INSTITUTO POLIT É CNICO NACIONAL Unidad Profesional Interdisciplinaria De Ingenier í a Y Ciencias Sociales Y Administrativas Licenciatura: Ingenier í a Industrial Unidad De Aprendizaje: Instrumentaci ó n Y Control Industrial. Secuencia: 4IM61 Tema: Criterios Para La Selecci ó n De Sensores Y Precisi ó n. Equipo:8 Integrantes: Blas Mart í nez Narciso Cruz Dom í nguez Selene Citlali Mellado Ch á vez Alejandro Reyes L ó pez Rub é n Profesor: Mayen Morales Alfonso

CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE SENSORES

Selección de Sensores Para definir los criterios de selección de los sensores, a ser utilizados para medir una variable determinada, es primordial conocer bien el proceso en el cual será aplicado. Se deben tener presente las características y factores del proceso al cual estará sometido el instrumento.

CARACTERÍSTICAS DEL PROCESO A CONSIDERAR PARA SELECCIONAR UN SENSOR

Selección de Sensores Condiciones del Proceso: ◦M◦Medio ambiente: ◦T◦Temperatura ambiente ◦L◦Lluvias ◦H◦Humedad ◦G◦Gases tóxicos en el ambiente ◦E◦Erosión ◦C◦Corrosión ◦C◦Clasificación de áreas peligrosas de la planta ◦I◦Interferencias electromagnéticas ◦V◦Vibraciones

Condiciones del Proceso: ◦B◦Balance de masas ◦P◦Presión ◦T◦Temperatura ◦T◦Tipo de fluido: aire, vapor, agua, aceite, etc.

Condiciones del Proceso: ◦C◦Características del fluido: densidad, turbidez, viscosidad, sólidos en suspensión, oxigeno disuelto, conductivo o no, etc. ◦C◦Características químicas del fluido: sustancias que contiene que puedan reaccionar con un sensor determinado, gases disueltos, etc. ◦C◦Características de los sólidos: tamaño del grano, composición, si es orgánico o inorgánico, si hay polvos en suspensión, etc.

OTRAS CARACTERÍSTICAS A CONSIDERAR PARA SELECCIONAR UN SENSOR

Selección de Sensores Según la magnitud a medir: ◦M◦Margen de medida. ◦R◦Resolución. ◦E◦Exactitud deseada. ◦P◦Precisión deseada ◦E◦Estabilidad del sensor. ◦L◦Linealidad del sensor. ◦T◦Tiempo de respuesta. ◦L◦Límites absolutos de la magnitud a medir. ◦M◦Magnitudes Interferentes.

Según las Características de Entrada – Salida: ◦S◦Sensibilidad. ◦T◦Tipo: tensión, corriente, frecuencia, etc. ◦F◦Forma de la señal ◦I◦Impedancia de entrada y salida. ◦D◦Destino: presentación analógica, digital, etc.

Según las Características de Alimentación: ◦T◦Tensión. ◦C◦Corriente. ◦P◦Potencia disponible. ◦F◦Frecuencia. ◦E◦Estabilidad.

Otros Factores: ◦P◦Peso. ◦D◦Dimensiones. ◦V◦Vida media. ◦C◦Costo de adquisición. ◦D◦Disponibilidad. ◦T◦Tiempo de instalación. ◦S◦Situación en casos de fallo. ◦C◦Costo de verificación. ◦C◦Costo de mantenimiento. ◦C◦Costo de sustitución. ◦I◦Inventarios de la Empresa ◦L◦Limitaciones en cuanto a marcas específicas.

RECOMENDACIONES

RTD VS TERMOPAR

Selección de Sensores RTD’s vs Termopares ◦L◦Los dos sensores de temperatura mas utilizados en la industria son las RTD’s y los Termopares. ◦L◦Las RTD’s mas utilizadas son las de Platino por linealidad, estabilidad y repetibilidad. ◦L◦Las RTD’s de platino mas utilizadas son las de película y las bobinadas. ◦L◦Las bobinadas son de mejores características pero mas costosas. ◦E◦En cuanto a los termopares se deben seleccionar por los materiales que los constituyen y el rango de operación.

◦E◦El campo de medida es el factor que destaca a los termopares. ◦A◦Aunque el campo de medida de las RTD’s de Platino esta entre y 850 ºC, en la practica el limite superior es de 600 ºC, aprox. ◦L◦Los termopares pueden alcanzar temperaturas de hasta 1800 ºC. ◦E◦En la industria es frecuente medir temperaturas que no alcanzan las RTD’s, por que se hace necesario el uso de los termopares. ◦C◦Cuando se reemplaza una RTD por otra de la misma clase, la medición de la temperatura puede sufrir variaciones si no se procede a una re-calibración. Ver siguiente tabla de tolerancias

Clase de toleranciaTolerancia (ºC) A0,15 + 0,002·|t| B0,3 + 0,005·|t| Clases de tolerancias de las RTD’s de Platino ( | t | temperatura en valor absoluto ) Selección de Sensores RTD’s vs Termopares

TemperaturaTolerancia de temperatura Clase AClase B -200ºC  0,55ºC  1,3ºC -100ºC  0,35ºC  0,8ºC 0ºC  0,15ºC  0,3ºC 100ºC  0,35ºC  0,8ºC 200ºC  0,55ºC  1,3ºC 300ºC  0,75ºC  1,8ºC 400ºC  0,95ºC  2,3ºC 500ºC  1,15ºC  2,8ºC 600ºC  1,35ºC  3,3ºC 700ºC-  3,8ºC 800ºC-  4,3ºC Tolerancia de intercambiabilidad de las Pt-100 a diferentes temperaturas

T(ºC) Tolerancias (  ºC) JK y NTR y SB Clase , , ,5-1,52,5-0,51,0 1, ,52,5-1,52,5-0,51,0- 1, ,52,5-1,52,5-0,81,5-1,01, ,52,5-1,52,5-1,22,3-1,01, ,63,0-1,63,0----1,01, ,03,8-2,03,8----1,01, ,44,5-2,44,5----1,01,5-- 4,0 7002,85,3-2,85,3----1,01,8-- 4, ,26,0----1,02,0-- 4, ,66,8----1,02,3-- 4, ,07,5----1,02,5-- 5, ,02,8-- 5, ,33,0-- 6, ,63,3-- 6, ,93,5-- 7, ,23,8-- 7, ,54,0-- 8, ,38,5 Tolerancias de Intercambiabilidad para los diferentes termopares

Selección de Sensores RTD’s vs Termopares ◦U◦Una de las características mas resaltantes en las RTD’s es su estabilidad. ◦U◦Un termopar es menos estable sobre todo cuando se somete a temperaturas medias o altas. ◦L◦Las RTD’s son mas delicadas para aplicaciones en la Industria. ◦L◦Los termopares son mas robustos y presentan una duración mayor que las RTD’s. ◦T◦Tanto termopares como RTD’s están protegidos por una vaina metálica de acero inoxidable, denominándose Sonda Termométrica.

Selección de Sensores UNA RECOMENDACIÓN IMPORTANTE PARA LA SELECCIÓN DE SENSORES DE TEMPERATURA ES LA DE REALIZAR TABLAS COMPARATIVAS DE DIFERENTES DISPOSITIVOS Y ESTUDIAR LA APLICACIÓN EN PARTICULAR

CaracterísticasSensor RTD de platino de película RTD de platino bobinada TermoparTermistorSilicio Coste del sensorModerado a bajo ModeradoBajoBajo a moderado Bajo Coste del sistemaModerado AltoBajo a moderado Bajo Campo de medida-200 a 750ºC (560ºC máx., típicamente) -200 a 850ºC (600ºC máx., típicamente) -270 a 1800ºC -100 a 500ºC (125ºC máx., típicamente) -40 a 125ºC Intercambiabilidad  0,1%,  0,3ºC  0,06%,  0,2ºC  0,5%,  2ºC  10%,  0,2ºC  1%,  3ºC EstabilidadExcelente PobreModerada Sensibilidad0,39%/ºC 40  V/ºC -4%/ºC10mV/ºC Sensibilidad relativa Moderada BajaMuy elevadaModerada LinealidadExcelente ModeradaNo es linealModerada PendientePositiva NegativaPositiva Susceptibilidad al ruido Baja AltaBaja

Selección de Sensores PARA LA SELECCIÓN DE UN SENSOR SEGÚN LA DISTANCIA ENTRE EL MISMO Y LA VARIABLE A MEDIR SE PUEDE UTILIZAR COMO REFERENCIA EL SIGUENTE GRAFICO:

Posibilidades de medida de distancia con diversos sensores y su alcance

Selección de Sensores La medida de aceleración ha alcanzado recientemente cotas de utilización muy elevadas, desarrollados para aplicaciones en sistemas de seguridad de automóviles. La medida de vibraciones resulta muy parecida a la de la aceleración ya que la presencia de movimientos vibratorios supone aceleraciones cambiantes. Los sensores de impacto por ejemplo, se caracterizan por la detección de fuertes aceleraciones en cortos periodos de tiempo como en el caso de los sensores de choque que activan los “airbag’s”. MEDIDA DE ACELERACION Y VIBRACION

Selección de Sensores Para la selección de los sensores de presión es importante tener en cuenta las unidades en las que se va a trabajar

1kPa10,145040, ,4610, psi6,894610, ,71470,3100, atm101,3214, ,831033,31,0066 1mm Hg0,133320, , ,35960, cm H 2 O0, , , , bar ,5040, ,851026,51 kPapsiAtmmm Hgcm H 2 Obar

Selección de Sensores OTRAS RECOMENDACIONES

Selección de Sensores Medida de Presión

Selección de Sensores Los sensores potenciométricos en su mayoría utiliza el tubo Bourdon. La presencia de histéresis mecánica limita sus aplicaciones. Pero su bajo costo lo hace aceptable en aplicaciones sencillas Los sensores Inductivos son muy precisos pero lo afectan las interferencias electromagnéticas. Los sensores capacitivos tienen buenas prestaciones pero son afectados por las vibraciones. Los sensores capacitivos de diafragma son muy utilizados en la industria para mediciones de presion.

Selección de Sensores Las Galgas extensométricas son muy utilizadas por sus excelentes características de repetibilidad y de histéresis. Trabajan a grandes márgenes de temperatura lo que las hace especialmente útiles en muchas aplicaciones industriales. Pueden medir altos valores de presión.

Selección de Sensores La Compatibilidad Química del medio: las medidas de presión se hacen en medios que pueden ser muy agresivos para el sensor y que podría suponer su degradación progresiva e incluso su destrucción casi inmediata. La capacidad de soportar sobrepresiones: Establece una capacidad de soportar una presión superior al margen de medida sin que sea destruido o dañado. El Margen de Temperatura de Trabajo: La temperatura de trabajo del sensor afecta a la medida por lo que deberá ser tenida en cuenta bien sea en el propio sensor o bien en el circuito que recibe la señal del sensor.. TRES CONSIDERACIONES IMPORTANTES PARA SENSORES DE PRESION

Selección de Sensores Colocación de sensores de presión

Selección de Sensores Medida de flujo

Selección de Sensores Tipo de Información Continua o Totalizada. Acceso a la Información: Local o Remoto. Propiedades del Fluido: Densidad, Conductividad, viscosidad, presión de vapor, opacidad, toxicidad, inflamabilidad, presencia de sólidos en suspensión, etc. Se sugiere consultar a los fabricantes y tener buen sentido común. Lugar de la Medida Margen de medida y precisión CONSIDERACIONES IMPORTANTES PARA MEDICIONES DE FLUJO

Selección de Sensores Medida de flujo

Selección de Sensores OTRAS CONSIDERACIONES PARA MEDICIONES DE FLUJO Ver archivo de medidores de caudal.pdf

Selección de Sensores CONSIDERACIONES PARA MEDICIONES DE NIVEL

Selección de Sensores Superficie libre en un deposito: (a) Líquidos estáticos, (b) graneles sólidos, (c) Líquidos en agitación.

Selección de Sensores OTRAS CONSIDERACIONES PARA MEDICIONES DE NIVEL Se debe estudiar la posibilidad de introducir el sensor dentro del tanque. Hay que determinar si es posible situar el sensor inmerso en el material o en la atmósfera que se sitúe sobre el, y determinar la compatibilidad química. Es imprescindible determinar si el material del tanque cuyo nivel se pretende medir mantiene constante la densidad ya que eso afecta a la presión hidrostática. Finalmente se deberá tener en cuenta el tipo de medida a realizar: continua (con salida proporcional o por puntos, cuando el nivel alcanza determinadas posiciones)

Selección de Sensores Tipos de medidas de nivel: (a) continua, (b) discreta.

Existen muchas otras consideraciones que pueden tomarse en cuenta a la hora de seleccionar un determinado sensor para una aplicación especifica. Con la experiencia se van adquiriendo dichas consideraciones, pero en un principio se puede contar con el apoyo de personas ya expertas en el área y con representantes de fabricantes de instrumentos con experiencia. También el sentido común les ayudara en la selección de un sensor para una aplicación en particular.