Fundamentos de Sensores y Transmisores en Instrumentación Industrial

Conceptos Fundamentales en Instrumentación

El Sensor

El sensor produce una señal mecánica, eléctrica o similar, relacionada con la propiedad que se desea medir.

El Transmisor

El transmisor, a su vez, convierte la señal del sensor en otra señal equivalente, apropiada para ser enviada a distancia y que está normalizada.

Normas ISA para Transmisores

Norma SP-50

• Transmisión neumática: 3-15 psi.
• Transmisión eléctrica: 4-20 mA CC.

Ventajas de la Transmisión Eléctrica

• Se evitan errores si se introducen diferentes cargas en el circuito.
• Permite la intercambiabilidad del controlador en el lazo de control, lo que facilita la independencia de la variable física que la señal representa.
• La medida expresada en corriente sirve como fuente de energía para transductores y acondicionamiento local de la señal, utilizando solamente dos alambres.

Características de un Sensor y Transmisor

Un sensor/transmisor obedece a los principios de conservación, al igual que los procesos. Por lo tanto, puede considerarse como un subsistema con propiedades que lo afectan, variables a medir y respuestas que representan dichas mediciones. Está, por consiguiente, sujeto a características dinámicas y estáticas.

Características Dinámicas

Normalmente, la dinámica de los procesos es lenta en comparación con la dinámica de los instrumentos de medición. De esta manera, estos últimos pueden considerarse como instantáneos y, por lo tanto, la función de transferencia del sensor es una constante.

Tipos Comunes de Sensores

Sensores de Presión

• Celda de carga: Mide la fuerza o peso.
• Capacitivos: Detectan cambios en la capacitancia debido a la presión.
• Transductor Piezoeléctrico: Convierte la presión en señales eléctricas.

Sensores de Temperatura

• RTD (Resistance Temperature Detectors): Detectores de temperatura por resistencia.
• Termocupla: Mide la temperatura a través de la diferencia de potencial entre dos metales.

Sensores de Nivel

• Presión diferencial: Mide la diferencia de presión para determinar el nivel.
• Capacitivos: Detectan el nivel por cambios en la capacitancia.
• Ultrasónicos: Utilizan ondas sonoras para medir la distancia a la superficie.
• Radar: Emplean ondas de radar para la medición de nivel.
• Punto fijo: Detectan el nivel en un punto específico.

Sensores de Flujo (Flujómetros)

• Magnético: Para fluidos conductivos.
• Placa Orificio: Mide el flujo por la caída de presión.
• Turbina: Mide el flujo por la velocidad de rotación de una turbina.

Flujómetro Magnético

Utilizado en fluidos eléctricamente conductivos como pulpas corrosivas, viscosas, aguas residuales, pulpas rocosas y ácidas.

Desventajas:

• Alto costo.
• Tamaños grandes y pesados.

Principio de Operación del Flujómetro Magnético

Basado en la Ley de Faraday: “El voltaje E inducido en un conductor de longitud d que se mueve a través de un campo magnético h es proporcional a la velocidad del conductor.”

Fórmula: E = C * h * d * v

Donde:

• C: Constante.
• h: Campo magnético.
• d: Longitud del conductor.
• v: Velocidad del conductor.

Flujómetros Ultrasónicos (o Acústicos)

Ventajas de los Flujómetros Ultrasónicos

• No invasivos.
• Linealidad.
• Amplio rango sin producir caídas de presión o perturbación en la línea.
• Exactitud comparable a medidores de placa orificio o Venturi.
• Bidireccionalidad.
• Bajo costo comparativo.