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Transductores de entrada- Dispositivos de medida

Escriba la Ley de Hooke y explique qué significa.

F/A = Y_є = Y (∆L/L₀)

F: fuerza aplicada al objeto (en la dirección de la deformación)

A: área de la sección del objeto

Y: modulo de Young, que depende del material en particular de que esté hecho el objeto

Є: esfuerzo, el cambio en longitud por unidad de longitud original. Є= ∆L/L₀

El cambio en la longitud del objeto depende de la fuerza aplicada al objeto y puede relacionarse a dicha fuerza en una correspondencia de uno a uno.

Cuáles son los 3 factores de los cuales depende la resistencia de un conductor? Relaciónelos en una fórmula

R= ρ L/A                                             

ρ: resistividad del material del alambre, una propiedad del material que se usa en particular

L: longitud del cable

A: área de la sección del alambre

Explique cómo funciona una galga extensiométrica.

Es un hilo de resistencia que está firmemente adherida a una superficie de un objeto fuerte el cual recibe entonces una fuerza. Cuando es aplicada una fuerza al objeto, este se deforma ligeramente. Es decir, el objeto se estira ligeramente o se comprime ligeramente, dependiendo de si recibe una fuerza de tensión o de compresión. El hilo de resistencia, que está pegado a la superficie del objeto, también se deforma ligeramente. La deformación del hilo cambia su resistencia, la cual es detectada y relacionada al valor de la fuerza.

Lo  que realmente mide una galga extensiométrica es el esfuerzo.

 Defina el “factor de galga” de una galga extensiométrica. ¿De qué orden es el factor de galga de una galga extensiométrica industrial?

El factor de galga es el porcentaje de cambio en la resistencia para un porcentaje dado de cambio en la longitud.

FG= ∆R/R  = ∆R/R

         ∆L/L         Є

La mayoría de las galgas extensiométricas industriales tienen un factor de galga del orden de 2. Esto significa que si la longitud del objeto cambia en 1% (Є=0.01), la resistencia de la galga extensiométrica cambia en un 2%.

 Muestre como una galga artificial puede eliminar los errores debidos a  temperatura en el uso de galgas extensiométricas

Para compensar los efectos de temperatura, una segunda galga extensiométrica, idéntica a la primera puede montarse en ángulo recto con la línea de aplicación de la fuerza. La fuerza no tiene efecto sobre esta galga extensiométrica dado que la galga no está alineada con la fuerza. La galga se conecta en el puente tal como se muestra en la figura y se denomina galga artificial; la galga sensible a la fuerza se denomina entonces la galga activa. El propósito de la galga artificial es el de cancelar cualquier cambio de resistencia en la galga activa debido a la temperatura. Con ambas galgas experimentando la misma temperatura, cualquier cambio de resistencia en la galga activa debido a variaciones de la temperatura también aparecerá en la galga artificial. Dado que el error aparece por igual a ambos lados del puente, es cancelado

¿Cuáles son los cinco tipos básicos de tacómetros? Clasifique cada tipo bien sea como tacómetro de magnitud o como tacómetro de frecuencia

En el dominio de los tacómetros de magnitud hay dos tipos principales que son: el tacómetro generador dc y el tacómetro drag cup

En el dominio de los tacómetros de frecuencia, hay tres tipos principales: Tacómetro ac de campo rotatorio, el tacómetro de rotor dentado y el tacómetro de captador fotoeléctrico.

Describa los principios de funcionamiento de cada uno de los cinco tipos en la pregunta 60

1. Tacómetro generador dc: Es un puro y simple generador dc. El campo se establece bien sea por un imán permanente colocado en el estator o por un electroimán de excitación separada también montado en el estator. El voltaje de salida es generado en un devanado de armadura dc convencional con un conmutador y escobillas. Una característica interesante es que la polaridad del voltaje generado se invierte si la dirección de rotación se invierte, por tanto este tipo de tacómetro puede indicar dirección de rotación tanto como velocidad.

2. Tacómetros drag cup: Tiene dos conjuntos de devanados en su estator y en ángulo recto uno con respecto al otro, justo como un servo motor ac. Uno de los devanados del estator denominado el devanado de excitación, está alimentado por una fuente de voltaje ac estable. El otro devanado de estator es el devanado de salida. El devanado de excitación establece un campo magnético alterno que induce corrientes de eddy en la copa de cobre. Las corrientes de eddy establecen un campo de reacción de armadura en ángulo recto con el campo del devanado de excitación. El campo en ángulo recto inducirá entonces un voltaje ac en el devanado de salida cuya magnitud depende de la velocidad de rotación de la copa. El resultado es un voltaje de salida ac que varía linealmente con la velocidad.

3. Tacómetros ac de campo rotatorio: Es un puro y simple alternador de campo rotatorio. El campo generalmente es creado por imanes permanentes montados en el rotor. El eje del rotor está conectado al eje al cual se le quiere medir la velocidad, y por consiguiente al campo magnético rotatorio induce un voltaje ac en los devanados de salida localizados en el estator.

4. Tacómetro de rotor dentado: Es el más popular de los tacómetros de frecuencia. Este tacómetro tiene varios dientes ferromagnéticos en su rotor. En su estator tiene un imán permanente con una bobina de alambre arrollada alrededor del imán. A medida que el rotor gira, los dientes llegan a una proximidad cercana con el imán y luego lo pasa. Es producido un ciclo de fuerza magnética cada vez que un diente pasa frente al imán. Esta variación en la fuerza del campo magnético induce un voltaje en la bobina arrollada en el imán permanente. Se produce un pulso de voltaje por cada diente

5. Tacómetros de captador fotoeléctrico: Un disco rotatorio se coloca entre la fuente luminosa y la celda fotovoltaica. Parte del disco deja pasar el haz luminoso, y otra parte lo bloquea. Por tanto la celda fotovoltaica constantemente es activada y desactivada, a una frecuencia que depende de la velocidad angular del disco. Al conectar el eje del disco con el eje al cual se le quiere medir la velocidad, sería generada una forma de onda de voltaje por la fotocelda. La frecuencia de la forma de onda será entonces una medida de la velocidad angular del eje.

Cuáles son las tres fuentes principales de error en los tacómetros industriales?

Todos los tacómetros que cuentan con la magnitud de un voltaje para representar velocidad están sujetos a errores causados por tres cosas: a) carga de la señal, b) variación de temperatura, c) vibración del eje.

 Qué clase de tacómetros tiene la mayor linealidad, los de magnitud o los de frecuencia?

Los tacómetros de frecuencia tienen una linealidad perfecta.

Ventajas de los tacómetros de magnitud sobre los tacómetros de frecuencia.

En sistemas realimentados, los tacómetros de magnitud proporcionan una señal análoga de voltaje, como es el caso de un sistema de control de velocidad de bucla cerrada, donde la medida de velocidad es comparada con el valor de referencia para encontrar la señal de error de velocidad.

Ventajas de los tacómetros de magnitud sobre los tacómetros de frecuencia.

En sistemas realimentados, los tacómetros de magnitud proporcionan una señal análoga de voltaje, como es el caso de un sistema de control de velocidad de bucla cerrada, donde la medida de velocidad es comparada con el valor de referencia para encontrar la señal de error de velocidad.son preferidos para la aplicaiones de retroalimentacion

 Qué es un higrómetro resistivo? Explique su construcción y principio de funcionamiento?

Es un elemento cuya resistencia cambia con cambios en la humedad relativa del aire en contacto con el elemento. Generalmente están formados por dos electrodos de metal laminado sobre una forma plástica. Los electrodos no deben tocarse entre sí, y están aislados uno del otro por medio de una forma plástica. Una solución de cloruro de litio es utilizada para recubrir completamente el dispositivo. A medida que la humedad del aire circundante crece, la película de cloruro de litio absorbe más vapor de agua del aire. Esto hace que su resistencia disminuya marcadamente y también decrece la resistencia entre los terminales de los electrodos debido a que la película de cloruro de litio está en contacto estrecho con los terminales de los electrodos de metal.

Son lineales los higrómetros resistivos? Explique

Los higrómetros resistivos no son lineales,muestran una curva característica de la resistencia contra la humedad

¿Cuál es el límite de humedad relativa para un higrómetro resistivo típico? ¿Qué sucede si se excede este límite?

Los transductores de higrómetro resistivos no pueden utilizarse en todo el rango de humedades relativas, del 0% al 100%. La mayoría tiene un límite superior de operación segura del orden del 90%. Una exposición al aire con una humedad relativa mayor del 90% puede resultar con un exceso de absorción de agua por la película de cloruro de litio y las características de resistencia del higrómetro se alteran en forma permanente.

Describir la función y principio de funcionamiento de un sicrómetro de bulbo húmedo-bulbo seco.

Un sicrómetro es un dispositivo de medida de humedad relativa que tiene dos transductores de temperatura (termómetro). Uno de los termómetros mide la temperatura de un elemento que esta simplemente localizado en el ambiente, se denomina bulbo seco. El otro termómetro mide la temperatura de un elemento que está circulando por un material fibroso saturado con agua pura, se denomina bulbo húmedo. El aire del ambiente es forzado a fluir sobre el bulbo seco y el bulbo húmedo por medio de un ventilador.

Explicar porque una mayor diferencia de temperaturas entre las temperaturas de bulbo seco y de bulbo húmedo significa una menor humedad relativa.

Si el aire está seco (baja humedad relativa), la razón de evaporación será grande, y el bulbo húmedo será mucho más frio que el bulbo seco. Si el aire es húmedo (humedad relativa alta), la razón de evaporación no será tan grande y el bulbo húmedo será solo ligeramente más frio que el bulbo seco. La diferencia entre las temperaturas es una indicación de la humedad relativa del aire.