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Sistemas electrnicos y automticosSistemas electrnicos y automticos 11
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SensoresSensores generadoresgeneradores
nn SENSORES GENERADORESSENSORES GENERADORES Definicin:Definicin:
SensoresSensores generadores son aquellos que generan una seal elctrica generadores son aquellos que generan una seal elctrica a partir de la magnitud que miden, sin necesidad de una a partir de la magnitud que miden, sin necesidad de una alimentacin elctrica.alimentacin elctrica.
Tipos:Tipos: Sensores Sensores termoelctricos: termoparestermoelctricos: termopares Sensores Sensores piezoelctricospiezoelctricos Sensores piroelctricosSensores piroelctricos Sensores Sensores fotovoltaicosfotovoltaicos Sensores Sensores electroqumicoselectroqumicos
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SensoresSensores generadoresgeneradores
nn SENSORES GENERADORESSENSORES GENERADORES Tipos:Tipos:
Sensores Sensores termoelctricos: termoparestermoelctricos: termopares Sensores Sensores piezoelctricospiezoelctricos Sensores piroelctricosSensores piroelctricos Sensores Sensores fotovoltaicosfotovoltaicos Sensores Sensores electroqumicoselectroqumicos
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SensoresSensores termoelctricos: Termoparestermoelctricos: Termopares
nn Estn basados en elEstn basados en el efecto efecto SeebeckSeebeck,,(suma de los efectos (suma de los efectos PeltierPeltier y y ThompsonThompson):):
En un circuito con dos metales distintos homogneos, A y B, cuyaEn un circuito con dos metales distintos homogneos, A y B, cuyas s uniones estn a diferentes temperaturas, aparece una corriente uniones estn a diferentes temperaturas, aparece una corriente electricaelectrica (o se produce una (o se produce una femfem))
T1 T2
A
B
iT2T1
A
B
+ v -
Circuito cerrado corriente Circuito abierto tensin
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SensoresSensores termoelctricos: Termoparestermoelctricos: Termopares
nn Al conjunto de estos dos metales distintos con una unin firme eAl conjunto de estos dos metales distintos con una unin firme en n un punto o una zona se le denomina un punto o una zona se le denomina termopartermopar
T2T1
A
B
+ v -
v = (T1-T2)
= coeficiente de Seebeck
es no cte y no lineal, se utilizan tablas
nn Una de las dos temperaturas se debe tomar como referencia:Una de las dos temperaturas se debe tomar como referencia:
v = (T1-Tref)
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SensoresSensores termoelctricos: Termoparestermoelctricos: Termopares
nn Ventajas del uso de termopares:Ventajas del uso de termopares: Rango de temperaturas grande: Rango de temperaturas grande: --270C 270C 3000 3000 CC Para bajas temperaturas tienen mayor exactitud que las Pt100Para bajas temperaturas tienen mayor exactitud que las Pt100 No necesitan alimentaciNo necesitan alimentacinn Estabilidad a largo plazo aceptable y fiabilidad elevadaEstabilidad a largo plazo aceptable y fiabilidad elevada
nn Limitaciones en el uso de termopares:Limitaciones en el uso de termopares: La temperatura mxima que alcance el termopar debe ser inferior La temperatura mxima que alcance el termopar debe ser inferior a su a su
temperatura de fusintemperatura de fusin El medio donde se va a medir no ataca a los metales de la uniEl medio donde se va a medir no ataca a los metales de la uninn La corriente por el termopar debe ser muy pequeLa corriente por el termopar debe ser muy pequea para despreciar el a para despreciar el
efecto Jouleefecto Joule Hay que mantener la temperatura de referencia fijaHay que mantener la temperatura de referencia fija
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SensoresSensores termoelctricos: Termoparestermoelctricos: Termopares
nn Tipos de termoparesTipos de termopares
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SensoresSensores termoelctricos: Termoparestermoelctricos: Termopares
nn Tabla de tensiones vs. TemperaturaTabla de tensiones vs. TemperaturaPara un termopar tipo J entre 0C y 110C. Para un termopar tipo J entre 0C y 110C. La unin de referencia se supone a 0C. La unin de referencia se supone a 0C. Las tensiones en mV.Las tensiones en mV.
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SensoresSensores termoelctricos: Termoparestermoelctricos: Termopares
nn Ejemplo:Ejemplo: Un circuito constituido por un termopar tipo J tiene una unin aUn circuito constituido por un termopar tipo J tiene una unin a 0C y 0C y
otra a 45C. Cul es la otra a 45C. Cul es la ftemftem en un circuito abierto?en un circuito abierto?
nn Ejemplo:Ejemplo: Si en un termopar tipo J con una unin a 0C, se obtiene, en cirSi en un termopar tipo J con una unin a 0C, se obtiene, en circuito cuito
abierto un tensin de 5mV, Cul es la temperatura de la otra unabierto un tensin de 5mV, Cul es la temperatura de la otra unin?in?
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SensoresSensores termoelctricos: Termoparestermoelctricos: Termopares
nn Ejemplos de configuraciones de medida de temperatura con Ejemplos de configuraciones de medida de temperatura con termopar: termopar: Unin de referencia en hielo fundenteUnin de referencia en hielo fundente
T1
T2
A
B
Multmetro
A
hielo fundente 0C
v = AB T1- BA T2 =
AB (T1 - T2) = AB T1
T2 = 0C
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SensoresSensores termoelctricos: Termoparestermoelctricos: Termopares
nn Ejemplos de configuraciones de medida de temperatura con Ejemplos de configuraciones de medida de temperatura con termopar: termopar: Compensacin electrnica de la unin de referencia.Compensacin electrnica de la unin de referencia.
T1
T2
A
B
Multmetro
A
Bloque isotrmico
Dejar que la unin de referencia sufra las variaciones de
temperatura ambiente, pero stas se detectan con otro sensor de T
(p.ej. un termistor)Tref
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SensoresSensores termoelctricos: Termoparestermoelctricos: Termopares
Termopar industrial con vaina
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SensoresSensores generadoresgeneradores
nn SENSORES GENERADORESSENSORES GENERADORES Tipos:Tipos:
Sensores Sensores termoelctricos: termoparestermoelctricos: termopares Sensores Sensores piezoelctricospiezoelctricos Sensores piroelctricosSensores piroelctricos Sensores Sensores fotovoltaicosfotovoltaicos Sensores Sensores electroqumicoselectroqumicos
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SensoresSensores PiezoelctricosPiezoelctricos
nn Efecto piezoelctrico:Efecto piezoelctrico: Consiste en la aparicin de una polarizacin elctrica en un matConsiste en la aparicin de una polarizacin elctrica en un material al erial al
deformarse bajo la accin de un esfuerzo. deformarse bajo la accin de un esfuerzo. Es un efecto reversible: al aplicar una Es un efecto reversible: al aplicar una ddp ddp entre 2 caras de un material entre 2 caras de un material
piezoelctrico, aparece una deformacinpiezoelctrico, aparece una deformacin
F
q
Aparece una carga proporcional a la fuerza que se les aplica.
La carga que aparece no se mantiene, surge como respuesta a una aceleracin.
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SensoresSensores PiezoelctricosPiezoelctricos
nn Sensibilidad de un material piezoelctrico:Sensibilidad de un material piezoelctrico:
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SensoresSensores PiezoelctricosPiezoelctricos
nn Aplicaciones de los Aplicaciones de los sensoressensores piezoelctricos:piezoelctricos: Deteccin de magnitudes mecnicas:Deteccin de magnitudes mecnicas:
PresinPresin AceleracinAceleracin
En biomedicina: Sensor de esfuerzos respiratorios, cardiovasculaEn biomedicina: Sensor de esfuerzos respiratorios, cardiovascularesres
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SensoresSensores generadoresgeneradores
nn SENSORES GENERADORESSENSORES GENERADORES Tipos:Tipos:
SensoresSensores termoelctricos: termoparestermoelctricos: termopares Sensores Sensores piezoelctricospiezoelctricos Sensores piroelctricosSensores piroelctricos Sensores Sensores fotovoltaicosfotovoltaicos Sensores Sensores electroqumicoselectroqumicos
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SensoresSensores PiroelctricosPiroelctricos
nn Efecto Efecto piroelctricopiroelctrico:: Anlogo al piezoelctrico, pero en lugar de la aparicin de cargAnlogo al piezoelctrico, pero en lugar de la aparicin de cargas as
elctricas cuando se deforma el material, aqu se trata de la elctricas cuando se deforma el material, aqu se trata de la aparicin de cargas superficiales en una direccin determinada aparicin de cargas superficiales en una direccin determinada cuando el material experimenta un cambio de temperatura.cuando el material experimenta un cambio de temperatura.
Estas cargas son debidas al cambio de su polarizacin espontneaEstas cargas son debidas al cambio de su polarizacin espontneaal variar la temperaturaal variar la temperatura
TpP =rr
Polarizacin espontnea
Coeficiente piroelctrico
Temperatura
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SensoresSensores PiroelctricosPiroelctricos
nn Aplicaciones:Aplicaciones: Pirmetros: medida de temperatura a distancia en hornos, vidrio,Pirmetros: medida de temperatura a distancia en hornos, vidrio, o o
metal fundidometal fundido Radimetros: medida de la potencia generada por una fuente de Radimetros: medida de la potencia generada por una fuente de
radiacinradiacin Analizadores de IRAnalizadores de IR Detectores de CODetectores de CO2 2 y otros gases que absorben radiaciny otros gases que absorben radiacin Deteccin de la IR emitida por el cuerpo humano (para deteccin Deteccin de la IR emitida por el cuerpo humano (para deteccin
de intrusos, sistemas de encendido automtico de iluminacin, de intrusos, sistemas de encendido automtico de iluminacin, apertura de puertas,...)apertura de puertas,...)
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SensoresSensores generadoresgeneradores
nn SENSORES GENERADORESSENSORES GENERADORES Tipos:Tipos:
Sensores Sensores termoelctricos: termoparestermoelctricos: termopares SensoresSensores piezoelctricospiezoelctricos Sensores piroelctricosSensores piroelctricos Sensores Sensores fotovoltaicosfotovoltaicos Sensores Sensores electroqumicoselectroqumicos
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SensoresSensores FotovoltaicosFotovoltaicos
nn Efecto fotovoltaico:Efecto fotovoltaico: El efecto fotoelctrico interno visto para los fotoconductores El efecto fotoelctrico interno visto para los fotoconductores
cuando se produce en la zona de una unin pcuando se produce en la zona de una unin p--n permite obtener n permite obtener una tensin elctrica que es funcin de la intensidad de la radiuna tensin elctrica que es funcin de la intensidad de la radiacin acin incidenteincidente
A la generacin de un potencial cuando una radiacin ioniza una A la generacin de un potencial cuando una radiacin ioniza una zona donde hay una barrera de potencial se la denomina zona donde hay una barrera de potencial se la denomina efecto efecto fotovoltaicofotovoltaico
-- --
-
---
++
++
+
++
+
P N
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SensoresSensores FotovoltaicosFotovoltaicos
nn Efecto Efecto fotoelctrico o fotoelctrico o fotovoltaico en fotovoltaico en una unin puna unin p--n:n:
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SensoresSensores FotovoltaicosFotovoltaicos
nn Tipos de clulas solares (Si):Tipos de clulas solares (Si): monocristalinasmonocristalinas policristalinaspolicristalinas pelcula finapelcula fina
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SensoresSensores generadoresgeneradores
nn SENSORES GENERADORESSENSORES GENERADORES Tipos:Tipos:
Sensores Sensores termoelctricos: termoparestermoelctricos: termopares Sensores Sensores piezoelctricospiezoelctricos Sensores piroelctricosSensores piroelctricos Sensores Sensores fotovoltaicosfotovoltaicos Sensores Sensores electroqumicoselectroqumicos
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SensoresSensores ElectroqumicosElectroqumicos
nn Fundamento:Fundamento: Los Los sensores sensores electroqumicos electroqumicos potenciomtricos potenciomtricos generan una seal generan una seal
elctrica (una elctrica (una ddpddp) en respuesta al cambio de concentracin de una ) en respuesta al cambio de concentracin de una determinada especie qumica en una muestradeterminada especie qumica en una muestra
LosLos sensoressensores electroqumicos electroqumicos potenciomtricos potenciomtricos de de ion ion (ISE, Ion (ISE, Ion SelectiveSelective ElectrodesElectrodes) se basan en la aparicin de una ) se basan en la aparicin de una ddp ddp en la en la interfase entre 2 fases con concentraciones distintas. (fundameninterfase entre 2 fases con concentraciones distintas. (fundamento to de las pilas voltaicas)de las pilas voltaicas)
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SensoresSensores ElectroqumicosElectroqumicos
nn Cuando slo hay una especie inica cuya concentracin cambia de Cuando slo hay una especie inica cuya concentracin cambia de una a otra fase, o si, a pesar de haber ms de una, una membranauna a otra fase, o si, a pesar de haber ms de una, una membranaselectiva slo deja pasar un in especfico, la tendencia de dicselectiva slo deja pasar un in especfico, la tendencia de dicho in a ho in a difundirse de la zona con ms concentracin a la de menor difundirse de la zona con ms concentracin a la de menor concentracin viene contrarrestada por la aparicin de un potencconcentracin viene contrarrestada por la aparicin de un potencial ial elctrico debido a la carga del in.elctrico debido a la carga del in.elctricaelctricaEn el equilibrio entre ambas fuerzas (difusin y potencial elctEn el equilibrio entre ambas fuerzas (difusin y potencial elctrico),rico),la la ddp ddp viene dada por la ecuacin de viene dada por la ecuacin de NernstNernst::
=
2,i
1,i
a
aln
zFRT
ER = cte de los gases
T = temp en K
z= valencia del ion
F = 1 Faraday (96500C)
ai = actividad del in i
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SensoresSensores ElectroqumicosElectroqumicos
nn Disposicin de medida empleando un electrodo de in Disposicin de medida empleando un electrodo de in especfico:especfico: