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.

•

Tema 4: Componentes de un Sistema de Control I 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.

-

Tema 4: Componentes de un Sistema de Control I 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

Tema 4: Componentes de un Sistema de Control I 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.