Contenido - IES Gabriela Mistral

Tema 4: Componentes de un Sistema de Control I
Contenido
1.
Elementos de un Sistema de Control......................................................................... 2
2.
Transductores ............................................................................................................ 2
2.1.
Transductores de posición. .................................................................................... 3
2.2.
Transductores de proximidad ................................................................................ 4
2.3.
Transductores de movimiento ............................................................................... 6
................................................................................................... 6
2.4.
Transductores de presión ....................................................................................... 7
2.5.
Transductores de temperatura................................................................................ 8
2.6.
Transductores de velocidad ................................................................................. 10
2.7.
Transductores de luz ............................................................................................ 10
3.
Comparadores.......................................................................................................... 12
Tema 4: Componentes de un Sistema de Control I
1. Elementos de un Sistema de Control
Cualquier Sistema de Control, ya sea de lazo abierto o de lazo cerrado está formado por
diversos elementos.
2. Transductores
Los transductores tienen la misión de traducir o transformar una magnitud de entrada en
otra de salida que sea más fácil de procesar.
Este término engloba un conjunto de dispositivos que reciben diferentes nombres según
la función que realizan: sensores, detectores, captadores o transmisores. EL
CONCEPTO MÁS GENÉRICO ES EL DE SENSOR.
•
Sensor. Es un elemento del sistema encargado de medir el valor de una
magnitud.
•
Transmisor. Es un elemento encargado de transformar una señal en otra para
ser transmitida.
Transductores y captadores son dispositivos similares y su diferencia radica en el lugar
que ocupan en el sistema automático de control. El transductor se sitúa al inicio del
sistema de control y su misión es acondicionar la señal de mando para convertirla en
una señal de referencia válida. El captador toma la señal de salida y la utiliza como
señal realimentada para enviarla al comparador.
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Señal de mando
Transductor
Comparador
Captador
Proceso
Señal de salida
2.1.
Transductores de posición.
Son dispositivos capaces de responder frente a una señal mecánica. Requieren contacto
físico. Dentro de este grupo pueden incluirse:
•
Los microrruptores que son interruptores que obedecen a una señal mecánica
externa y se utilizan para pequeñas potencias.
•
Los pulsadores son dispositivos de accionamiento manual capaces de transmitir
una señal eléctrica. Son de diferentes formas y se clasifican según su campo de
aplicación. Aplicaciones generales: pulsadores luminosos LED.
Los microrruptores y los pulsadores suelen ser transductores de entrada salvo
en pocas ocasiones en las que se emplean como captadores ya que han de ser
accionados manualmente.
•
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Los finales de carrera se utilizan habitualmente como captadores. Su diseño se
ajusta a la pieza de la maquinaria cuyo movimiento se desea detectar. Por ello
siempre suministra información sobre la salida de un sistema. Transmiten las
señales mecánicas que capta el microrruptor. En definitiva, el final de carrera es
un transductor que siempre suministra información sobre la salida de un
sistema.
2.2.
Transductores de proximidad
Son dispositivos capaces de responder con una señal frente a un objeto situado en su
entorno.
Para que se produzca la respuesta del transductor basta con que el objeto esté situado
dentro de la distancia de detección de éste. Los detectores de proximidad principales son
los inductivos, los capacitivos, los magnéticos y los ópticos.
•
Detectores de proximidad inductivos
Basan su actuación en la acción de un campo magnético, de tal forma que
funcionan a partir de la variación del campo magnético producido en una
bobina detectora como consecuencia del acercamiento o alejamiento de un
objeto.
En 1820 el físico danés Hans Christian Oersted
descubrió la relación existente entre electricidad y
magnetismo al comprobar que si una corriente
eléctrica fluye a través de un conductor, se genera
un campo magnético alrededor de éste.
Como los detectores de proximidad inductivos usan el principio de la inducción
electromagnética, es lógico pensar que los materiales más fácilmente detectables
serán aquellos que sean permeables a los flujos magnético y eléctrico. Ejemplo
típico de detector de proximidad inductivo es un detector de metales.
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•
Detectores de proximidad capacitivos
Los sensores capacitivos se basan en detectar la variación del campo eléctrico
bien modificando la distancia entre placas o por variación del dieléctrico que
separa dichas placas.
C = Ɛ · S/d
Donde:
C = capacidad
Ɛ = constante del dieléctrico
S = superficie
d = distancia
La variación del campo eléctrico también se traduce en una variación de la capacidad
del captador que será la variable utilizada para detectar la presencia del objeto.
Es un condensador variable cuya capacidad varía por medio del objeto a detectar.
El detector de proximidad capacitivo también puede ser utilizado para detectar
materiales conductores, pero se utiliza más en la detección de no metales.
•
Detectores de proximidad magnéticos
Son los conocidos como relés o interruptores reed. Consisten en un par de contactos
ferromagnéticos encerrados al vacío dentro de un tubo de vidrio.
-
Al acercarse a un campo magnético, los contactos se unen y se cierra el circuito
eléctrico en el que se encuentra el detector.
-
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Cuando desaparece el campo magnético, la rigidez de los contactos hace que se
separen y se abra el circuito eléctrico.
•
Detectores de proximidad ópticos
Son dispositivos que responden al cambio de intensidad de la luz. También reciben el
nombre de fotocélulas y constan de dos elementos: un emisor y un receptor.
2.3.
Transductores de movimiento
Son dispositivos capaces de medir la distancia entre objetos. Ejemplo: radar o
potenciómetro.
Un potenciómetro es una resistencia variable cuyo valor óhmico depende de la posición
de un contacto móvil denominado cursor. Según la forma de desplazamiento de éste,
pueden ser de dos tipos: lineales y angulares. Un ejemplo de potenciómetro es el mando
de volumen de un amplificador.
Potenciómetro
Angular
Potenciómetro
Lineal
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2.4.
Transductores de presión
Son dispositivos capaces de medir las variaciones de presión que se están llevando a
cabo sobre un objeto. Son de tres tipos:
•
Transductores de presión mecánicos.
Son elementos de medida directa que determinan la presión existente por
comparación con la presión ejercida por un líquido de densidad y altura
conocidas. No suministran una señal fácilmente tratable, por lo que no forman
parte de nuestro estudio.
•
Transductores electromecánicos.
Añaden al dispositivo anterior un transductor eléctrico, que es el encargado de
generar la señal eléctrica que será objeto de tratamiento posterior. Se clasifican
en: resistivos y piezoeléctricos.
•
Transductores electromecánicos resistivos
Se basan en la medida de la presión ejercida sobre un muelle que actúa de
soporte del cursor. Cuando cambia la posición del cursor se produce en la
resistencia bobinada una variación de resistencia.
•
Transductores electromecánicos piezoeléctricos
Se basan en la propiedad de los materiales piezoeléctricos de generar una señal
eléctrica cuando son sometidos a una presión. Uno de estos materiales es el
cuarzo y una aplicación típica la encontramos en los encendedores de cocina.
•
Transductores de presión electrónicos
Se emplean cuando se desea obtener medidas de mucha presión.
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2.5.
Transductores de temperatura
Son dispositivos que miden variaciones de temperatura. Pueden tener contacto físico o
no con el objeto del que miden la temperatura.
•
Con contacto físico
-Mecánico: bimetal, expansión y magnetismo.
-Eléctrico: termopar.
-Electrónico: termorresistencia y termistores.
•
Sin contacto físico
-Óptico: pirómetro de radiación.
1. Termopares
Un termopar está constituido por dos metales o aleaciones de diferente
naturaleza, unidas mediante soldadura, que se denomina unión caliente.
Entre ambos extremos se establece una diferencia de potencial que provoca la
circulación de una corriente eléctrica por el circuito. Esta diferencia de
potencial aumenta si aumenta la diferencia de temperatura. El efecto es
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reversible. La diferencia de potencial que varía con la temperatura es una
propiedad termoeléctrica conocida como efecto Seebeck.
2. Termistores
Son resistencias cuyo valor óhmico varía significativamente con la temperatura
(thermally sensitive resistor: “resistor sensible a la temperatura”)
•
Resistencias NTC
NTC: Negative Temperature Coefficient, son resistencias cuyo valor
óhmico disminuye conforme aumenta la temperatura.
•
Resistencias PTC
PTC: Positive Temperature Coefficient, son resistencias cuyo valor
óhmico aumenta con la temperatura.
3. Termorresistencias
Se fundamenta en el hecho experimental de que la resistencia de los metales
varía con la temperatura. Basándonos en esto y conociendo la forma que adopta
esta variación, podemos determinar la temperatura si sabemos el valor óhmico
de la resistencia del termisor.
Las termorresistencias más comunes por su linealidad son las de platino, suelen
denominarse RTD “Resistive Temperature Detector” “detector resistivo de
temperatura”.
Las termorresistencias de platino resultan mejores que las termopares para medir
bajas temperaturas, gracias a la linealidad de la variación de su valor óhmico.
Por esa misma causa, se usan también para medidas de precisión y son también
muy empleadas en la industria de la alimentación y en los laboratorios.
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2.6.
Transductores de velocidad
Son dispositivos que miden variaciones de velocidad. Pueden utilizarse diferentes
dispositivos:
Los transductores de movimiento y los encoders que ya han sido estudiados en
apartados anteriores.
Los tacómetros, que son dispositivos mecánicos, electrónicos u ópticos capaces de
medir la velocidad de giro de un objeto y expresarla en revoluciones por minuto o
en otras unidades. v = w x r
2.7.
Transductores de luz
Son dispositivos que detectan variaciones de luz.
Fotorresistencias o resistencias LDR
Light-dependent Resistor. Su valor óhmico disminuye a medida que aumenta la luz.
Su símbolo representativo es:
Fotodiodos
Son semiconductores sensibles a la luz. Su símbolo es el siguiente:
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Foto transistores
Son transistores sensibles a la luz. Al recibir luz, ésta incide sobre la región de la
base y se genera una corriente portadora: el transistor pasa al estado de conducción.
El circuito equivalente de un fototransistor es un transistor común con un fotodiodo
conectado entre la base y el colector, con el cátodo del fotodiodo conectado al
colector del transistor y el ánodo a la base.
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3. Comparadores
Los comparadores o detectores de error son los elementos del sistema de control
encargados de proporcionar una señal en función de la comparación (normalmente
diferencia) entre la señal de consigna (salida de entrada del transductor) y la señal
realimentada que proviene del captador del bloque de realimentación, en consecuencia,
este elemento sólo se encuentra en los sistemas automáticos con realimentación. Para
poder comparar las señales, ambas deben ser del mismo tipo. Dado que las señales
eléctricas son más fáciles de comparar, la mayoría de los comparadores suelen ser
eléctricos (potenciómetros lineales o angulares) o electrónicos
(amplificadores
operacionales), aunque también podemos encontrar comparadores mecánicos o
neumáticos.