Guía técnica para capturar datos en procesos industriales (5ª PARTE)

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2) Sensores y transductores

Un transductor es un dispositivo que convierte una forma de energía o cantidad física en otra, de acuerdo con una relación definida. Un transductor es el elemento sensor que responde directamente a la cantidad física que será medida y forma parte de un sistema de instrumentación o control, por ello el transductor a menudo es referido como un sensor.

En los sistemas de adquisición de datos, los transductores sienten un fenómeno físico y proporcionan señales eléctricas que el sistema puede aceptar. Por ejemplo, los termopares, detectores de temperatura resistivos (RTDs), termistores, y sensores IC convierten la temperatura en una señal de voltaje analógica, mientras que los transductores de caudal producen trenes de pulso cuya frecuencia depende de la velocidad del fluido.

Existen dos categorías definidas de transductores:

·       Transductores activos convierten energía no eléctrica en una señal de salida eléctrica. Eso no requiere excitación externa para operar. Los termopares son un ejemplo de un transductor activo.

·         Los transductores pasivos cambian un valor de la red eléctrica, tal como resistencia, inductancia o capacitancia, de acuerdo con cambios en la cantidad física medida. Los medidores de tensión (resistivo cambia a tensión) y LVDTs (inductancia cambia a desplazamiento son dos ejemplos de esto. Para ser capaces de detectar tales cambios, los dispositivos pasivos requieren excitación externa.

3)      Características de los transductores

Los transductores se clasifican de acuerdo con la cantidad física que miden (ej. temperatura, fuerza, etc).

Más allá de la selección del tipo de transductores requerido para medir una cantidad física y cualquier consideración de coste, las características más importantes para determinar la aplicabilidad de un transductor para una aplicación dada son las siguientes:

·         Exactitud.

·         Sensibilidad.

·         Repetitividad.

·         Rango.

Exactitud

Cuando un rango de medidas se hace en un proceso es esencial conocer la exactitud de las lecturas y si las mismas se mantienen sobre el rango entero o no. La exactitud de un transductor describe cómo se mide una medida cercana al valor actual de la variable del proceso. Se describe el máximo error que puede esperarse de una medición tomada en cualquier punto dentro del rango de operación del transductor. Los fabricantes usualmente proporcionan la exactitud de un transductor como un error porcentual sobre el rango de operación del transductor, tal como ± 1 % entre un 20 % y un 120 %, o como un ratio (ejemplo ± 1 ºC) sobre el rango de operación del transductor.

Sensibilidad

La sensibilidad se define como la cantidad de cambio en la señal de salida desde un transductor a un cambio especificado en la variable de entrada que se está midiendo. Dispositivos altamente sensibles, tales como los termistores, pueden cambiar la resistencia tanto como un 5 % por ºC, mientras que dispositivos de baja sensibilidad, tales como termopares, pueden producir un voltaje de salida que cambia solamente por 5 µV por ºC.

Repetividad

Si dos o más medidas se hacen de una variable de proceso en idéntico estado, la repetividad de un transductor indica lo cerca que pueden estar dos mediciones repetidas. La capacidad para generar una respuesta casi idéntica en toda la vida útil de un transductor es una indicación de la fiabilidad del transductor y usualmente está relacionada con el coste del transductor.

Rango

Un transductor está usualmente construido para operar dentro de un rango especificado. El rango se define como el valor medible máximo y mínimo de una variable de proceso entre la que se definen los límites de todas las otras características del transductor especificado (sensibilidad, exactitud, etc). Un termopar, por ejemplo, puede trabajar bien fuera de su rango de operación especificado de 0 ºC a 500 ºC. Sin embargo, su sensibilidad fuera de este rango puede ser demasiado pequeña para producir medidas exactas o repetibles.

Varias variables afectan a la exactitud, sensibilidad, y repetividad de las mediciones que se están haciendo.

En el proceso de medir una cantidad física, el transductor perturba el sistema que se está controlando. Como ejemplo, un transductor midiendo temperatura hace disminuir la temperatura del sistema que se está supervisando, mientras que la energía se usa para calentar su propia masa.

Los transductores son responsables de ruido no deseado al ser sensibles a los campos magnéticos del transformador principal.

Algunos transductores están sujetos a señales de excitación que alteran su respuesta a la cantidad física de entrada que se está midiendo. Como ejemplo, una corriente de excitación RTD puede dar como resultado el auto-calentamiento del dispositivo, cambiando por tanto la resistencia.

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