Sensores (Cap. III) (Clase 3-4-2012)

Clase: 03-04-2012

SENSORES (Cap. III):

Siguiendo el libro de referencia (Automation Production System), entramos en la tercera parte del libro, donde comenzamos a ver los sensores, como integrante fundamental de un sistema de control y/o automatización.

Podemos definir, lo que es un Sistema de Control, o lo que es lo mismo, un Sistema de Automatización Monovariable, o un Sistema de Automatización Multivariable.

SISTEMA DE CONTROL:

Un sistema de control está definido como un conjunto de componentes que pueden regular su propia conducta o la de otro sistema con el fin de lograr un funcionamiento predeterminado, de modo que se reduzcan las probabilidades de fallos y se obtengan los resultados buscados.

La esencia de un sistema de control, es la diferencia entre los estados de entrada deseado y real del sensor. Si el error “e” es distinto de 0, aumenta la salida y (o baja) hasta que el error vuelve al valor 0. Se busca que v=y.

Hoy en día, los procesos de control son síntomas del proceso industrial que estamos viviendo. Estos sistemas se usan típicamente en sustituir un trabajador pasivo que controla una determinado sistema ( ya sea eléctrico, mecánico, etc. ) con una posibilidad nula o casi nula de error, y un grado de eficiencia mucho más grande que el de un trabajador. Los sistemas de control más modernos en ingeniería automatizan procesos en base a muchos parámetros y reciben el nombre de controladores de automatización programables (PAC), o SISTEMAS DE AUTOMATIZACIÓN.

Los sistemas de control deben conseguir los siguientes objetivos:

• Ser estables y robustos frente a perturbaciones y errores en los modelos.
• Ser eficiente según un criterio preestablecido evitando comportamientos bruscos e irreales.

Sistema de control de lazo abierto:

Es aquel sistema en que solo actúa el proceso sobre la señal de entrada y da como resultado una señal de salida independiente a la señal de entrada, pero basada en la primera. Esto significa que no hay retroalimentación hacia el controlador para que éste pueda ajustar la acción de control. Es decir, la señal de salida no se convierte en señal de entrada para el controlador. Estos sistemas se caracterizan por:

• Ser sencillos y de fácil concepto.
• Nada asegura su estabilidad ante una perturbación.
• La salida no se compara con la entrada.
• Ser afectado por las perturbaciones. Éstas pueden ser tangibles o intangibles.
• La precisión depende de la previa calibración del sistema.

Sistema de control de lazo cerrado:

Son los sistemas en los que la acción de control está en función de la señal de salida. Los sistemas de circuito cerrado usan la retroalimentación desde un resultado final para ajustar la acción de control en consecuencia. El control en lazo cerrado es imprescindible cuando se da alguna de las siguientes circunstancias:

• Cuando un proceso no es posible de regular por el hombre.
• Una producción a gran escala que exige grandes instalaciones y el hombre no es capaz de manejar.
• Vigilar un proceso es especialmente dificil en algunos casos y requiere una atención que el hombre puede perder fácilmente por cansancio o despiste, con los consiguientes riesgos que ello pueda ocasionar al trabajador y al proceso.

Sus características son:

• Ser complejos, pero amplios en cantidad de parámetros.
• La salida se compara con la entrada y le afecta para el control del sistema.
• Su propiedad de retroalimentación.
• Ser más estable a perturbaciones y variaciones internas.

SENSOR:

Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, pH, etc. 

Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una Tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc.

Un sensor también puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra. Los sensores pueden estar conectados a un computador para obtener ventajas como son el acceso a una base de datos, la toma de valores desde el sensor, etc.

Un sensor, está compuesto por tres partes, Captador, Transductor y Acondicionador:

• Captador: Dispositivo con un parámetro P sensible a una magnitud física h. Emite una energía w que depende de p (y de h en consecuencia). Lo ideal es que sea un captador lineal, de forma que w(t) = k*h(t), con k cte.
• Transductor: recibe la energía w del captador, y la transforma en energía eléctrica para retransmitirla, e(t).
• Acondicionador: recibe la señal e(t) del transductor, y la ajusta a los niveles precisos para si tratamiento, en función de v(t).

  

Cuanto mejor es su linealidad, más caros suelen ser, y mejor su precisión. Además, la calibración que inicialmente se les hace, viene determinada por la precisión requerida y el rango de utilización. Pueden ser analógicos o digitales: