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Teoría de Operación de Sensor

Teoría de Sensor Omega es una fuente fiable de transductores de presión y celdas de carga que proporcionan datos de alta calidad en innumerables procesos. Para que los sensores de presión y las celdas de carga propicien la información que nuestros clientes están buscando, la presión o fuerza del proceso en cuestión debe alcanzar un elemento de detección. El elemento de detección reacciona a la fuerza o presión del proceso, creando una señal de salida que puede ser interpretada por un equipo de lectura o de recolección de datos. El elemento de detección, por lo tanto, es el corazón del transductor o de la celda de carga.

El Sistema de Medición

El sistema de medición está formado por un elemento de detección con cuatro sensores de deformación mecánica aplicados a él. Los sensores de deformación mecánica están configurados en un puente de Wheatstone, donde todos los 4 resistores (que se llaman R1 a R4 en la Figura 2) son iguales, y cambian en igual magnitud proporcionalmente cuando deformación mecánica es aplicada. Cuanto mayor es la fuerza o deformación mecánica (señal de entrada), mayor es la señal de salida. Un equipo de puente de Wheatstone requiere 4 cables para su conexión, excitación positiva y negativa, y señal de salida de sensor positiva y negativa.

Para un sensor de presión típico, la deflexión de un diafragma produce una señal de salida de sensor de deformación mecánica. Dependiendo de la tecnología de sensor de deformación mecánica, la señal de salida puede variar de 1 a 3 mV/V (milivoltios por voltio) hasta 10 a 30 mV/V. Para calcular su señal de salida de escala completa, usted tendría que multiplicar la señal de salida del sensor por el voltaje usado para alimentar el equipo. Por ejemplo, para un sensor de 3 mV/V, si usáramos 10 voltios DC como nuestro voltaje de excitación, esperaríamos tener 3 mV/V x 10 V = 30 mV en la escala completa.
Figura 1
Figura 1.
 
Figura 2
Figura 2.
 
Figura 3
Figura 3.
Reacción Típica del Diafragma Cuando es Aplicada Presión.

Ejemplos

Un buen ejemplo de esta teoría del sensor es el PX4600. La presión del proceso que el cliente está intentando medir se traerá hasta el elemento de diafragma a través de una puerta de acceso. La presión causará la deflexión de un diafragma, presionando el esquema del puente de Wheatstone del otro lado del diafragma y creando una señal de salida de mV/V. Esta señal de milivoltios es entonces leída por un equipo capaz de funcionar con una señal de milivoltios o va a un amplificador o condicionador de señal para posterior procesamiento de señal.

El PX409-USBH tiene un conector USB en la extremidad de su cable para entrada directa en una computadora laptop. La electrónica incorporada procesa la señal, proporcionando un protocolo de comunicación conveniente y fácil de usar. Para que sólo se necesite conectar y usar, utilice nuestro software gratuito que está disponible en nuestro sitio. Una unidad puede ser conectada a un laptop que mostrará y recolectará datos mientras proporciona energía para el propio sensor.
PX4600
Figura 4.
Ejemplo de Elemento de Detección de Puente de Wheatstone en un Transductor para Montaje en Placa de Circuito Impreso.
PX409-USBH
Figura 5.
 
 
dpg409
Figura 6.
DPG409
El sensor de presión digital DPG409 usa una señal de salida digital en sus versiones de transmisor inalámbrico. Esto posibilita adquisición de las lecturas a partir de una localización remota con relación al campo de visión, sin necesidad de que la señal llegue por cable. Un receptor inalámbrico aceptará esa señal y mostrará o registrará los datos.

Categorías de Sensor

Figura 7
Figura 7.
No amplificado
La mayoría de las celdas de carga tiene una señal de salida no amplificada. Señales de salida no amplificadas son comunes en equipos que son demasiado pequeños para que sean equipados con electrónica de condicionamiento de señal, o donde el ambiente es demasiado extremo para que la electrónica sobreviva. Este es el caso de los productos PX1004, PX1005 y PX1009, que son no amplificados debido a las temperaturas operacionales muy altas y muy bajas en que ellos están preparados para funcionar. Sensores no amplificados tienen una capacidad de distancia de transmisión bastante pequeña, en general no mayor que de 6,1 a 9,1 m (20 a 30'). Esto ocurre porque la fuerza de la señal es bien pequeña. Esto también los vuelve vulnerables a ruido electromagnético que viene del ambiente alrededor.
Figura 8
Figura 8.
Amplificado
Sensores amplificados usan electrónica interna de condicionamiento de señal para crear una señal más fuerte. Esto los vuelve menos vulnerables a ruido ambiente y capaces de estar a distancias mayores de sus unidades receptoras. Sensores con amplificadores internos tienen un intervalo de temperatura operacional menor debido a restricciones de temperatura de la electrónica de condicionamiento de señal que está dentro del sensor.

Sensores de señal de salida de corriente pueden enviar su señal amplificada hasta a 304,8 m (1000') de distancia, y aun así proporcionan alta precisión. En general, sensores de señal de salida de voltaje pueden mantener precisión hasta 30,5 m (100').

Digital
El tercero tipo de sensor, en términos de categorización por señal de salida, es el sensor de señal de salida digital. Este tipo de señal de salida tiene el potencial de proporcionar el menor ruido y las distancias de transmisión más largas disponibles. Hay varios estilos de comunicación disponibles, como los equipos DPG409 y PX409-USBH o RS485.

Consideraciones sobre Precisión

Figura 9
Figura 9.
Calibración de 5 Puntos Típica.
Banda de Error Total
Esta es la desviación máxima de banda para cualquier señal de salida cuando se consideran todas las fuentes de error definidas, como vibración, temperatura o humedad. Se expresa como un porcentaje de la señal de salida evaluada.
Figura 10
Figura 10.

Precisión Estática
Siendo el efecto combinado de linealidad, histéresis y repetibilidad, la Precisión Estática se expresa como ±% de variación, y se establece en referencia a la BSL (Best Straight Line, o "mejor ajuste en línea recta"). La banda de error estático es una buea medida de la precisión que puede ser esperada de un sensor de presión o celda de carga a una temperatura constante.

BSL (Best Straight Line, o "mejor ajuste en línea recta")
La BSL es la desviación de error máxima con relación a una línea base terminal, dividida al medio. Para determinarse esta línea, las señales de salida de cero hasta la escala completa se usan para crear la línea. Otros puntos de datos son medidos basándose en la distancia de esta línea. La BSL es la línea que tiene la misma inclinación que la línea base terminal, pero está desplazada de forma que los errores están igualmente divididos entre cada uno de los lados de la BSL. La BSL es usada para describirse el desempeño con relación a linealidad.
No Linealidad
Es la máxima desviación de la curva de calibración con relación a una línea recta marcada entre la señal de salida sin carga y la señal de salida evaluada. Se expresa como un porcentaje de la señal de salida evaluada y es medida solamente con relación a carga de presión creciente.

Histéresis
Histéresis es la diferencia máxima entre lecturas de señal de salida para la misma presión aplicada, alcanzada a partir de direcciones opuestas. Se determina comparándose las señales de salida para un valor de presión, primeramente obtenido por aproximación a partir de presión más baja y después por aproximación de presión más alta. Cuanto más cercanas las dos lecturas sean, más baja será la histéresis. Este error es difícil de corregir.

Repetibilidad
La diferencia máxima entre lecturas de señales de salida para cargas de presión repetidas, bajo carga y condiciones de ambiente idénticas, se llama repetibilidad. Cuanto más cercanas estas lecturas sean, mejor será la repetibilidad. Este error no puede ser corregido.

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