1. EL SISTEMA DE CONTROL: ELEMENTOS

Presentación del tema: "1. EL SISTEMA DE CONTROL: ELEMENTOS"— Transcripción de la presentación:

1 1. EL SISTEMA DE CONTROL: ELEMENTOS
Transductores y captadores: En cualquier sistema de control hay que identificar el proceso sobre el cual actuar (ej: calor en el interior de un horno) y medir las variables (ej: Tª a partir de alguna propiedad-termopar) para luego expresar el resultado de la medida (ej: display), de esto se encargan los transductores. Los transductores se encargan de traducir (transformar) una magnitud de entrada en otra de salida que sea fácil de procesar, por lo general una señal eléctrica. Transductores es la denominación general de: sensores, detectores, captadores o transmisores.

2 El concepto más genérico del transductor es el de SENSOR, que mide el valor de una magnitud, esta posteriormente se tiene que transformar en una señal que se pueda manipular, función que efectúa el TRANSMISOR. Tanto el transductor como el captador son dispositivos similares su diferencia radica en su posición en el sistema de control, tanto uno como otro utilizan sensores. El transductor se sitúa en el inicio del sistema y acondiciona la señal de mando El captador coge la señal de salida y la envía al comparador para confrontarla con la señal del transductor. Los comparadores proporcionan una señal al regulador según la diferencia entre el valor de salida y el esperado. Los reguladores → (P, PD, PI,PDI) se encargan de las respuestas. Los actuadores actúan sobre el proceso según la orden del regulador, ej: abren cierran, se pone en marcha el motor…

3 2. TRANSDUCTORES CLASIFICACIONES:
Según la forma de la señal convertida: Analógicos: la señal es continua como el voltaje. Digitales: producen la señal de salida como un conjunto de bits en paralelo, a pulsaciones, cada “señal” representará un valor. Tienen la ventaja de que son compatibles con los ordenadores, sin necesidad de DAC. Según la alimentación: Pasivos: necesitan alimentación. Activos: generan señal sin necesidad de alimentación externa. Según la magnitud física detectada: de posición, de proximidad, de movimiento, de presión, Tª, luz, velocidad…

4 2.1 Transductores de posición
Los transductores de posición son dispositivos capaces de responder a una señal mecánica. Los microrruptores son interruptores que obedecen a una señal mecánica externa. Se utilizan para pequeñas potencias. Los pulsadores son dispositivos de accionamiento manual capaces de transmitir una señal eléctrica. Pueden ser de diferentes formas y se clasifican según su campo de aplicación. Los finales de carrera son mecanismos que transmiten las señales mecánicas que capta el microrruptor.

5 2.2 Transductores de proximidad
Los transductores de proximidad son dispositivos capaces de responder con una señal frente a un objeto situado en su entorno. Detectores de proximidad inductivos: Son dispositivos que basan su actuación en la acción de un campo magnético; funcionan a partir de la variación del campo magnético producido en una bobina detectora como consecuencia del acercamiento o del alejamiento de un objeto.

6 La permeabilidad magnética es la facilidad que poseen ciertos cuerpos para dejarse atravesar por los campos magnéticos. a) Materiales ferromagnéticos: poseen una permeabilidad mucho mayor que la unidad. b) Materiales paramagnéticos: tienen una permeabilidad igual a la unidad. c) Materiales diamagnéticos: presentan una permeabilidad menor que la unidad. Funcionamiento de un detector de proximidad inductivo:

7 -Detectores de proximidad capacitivos: son dispositivos que basan su actuación en la acción de un campo eléctrico. Se fundamentan en la variación de capacidad existente entre una placa sensora y tierra. El detector de proximidad capacitivo también puede ser utilizado para detectar materiales conductores. En este caso, basta sustituir la capacidad C1 por la resistencia R correspondiente al material conductor

8 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. -Cuando desaparece el campo magnético, la rigidez de los contactos hace que se separen y se abra el circuito eléctrico.

9 Detectores de proximidad ópticos: es un dispositivo que responde al cambio en la intensidad de la luz. Consta de dos elementos, un emisor y un receptor de luz, ya sea separados o integrados en un mismo cuerpo.

10 2.3 Transductores de movimiento
Son los dispositivos capaces de medir la distancia entre objetos. Estudiaremos los potenciómetros, el transformador diferencial, el medidor láser y los encoders. Potenciómetros: Transductores compuestos por una resistencia variable cuyo valor depende de la posición del cursor. Un ejemplo los controladores de volumen. Son los más sencillos pero presentan un inconveniente pero presentan un problema de rozamiento.

11 Encoders: Son los transductores de movimiento angular. Los hay dos tipos: incrementales y absolutos. Incrementales: Consisten en un disco que dispone de dos ranuras, gira sobre un eje y un haz de luz, que es recogido por un diodo, se sitúa en uno de los lados. Calcula el movimiento del giro del eje. Los encoders incrementales pueden ser unidireccionales (solo se usa una de las ranuras) o bidireccionales (se usan las dos y permite determinar el sentido de rotación) Absolutos: Discos divididos en sectores de color blanco o negro. Funciona mediante reflexión y proporcionan un valor absoluto.

12 Encoders: Son los transductores de movimiento angular. Los hay dos tipos: incrementales y absolutos. Incrementales: Consisten en un disco que dispone de dos ranuras, gira sobre un eje y un haz de luz, que es recogido por un diodo, se sitúa en uno de los lados. Calcula el movimiento del giro del eje. Los encoders incrementales pueden ser unidireccionales (solo se usa una de las ranuras) o bidireccionales (se usan las dos y permite determinar el sentido de rotación) Absolutos: Discos divididos en sectores de color blanco o negro. Funciona mediante reflexión y proporcionan un valor absoluto.

13 2.4 Transductores de presión
Los transductores de presión, son elementos que se utilizan en los procesos industriales, para controlar la presión a la cual está sometido un objeto. Tipos de transductores de presión: Transductores mecánicos. Transductores electromecánicos Transductores electrónicos Son transductores mecánicos con un transductor eléctrico añadido encargado de generar la señal eléctrica. Pueden ser de varias clases según el tipo de funcionamiento y se clasifican en: resistivos, magnéticos, capacitivos, extensiométricos y piezoeléctricos.

14 Transductores electromecánicos resistivos:
Son los más sencillos, es basan en la variación de resistencia que se produce en una bobina, en función de la posición del cursor. Esta posición depende de un muelle que actúa como apoyo. Transductores electrónicos: Son unos tipos de transductores, utilizados para trabajos, que por algún motivo se precisa un margen de error muy reducido, ya que estos dispositivos permiten obtener medidas de mucha precisión. Transductores electromecánicos piezoeléctricos: Se basan en la propiedad de los materiales piezoeléctricos, es decir, generan una señal eléctrica cuando son sometidos a una presión. Algunas de las principal características de estos dispositivos son: -Su robusteza -Una frecuencia de trabajo hasta los 500 kHz. -Permiten medir un amplio rango de presiones.

15 2.5 Transductores de temperatura
Existen varias formas de medir y controlar la temperatura según si el dispositivo tienen o no contacto físico con el objeto, aquí estudiaremos los: Termopares Termisores Termoresistencias

16 Termopares: Esta constituido por dos metales unidos mediante soldadura en uno de sus extremos, esta soldadura se denomina unión caliente. Se basan en la fuerza electromotriz creada en la unión de dos metales distintos por uno de sus extremos, efecto Seebeck. Cuando la unión se calienta aparece una diferencia de potencial entre los extremos libres. Tipos:

17 Termistores: Se basan en la variación de la resistencia de un semiconductor con la temperatura. Se clasifican en: - Termistores o resistencias NTC: son de coeficiente de temperatura negativo, es decir la R ↓ al aumentar la temperatura y viceversa. - Termistores o resistencia PTC: son de coeficiente de temperatura positivo, es decir R ↑ al aumentar la temperatura y R ↓ cuando la temperatura baja. Termoresistencias RTD: Están constituidas por un hilo muy fino de un conductor metálico, bobinado entre capas de material aislante y protegido con un revestimiento de vidrio o de cerámica. Para el hilo se pueden emplear platino, níquel, cobre o wolframio. Se basan en la variación de la resistencia de un conductor con la temperatura.

18 2.6 Transductores de velocidad
Son los encargados de determinar la velocidad de desplazamiento de un objeto. Los hay de dos tipos: Transductores de movimiento Tacómetros Tacómetros: Los tacómetros mecánicos transmiten la información del número de vueltas. Un ejemplo es el regulador industrial de bolas. Los tacómetros electrónicos: generan una señal de corriente continua (dinamos tacométricas) o una de corriente alterna (alternadores tacométricos). Los tacómetros ópticos funcionan de una manera parecida a los encoders.

19 2.7 Transductores de luz Hacen uso de las radiaciones luminosas. Los mas importantes son: -Resistencias LDR: varían su resistencia dependiendo de la luz que inciden sobre ellas. Son de coeficiente de luz negativo, es decir la R ↓ al aumentar la luz o viceversa. -Fotodiodos: su funcionamiento se basa en la conducción inversa de un diodo cuando éste se somete a la acción de la luz. Al aumentar la cantidad de luz incidente se incrementa la circulación de corriente inversa. Cuando no hay luz se comportan como un diodo normal. -Fototransistores: funcionan de manera similar a la de un transistor normal en el que la corriente que se inyecta por la base del transistor ha sido suministrada por la luz.

20 3.1 Comparadores eléctricos
Los comparadores son los elementos del sistema de control encargados de proporcionar una señal en función de la comparación de dos señales. Para comparar las señales, deben ser del mismo tipo. La mayoría de comparadores son eléctricos o electrónicos. 3.1 Comparadores eléctricos El potenciómetro lineal consiste en dos potenciómetros unidos por uno de sus extremos y conectados a la tensión de alimentación. v = Va – Vb En el potenciómetro angular la señal de error es proporcional a la diferencia de los ángulos. e = V(∂1 - ∂2) / 2π

21 3.2 Comparadores electrónicos
Los comparadores electrónicos son dispositivos que incorporan algún componente electrónico para su funcionamiento. El amplificador operacional ofrece una tensión de salida de acuerdo con: Vs = K(Vc - Vr) Donde el valor de K depende de las características de cada operador.