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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


Condiciones del Proceso:

Medio ambiente:– Temperatura ambiente– Lluvias– Humedad– Gases tóxicos en el ambiente– Erosión– Corrosión– Clasificación de áreas peligrosas de la planta– Interferencias electromagnéticas– Vibraciones



Balance de masas Presión Temperatura

Tipo de fluido: aire, vapor, agua, aceite, etc.



Características del fluido: densidad, turbidez, viscosidad, sólidos en suspensión, oxigeno disuelto, conductivo o no, etc.

Características químicas del fluido: sustancias que contiene que puedan reaccionar con un sensor determinado, gases disueltos, etc.

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


Según la magnitud a medir:

Margen de medida. Resolución. Exactitud deseada. Precisión deseada Estabilidad del sensor. Linealidad del sensor. Tiempo de respuesta. Límites absolutos de la magnitud a medir. Magnitudes Interferentes.


Según las Características de Entrada – Salida:

Sensibilidad. Tipo: tensión, corriente, frecuencia, etc. Forma de la señal Impedancia de entrada y salida. Destino: presentación analógica, digital, etc.


Según las Características de Alimentación:

Tensión. Corriente. Potencia disponible. Frecuencia. Estabilidad.


Otros Factores: Peso. Dimensiones. Vida media. Costo de adquisición. Disponibilidad. Tiempo de instalación. Situación en casos de fallo. Costo de verificación. Costo de mantenimiento. Costo de sustitución. Inventarios de la Empresa Limitaciones en cuanto a marcas específicas.

RECOMENDACIONES

RTD vs TERMOPAR

Selección de Sensores RTD’s vs Termopares

Los dos sensores de temperatura mas utilizados en la industria son las RTD’s y los Termopares.

Las RTD’s mas utilizadas son las de Platino por linealidad, estabilidad y repetibilidad.

Las RTD’s de platino mas utilizadas son las de película y las bobinadas.

Las bobinadas son de mejores características pero mas costosas.

En cuanto a los termopares se deben seleccionar por los materiales que los constituyen y el rango de operación.


El campo de medida es el factor que destaca a los termopares.

Aunque el campo de medida de las RTD’s de Platino esta entre -200 y 850 ºC, en la practica el limite superior es de 600 ºC, aprox.

Los termopares pueden alcanzar temperaturas de hasta 1800 ºC.

En la industria es frecuente medir temperaturas que no alcanzan las RTD’s, por que se hace necesario el uso de los termopares.

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 tolerancia Tolerancia (ºC)

A 0,15 + 0,002·|t|

B 0,3 + 0,005·|t|

Clases de tolerancias de las RTD’s de Platino

( | t | temperatura en valor absoluto )



Temperatura Tolerancia de temperatura

Clase A Clase 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)

J K y N T R y S B

Clase Clase Clase Clase Clase

1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 3

-200 - - - - - - - - 3,0 - - - -

-100 - - - - - - - - 1,5 - - - -

0 1,5 2,5 - 1,5 2,5 - 0,5 1,0 1,0 1,0 1,5 - - -

100 1,5 2,5 - 1,5 2,5 - 0,5 1,0 - 1,0 1,5 - - -

200 1,5 2,5 - 1,5 2,5 - 0,8 1,5 - 1,0 1,5 - - -

300 1,5 2,5 - 1,5 2,5 - 1,2 2,3 - 1,0 1,5 - - -

400 1,6 3,0 - 1,6 3,0 - - - - 1,0 1,5 - - -

500 2,0 3,8 - 2,0 3,8 - - - - 1,0 1,5 - - -

600 2,4 4,5 - 2,4 4,5 - - - - 1,0 1,5 - - 1,5 4,0

700 2,8 5,3 - 2,8 5,3 - - - - 1,0 1,8 - - 1,8 4,0

800 - - - 3,2 6,0 - - - - 1,0 2,0 - - 2,0 4,0

900 - - - 3,6 6,8 - - - - 1,0 2,3 - - 2,3 4,5

1000 - - - 4,0 7,5 - - - - 1,0 2,5 - - 2,5 5,0

1100 - - - - - - - - - 1,0 2,8 - - 2,8 5,5

1200 - - - - - - - - - 1,3 3,0 - - 3,0 6,0

1300 - - - - - - - - - 1,6 3,3 - - 3,3 6,5

1400 - - - - - - - - - 1,9 3,5 - - 3,5 7,0

1500 - - - - - - - - - 2,2 3,8 - - 3,8 7,5

1600 - - - - - - - - - 2,5 4,0 - - 4,0 8,0

1700 - - - - - - - - - - - - - 4,3 8,5

Tolerancias de Intercambiabilidad para los diferentes termopares


Una de las características mas resaltantes en las RTD’s es su estabilidad.

Un termopar es menos estable sobre todo cuando se somete a temperaturas medias o altas.

Las RTD’s son mas delicadas para aplicaciones en la Industria.

Los termopares son mas robustos y presentan una duración mayor que las RTD’s.

Tanto termopares como RTD’s están protegidos por una vaina metálica de acero inoxidable, denominándose Sonda Termométrica.


Cabeza

Vaina

Vaina

Brida

Bornes


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

Características Sensor

RTD de platino de película

RTD de platino

bobinada

Termopar Termistor Silicio

Coste del sensor Moderado a bajo

Moderado Bajo Bajo a moderado

Bajo

Coste del sistema Moderado Moderado Alto Bajo 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

Estabilidad Excelente Excelente Pobre Moderada Moderada

Sensibilidad 0,39%/ºC 0,39%/ºC 40V/ºC -4%/ºC 10mV/ºC

Sensibilidad relativa

Moderada Moderada Baja Muy elevada Moderada

Linealidad Excelente Excelente Moderada No es lineal Moderada

Pendiente Positiva Positiva Positiva Negativa Positiva

Susceptibilidad al ruido

Baja Baja Alta Baja Baja


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:

1mm 1cm 0,1m 100m 1km 100km1m

RADAR

LÁSER/ÓPTICO

SONAR

INDUCTIVO

CAPACITIVO ULTRASONIDOS

EDDY C.

POTENCIÓMETROS

LVDTs

ENCODERS LINEALES

Sensores sin contacto

Sensores con contacto

Posibilidades de medida de distancia con diversos sensores y su alcance


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


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

1kPa 1 0,14504 0,0098694 689,46 10,198 10-3

1psi 6,8946 1 0,068046 51,714 70,310 0,068496

1atm 101,32 14,696 1 759,83 1033,3 1,0066

1mm Hg 0,13332 0,019337 0,0013161 1 1,3596 0,0013248

1cm H2O 0,098062 0,014223 0,00096780 0,73551 1 0.00097416

1bar 103 14,504 0,99343 754,85 1026,5 1

kPa psi Atm mm Hg cm H2O bar


OTRAS RECOMENDACIONES


(a) (b) (c)

Diafragma

Medida de Presión


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.


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.


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


Línea principal

Derivación

Válvulas

Sensor

Colocación de sensores de presión


Q

P1 P2>

P = P1 - P2

P = f(Q)

Obstáculo

Perturba

Mide

Medida de flujo


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


Q

Q

R(calentador)Termistor 1 Termistor 2

T1 T2

T = T1 - T2 = f(Q)

T

x

T2

T1

Q3

Q1

Q2

TermistorVórtices

(a) (b)

Medida de flujo


OTRAS CONSIDERACIONES PARA MEDICIONES DE FLUJO

Ver archivo de medidores de caudal .pdf


CONSIDERACIONES PARA MEDICIONES DE NIVEL


(a) (b) (c)

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


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)


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

(a) (b)

Nivel máximo

Nivel medio

Nivel mínimo

S1

S2

S3

vo

vo

h h

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.

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