicos, utilizan principios eléctricos o electrónicos para medir la presión.
1.4 Manómetro de columna liquida
El principio de acción de estos aparatos está basado en el equilibrio hidrostático de una presión, con la presión ejercida por una columna de líquido. El mas común es el manómetro en U.
FIGURA 1.2
1.5 Manómetro de tubo Bourdon
El tubo Bourdon, desarrollado por Eugene Bourdon en 1949, consiste en un tubo metálico de sección transversal no circular, obtenido a base de aplanar un tubo de sección circular, que tiende a recuperar dicha forma cuando se aplica una diferencia de presión entre el interior y el exterior.
FIGURA 1.3
1.6 Espiral.
El elemento en espiral se forma arrollando el tubo Bourdon en forma de espiral alrededor de un eje común, y el helicoidal arrollando más de una espira en forma de hélice. Estos elementos proporcionan un desplazamiento grande del extremo libre y por ello, son ideales para los registradores.
1.7 Diafragma
El diafragma consiste en una o varias cápsulas circulares conectadas rígidamente entre sí por soldadura, de forma que al aplicar presión, cada cápsula se deforma y la suma de los pequeños desplazamientos es amplificada por un juego de palancas. El sistema se proyecta de tal modo que, al aplicar presión, el movimiento se aproxima a una relación lineal en un intervalo de medida lo más amplio posible con un mínimo de histéresis y de desviación permanente en el cero del instrumento.
1.8 Fuelle
El fuelle es parecido al diafragma compuesto, pero de una sola pieza flexible axialmente, y puede dilatarse o contraerse con un desplazamiento considerable.
2. Sensores de flujo.
Se define flujo o caudal a la relación entre la cantidad que circula por unidad de tiempo por una sección de un proceso ó sistema.
El caudal puede ser :
Volumétrico : Cantidad expresada en volumen
Másico : Cantidad expresada en masa.
No existe una unidad específica para representar el caudal, se emplea unidad de volumen / unidad de tiempo ó unidad de masa / unidad de tiempo según se trate de caudal volumétrico ó másico.
Asociado a la variable caudal está la variable cantidad que matemáticamente se determina como la integral con respecto al tiempo del caudal.
2.2 Sensor por presión diferencial
Se basa en el hecho de que el paso de un fluido por una restricción cualquiera produce una diferencia de presión entre la parte anterior y posterior de la misma.
La medición de esta diferencia de presión permite obtener de forma indirecta el caudal que está circulando.
Las expresiones que permiten calcular el caudal se obtienen a partir de la aplicación del Teorema de Bernoulli a una tubería horizontal.
Figura 2.1
Los elementos de restricción más utilizados son la placa –orificio (plato-orificio ó diafragma), la tobera y el tubo entura.
2.2.1 Placa-orificio.
La placa-orificio, plato-orificio o diafragma es una placa perforada instalada en la tubería. La presión diferencial que se produce es captada mediante dos tomas conectadas en la parte anterior y posterior de la placa. Dicha presión diferencial es proporcional al cuadrado del caudal.
2.2.2 Tubo Venturi
El tubo entura tiene una forma de dos conos truncados unidos por una sección cilíndrica por su diámetro menor, ubicándose una toma en la entrada y la otra en la sección cilíndrica.
Figura 2.2
2.2.3 Tubo PITOT
El tubo PITOT mide la diferencia entre la presión total y la presión estática, o sea, la presión dinámica, la cual es proporcional a la velocidad.
FIGURA 2.3
2.3 Sensores de área variable
Los sensores de área variable para la medición de caudal son los rotámetros, en los cuales un flotador cambia su posición dentro de un tubo en dependencia de la magnitud del flujo de fluido por el mismo. (Ver figura 2.4)
FIGURA 2.4
2.4 Sensores de caudal de velocidad
En este grupo se consideran los sensores de medición de caudal donde la medición se efectúa por el efecto de la velocidad del fluido sobre el elemento de medida.
El mas común es el vertedero.
Se emplean en la medición de caudal en canales abiertos.
Provocan una diferencia de alturas del líquido en el canal entre la zona anterior del vertedero y la posterior. El vertedero debe formar un ángulo recto con la dirección del caudal y el canal aguas arriba debe ser recto en una distancia como un mínimo de 10 veces su anchura.
Por la inclusión del vertedero, en la zona anterior al mismo, debido al cambio de la velocidad, se produce una elevación del líquido en el canal. Esta diferencia de altura se mide en un punto aguas arriba lo suficientemente alejado del vertedero para que no sea influido por la curva de la bajada de la superficie del agua.
FIGURA 2.5
3. Sensores de nivel.
Los sensores de nivel se clasifican en dos grandes grupos: líquidos y sólidos.
Los sensores de líquidos se clasifican en:
· Medición directa: Detectan directamente el nivel. Existen varios tipos: Sonda, Cinta y plomada, Nivel de cristal.
· Aprovechando la presión hidrostática: Manométricos, Membrana, Burbujeo y Presión diferencial.
· Empuje del líquido: Flotador y Torque.
· Características eléctricas del líquido: Resistivo o conductivo, Capacitivo, Ultrasónico, Radiactivo, Láser.
3.1 Medición Directa
Deben su nombre a que trabajan midiendo directamente la altura del líquido sobre una línea de referencia. Analicemos cada uno de estos métodos:
· Sonda:
Consta de una varilla o regla graduada que se utiliza para la medición instantánea de nivel y también como método de comprobación de otros instrumentos. Existen dos modos de uso: El primero (fig. 3.1.a) no es mas que introducir la varilla dentro del recipiente del líquido teniéndose el nivel por la longitud mojada de la regla al ser extraída. Ejemplo típico se tiene el medidor de nivel de aceite de automóvil.
El segundo es introducir la varilla y observar la distancia indicada entre su extremo inferior, al tocar el líquido y una referencia ubicada en el borde del tanque. En este caso la regla debe graduarse adecuadamente para que suministre el nivel del líquido.
Otro medidor consiste en una varilla graduada, con un gancho que se sumerge en el seno del líquido y se levanta después hasta que el gancho rompe la superficie del líquido (fig. 3.1.b). La distancia desde esta superficie hasta la parte superior del tanque representa indirectamente el nivel. Se emplea en tanques de agua a presión atmosférica.
Los dos tipos se utilizan en tanques abiertos a presión atmosférica(generalmente en tanques de gasolina o fuel oil). Presentan el inconveniente de que para tanques profundos se necesita una regla muy larga y de difícil lectura.
FIGURA 3.1 : Medidor de sonda.
· Nivel de cristal:
Se basan en la ley de los vasos comunicantes. Constan de un tubo de cristal graduado conectados a través de dos válvulas, con el objetivo de que no ocurra derramamientos de la sustancia en caso de rotura (fig.3.2). También puede poseer una tercera válvula de purga. Si hay presiones superiores a 7 bar, el cristal debe ser grueso, rectangular y protegido con una armadura metálica.
FIGURA 3.2: Nivel de cristal normal.
Son más adecuados para líquidos coloreados o no transparentes, aunque con la desventaja de que con el tiempo manchen el cristal.
3.2 Aprovechando la presión hidrostática.
El principio de funcionamiento de estos indicadores está basado en la medición de la presión de una columna de líquido, y si el líquido cambia de densidad se introduce un error. Se utiliza cualquier dispositivo que responda a la presión.
FIGURA 3.3
3.- Aprovechando el empuje del liquido:
· Flotador:
Son los más antiguos y constan de un flotador situado en el seno del líquido y conectado al exterior para la indicación de nivel.
La conexión del flotador al exterior puede ser:
Directa: Unido por un cable que desliza en un juego de poleas a un índice exterior que señala sobre una escala graduada. Inconvenientes: Partes móviles expuestas al fluido, pueden romperse y el tanque no puede estar sometido a presión.
Magnética: Desliza externamente a lo largo de un tubo guía en el exterior del tanque. Dentro del tubo una pieza magnética sigue al flotador. Esta pieza magnética puede conectarse neumáticamente, eléctrica o como en el caso anterior, para indicar nivel.
Hidráulica: El flotador actúa sobre un fuelle de tal modo que varía la presión de un circuito hidráulico y señala a distancia en el receptor el nivel correspondiente. Permite largas distancias aunque es complicado y posee partes móviles dentro del tanque.
Eléctrico: Existen muchos modelos de conexión. Dos tipos muy comunes son el cerrar un contacto conforme sube el flotador, y otro el de un brazo basculante que acciona un potenciómetro. Ejemplo del primero es el medidor de liga de frenos del automóvil, y del segundo, el del tanque de gasolina.
4. Sensores de temperatura.
La temperatura caracteriza el grado de calentamiento del cuerpo. Si dos cuerpos a temperaturas distintas se ponen en contacto térmico entre si, el cuerpo más caliente cede calor al cuerpo menos calientes, y como resultado, el cuerpo más frío se caliente y el más caliente se enfría. La temperatura no puede ser medida directamente; el valor de la temperatura se mide por otras propiedades físicas que varían en función de la variación de esta.
Los sensores de temperatura utilizan diversos fenómenos que son influidos por la temperatura y entre las cuáles figuran:
a.- Variación en volumen o en estado de los cuerpos (sólidos, líquidos o gases).
b.- Variación de resistencia de un conductor (sonda de resistencia).
c.- Variación de resistencia de semiconductor (termistores).
d.- F.e.m. creada en la unión de dos metales distintos (termopares).
e.- Intensidad de radiación total emitida por el cuerpo (Pirómetro de radiación).
f.- Otros fenómenos utilizados en laboratorio (velocidad del sonido en un gas, frecuencia de resonancia de un cristal).
De este modo se emplean los siguientes sensores:
FIGURA 4.1 : Termómetro de vidrio
El termómetro de vidrio (fig. 4.1) consta de un depósito de vidrio que contiene alguna sustancia termométrica y que al calentarse se expande y sube en el tubo capilar.
4.2 Termómetro Bimetálico
Se fundan en el distinto coeficiente de dilatación de dos metales diferentes, tales como latón , monel o acero, y una aleación de ferroniquel o Invar (35,5 % de níquel) laminados conjuntamente. Las láminas bimetálicas pueden ser rectas o curvas, formando espirales o hélices.
Figura 4.2
4.3 Termómetro de bulbo y capilar:
Consisten esencialmente en un bulbo conectado por un capilar a una espiral. Cuando la temperatura del bulbo cambia, el gas o el líquido en el bulbo se expanden y la espiral tiende a desenrollarse moviendo la aguja sobre la escala.
Figura 4.3
5. Sensores de variables físicas.
5.1. Peso
El peso de un cuerpo es la fuerza con que es atraído por la Tierra. La relación entre la masa del cuerpo, es decir, la cantidad de materia que contiene, y su peso viene dado por la expresión:
P=mg
en la que: P = peso
m = masa
g = aceleración debida a la gravedad
Como la masa de un cuerpo es constante y la aceleración de la gravedad varía con el lugar (es de 9,78 en el ecuador y 9,83 en los polos) y también con la altura, es obvio que el peso del cuerpo variará según el lugar de la Tierra y la altura a que esté sobre el nivel del mar.
Existen varios métodos para medir el peso:
a.- Comparación con otros pesos patrones (balanzas y básculas);
b.- Células de carga a base de galgas extensométricas;
c.- Células de carga hidráulicas;
d.- Células de carga neumáticas.
Aquí se desarrollará solo el primero:
· La balanza clásica está constituida por una palanca de brazos iguales llamada cruz que se apoya en su centro y de cuyos extremos cuelgan los platillos, que soportan los pesos.
· La balanza de Roberval consiste esencialmente en un paralelogramo articulado que puede oscilar alrededor del punto central del lado superior del paralelogramo, manteniéndose verticales las varillas laterales que soportan los platillos.
Figura 5.1
· La báscula clásica (fig. 5.2) consiste esencialmente en una palanca apoyada en un punto de la que cuelgan en un extremo el peso a medir y en el otro que tiene la forma de un rectángulo, dos pesos móviles uno para ajuste basto y el otro para ajuste fino; un fiel indica cuándo la báscula está ajustada.
· La báscula automática (fig. 5.3) consiste en una palanca en ángulo apoyada en su centro con un peso conocido en un extremo y el desconocido en el otro. La báscula alcanza siempre una posición de equilibrio marcando directamente en una escala graduada.
Figura 5.2
Figura 5.3
posted by Ing. Angel Custodio, PhD at
3:12 PM
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