Introducción a los autómatas programables en ingeniería (IV)

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11)   TEMPERATURA

La temperatura es la función analógica más común, y en los entornos industriales se mide por tres métodos.

·       Termopar: En un termopar, dos metales disimilares se unen juntos en el punto donde se mide la temperatura, y es conectado a un voltímetro sensible en una localización remota. El rango de los termopares va de 0 a 1700 ºC.

·       PT100: La siguiente forma de termómetro usa la variación de resistencia con la temperatura. Un conductor de platino construido con una resistencia de 100 Ω a 0 º C tendrá una resistencia de 138,5 ºC a 100 ºC. Estos dispositivos se conocen como sensores PT100. Variaciones en el termómetro de resistencia usan materiales semiconductores. Estos dispositivos, llamados termistores, muestran grandes cambios en la resistencia, pero estos cambios no son lineales.

·       Pirómetro: El pirómetro mide la radiación infrarroja emitida de una superficie caliente. Los pirómetros tienen como ventaja que puede ser remota desde el objeto medido. Solamente pueden usarse por encima de 500 ºC.

12)   PRESIÓN

Con la medición de presión, es importante apreciar que hay tres formas distintas de sensores, aunque todos ellos son realmente variaciones de un transductor de presión diferencial. Esto proporcionar una señal de salida proporcional a la diferencia en presión entre sus dos puertos. El transductor de presión mide presión con respecto a la atmósfera.

13)   CAUDAL

Hay varias formas de medir el caudal. El caudal másico se refiere a la masa de fluido que pasa por un punto dado por unidad de tiempo (ej. Kilogramos por minuto). El caudal volumétrico se refiere al volumen del fluido por unidad de tiempo (ej. Litros por segundo). Con los gases, que son compresibles, el caudal necesita considera la temperatura y presión. También podemos medir la velocidad del fluido (ej. metros/segundo).

El método más común de medición del caudal genera una caída de presión mediante una restricción en la tubería.

El medidor de caudal de desprendimiento de vórtice o “vortex shedding” también da una señal lineal proporcional al caudal y mide el caudal detectando los vórtices pequeños generados aguas abajo. Un haz ultrasónico se usa para detectar los vórtices.

El método final usa también un haz ultrasónico para medir el caudal, con el cambio en la frecuencia causado por el cambio Doppler (cambio de frecuencia con velocidad). Este método tiene la ventaja de no ser intrusivo en la tubería.

14)   VELOCIDAD

La velocidad de motores, bombas, transportadores, etc. Es a menudo una indicación de la producción del proceso. El método más común de medir la velocidad es un tacómetro DC, que es simplemente un generador DC con un voltaje proporcional a la velocidad de rotación. Un dispositivo típico tiene una salida de 100 voltios por 100 rev/min.

Los tacómetros de pulso digital usan una rueda dentada frente a un detector de proximidad, o una rueda spoked frente a una fotocélula, para dar un tren de pulsos cuya frecuencia es proporcional a la velocidad. Un dispositivo electrónico simple puede convertir la frecuencia a un voltaje lineal.

15)   SISTEMAS DE PESAJE

Hay dos métodos básicos para encontrar el peso de un objeto; estos se conocen como pesador de tensión, y pesador de equilibrio de fuerzas. El ejemplo que podemos poner del primer tipo es el equilibrio de un resorte, donde el objeto pesado distorsiona la estructura de soporte. Un ejemplo del segundo tipo es la balanza típica de cocina. En el segundo tipo el peso del objeto puede equilibrarse por algún tipo de fuerza (eléctrica, neumática o hidráulica) que pueda ser medida.

La mayoría de los sistemas de pesaje industrial usan pesadores de tensión, y usan una célula de carga como elemento de medición primario. En su forma más común es un cilindro al que se fijan los medidores de tensión.

16)   MEDICIÓN DE NIVEL

El nivel de líquido es necesario en muchas industrias de proceso. La forma más simple y fiable de medirlo se basa en que la presión en un líquido es directamente proporcional a la altura de líquido sobre él.

Otros métodos usan flotadores (cuya posición puede ser medida) y otras técnicas usan fuentes radiactivas de bajo nivel, donde el líquido bloquea la radiación, alterando la señal del detector 8ej. tubo Geiger-Muller) en el otro lado del tanque.

17)   POSICIÓN

La posición a menudo se mide no solo como una señal sino deduciéndola del valor de otra variable. La medición de nivel a veces se alcanza con un flotador cuya posición se registra.

El sistema más fácil de medir posición puede obtenerse con un potenciómetro de movimiento lineal libre o rotacional y un suministro de energía estabilizado que da un voltaje de salida directamente relacionado con la posición del deslizador.

Un dispositivo más exacto, sin fricción de contacto y mínima fuerza de movimiento, es el LVDT (por transformador diferencial de variable lineal). Los encoders ópticos se usan también para mediciones exactas de posición.

18)   ESTANDARIZACIÓN DE SEÑALES DE PLANTA

Las sensores obtenidas de los sensores de planta son muy variables, alcanzando de unos pocos milivoltios (para un termopar) a quizás más de 100 voltios en un tacómetro, y muestran variaciones en voltios DC, voltios AC e incluso resistencia. Las señales deben estandarizarse para conectarse a una tarjeta de entradas analógicas.

Las señales analógicas son de bajo nivel y susceptibles de interferencia eléctrica (o ruido como se conoce generalmente). Una señal representada por corriente eléctrica es menos afectada por el ruido que una señal representada por el voltaje, así que normalmente se elige un bucle de corriente. El transductor y el dispositivo receptor se conectan con la señal de corriente para convertirse localmente a un voltaje por una resistencia autorreguladora o “ballast resistor”. Un bucle de corriente puede usarse con varios receptores (medidor, registrador chart y entrada de PLC, por ejemplo) conectado en serie.

El estándar más común representando una señal analógica es una corriente en un rango que va de 4 a 20 mA, con 4 mA representando el nivel de la señal mínimo, y 20 mA el máximo.

19)   INTERFACE ANALÓGICA

Una tarjeta de interface analógica convierte una señal analógica que varía continuamente en una forma digital que se usa en el interior del programa del PLC,

Esta conversión de la señal analógica a digital (conocido como ADC) va acompañada de una pérdida de resolución que depende del número de bits utilizados. Este hecho debe tenerse en consideración especialmente cuando deben hacerse comparaciones.

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