CUESTIONARIO

TEMA 1: Sensores moduladores

1)   ¿Qué es un sensor?

Un sensor es un dispositivo que, a partir de la energía del medio donde se mide, da una señal de salida transducible en función de la variable medida.

2)   Propiedades de las fotorresistencias

Son componentes con terminales, Sensores de diferentes tamaños, Impermeables o sobre sustrato de cerámica, Sensitivos en el espectro visible.

3)   ¿Cuáles son las principales ventajas y limitaciones de los sensores por efecto Hall?

Tiene como limitación:

*La temperatura cambia la resistencia del material.

*Hay un error de cero debido a inexactitudes físicas.

Tiene como ventajas:

*Salida independiente de la velocidad de variación del campo magnético.

*Inmune a las condiciones ambientales.

*Sin contacto. Se puede aplicar a la medida de campos magnéticos, medida de desplazamientos-

4)   En lo sensores moduladores resistivos ¿Cuáles son las de uso mas común?

Las termorresistencias de uso más común se fabrican de alambres finos soportados por un material aislante y luego encapsulados. El elemento encapsulado se inserta luego dentro de una vaina o tubo metálico cerrado en un extremo que se llena con un polvo aislante y se sella con cemento para impedir que absorba humedad.

5)   ¿Qué son sensores de reactancia variable?

Este tipo de sensores basan su importancia en los beneficios que trae los resistivos, como por ejemplo, un mínimo efecto de carga, que es muy fundamental para obtener una buena medida, permiten mejor medida de desplazamiento lineales y angulares y de humedad, además que su característica no lineal se puede compensar fácilmente con sensores diferenciales pero estos a su vez poseen una limitante y es la frecuencia de la variable a medir, pues no pueden medir alguna variable cuya frecuencia sea mayor a la de la alimentación usada para el sensor

6)   ¿Qué es un sensor modulador?

Estos sensores están basados en la variación de la resistencia eléctrica de un dispositivo son probablemente los más abundantes. La entrada solo controla  la salida. Para la clasificación de diversos sensores de esta clase se toma como criterio el tipo de magnitud física a medida. El orden seguido es el de variables mecánicas, térmicas, magnéticas, ópticas y químicas.

7)   ¿Qué utilidad tiene el higrómetro resistivo?

El higrómetro se utiliza para medir humedad. Se basan en la variación de resistencia que experimentan los materiales por la humedad, como el vapor de agua en un gas o el agua absorbida en un líquido o sólido. Un material típico es el aislante eléctrico, el cual disminuye su resistencia al aumentar su contenido de humedad

8)   ¿Qué es un LDR?

En inglés light-dependent resistor. Es un dispositivo que cambia su resistencia por el nivel de incidencia de luz. Está formada por materiales semiconductores.

9)   ¿Cómo trabajan los sensores basados en la ley de Faraday?

En un circuito o bobina con N espiras que abarque un flujo magnético, si éste varía con el tiempo se induce en él una tensión o fuerza electromotriz, e.

El flujo puede ser variable de por si (por ejemplo, cuando es debido a una corriente alterna), o bien puede ser que varíe la posición del circuito con respecto al flujo siendo éste constante. Los tacómetros de alterna son del primer tipo, mientras que los tacómetros de continua, los medidores de velocidad lineal y los caudalímetros electromagnéticos son del segundo tipo

10)   ¿Cuáles son las principales características de las galgas extensiometricas?

Son económicos y muy versátiles para muchos propósitos industriales, pero se debe cuidar el margen elástico, el esfuerzo aplicado debe ser transversal a la galga y hay que tomar en cuenta que su valor se ve afectado por la temperatura pues es un resistor.

11)   ¿Qué es un condensador variable?

Un condensador variable es aquel en el cual se pueda cambiar el valor de su capacidad. Para tener condensador variable hay que hacer que por lo menos una de las tres variables (constante dielectrica, distancia entre placas y area de placas) cambie de valor. De este modo, se puede tener un condensador en el que una de las placas sea móvil, por lo tanto varía d y la capacidad dependerá de ese desplazamiento.

12)   ¿Cuáles son los tipos de sensores de reactancia variable?

Capacitivos de condensador variable, capacitivos de condensador diferencial, inductivos de reluctancia variable e inductivos de inductancia mutua.

13)   ¿Qué son sensores electromagnéticos?

Los sensores electromagnéticos son aquellos en los que una magnitud física puede producir una alteración de un campo magnético o de un campo eléctrico, sin que se trate de un cambio de inductancia o de capacidad.

14)   ¿Cuáles son las ventajas del sensor de inductancia mutua?

Posee varias ventajas que lo hacen atractivo, resolución infinita, bajo roce lo que permite que dure más tiempo y tenga alta fiabilidad, ofrece aislamiento eléctrico entre el primario y los secundarios, alta linealidad entre otros. Es muy usado en la construcción de acelerómetros.

15)   ¿Qué son potenciómetros?

Se usan para medir desplazamientos. Pueden ser de carbón o enrollados. Los primeros son de tipo analógico, mientras que los otros son discretos. El detalle de estos es que como siempre están en movimiento, se desgasta el material y con el tiempo se vuelve inutilizable.

16)   ¿De que material se construyen las termorresistencias?

Los materiales utilizados para los arrollamientos de termorresistencias son fundamentalmente platino, níquel, níquel-hierro, cobre y tungsteno

17)   ¿Cuál es la aplicación mas frecuente de los sensores capacitivos?

Detectar proximidad, basados en cambios de la capacidad. Uno de los más simples incluye el condensador como parte de un circuito oscilador diseñado de modo que la oscilación se inicie solamente cuando la capacidad del sensor sea superior a un valor umbral preestablecido. La iniciación de la oscilación se traduce luego en una tensión de salida, que indica la presencia de un objeto. Este método proporciona una salida binaria, cuya sensibilidad de disparo dependerá del valor umbral.

18)   ¿Cuál es la principal limitación del sensor de reactancia vaiable?

Es la frecuencia de la variable a medir, pues no pueden medir alguna variable cuya frecuencia sea mayor a la de la alimentación usada para el sensor.

19)   ¿Cuál es el principio de funcionamiento del sensor capacitivo?

El sensor está formado por un oscilador cuya capacidad la forman un electrodo interno (parte del propio sensor) y otro externo (constituido por una pieza conectada a masa). El electrodo externo puede estar realizado de dos modos diferentes; en algunas aplicaciones dicho electrodo es el propio objeto a sensar, previamente conectado a masa; entonces la capacidad en cuestión variará en función de la distancia que hay entre el sensor y el objeto. En cambio, en otras aplicaciones se coloca una masa fija y, entonces, el cuerpo a detectar se utiliza como dieléctrico se introduce entre la masa y la placa activa, modificando así las características del condensador equivalente.

20)   ¿Cuál es la principal aplicación de un de un sensor inductivo?

Un sensor inductivo se caracteriza por detectar objetos de tipo metálico. Incorporan en su interior una bobina eléctrica que genera un campo magnético lo cual permite detectar metales conductores, es en definitiva, “un detector de metales”

TEMA 2: Sensores generadores

1)   ¿Qué es un sensor generador?

Son aquellos que a partir de la magnitud que miden generan una señal eléctrica, sin necesidad de una alimentación eléctrica. Están basados en efecto reversible y además están relacionados con diversos accionadores o aplicaciones inversas en general, es decir, se pueden emplear para acciones no eléctricas a partir de señales eléctricas.

2)   ¿Cuáles son los tipos de sensores generadores?

• Termopar
• Sensores piezoeléctricos
• Sensores piroeléctricos
• Sensores fotovoltáicos
• Sensores electroquímicos

3)   Mencione 5 características del sensor termopar.

• Baja sensibilidad
• Respuesta no lineal
• Pequeño tamaño: respuesta más rápida (ms)
• Aceptable estabilidad a largo plazo
• Aleaciones metálicas con designación normalizada; K,J,T

4)  Defina: sensor piezoeléctrico y mencione 3 limitaciones

El efecto piezoeléctrico consiste en la aparición de una polarización eléctrica en un material al deformarse bajo la acción de un esfuerzo.Solamente ocurre en ciertos materiales cristalinos y cerámicos que tienen como propiedad el presentar el efecto piezoeléctrico cuyo principio de funcionamiento consiste en la aparición de una polarización eléctrica bajo la acción de un esfuerzo.

Limitaciones:

• No poseen respuesta en c.c.
• Deben trabajar por debajo de la frecuencia de resonancia del material.
• Los coeficientes piezoeléctricos son sensibles a la temperatura.(Cuarzo hasta 260ºC y la turmalita 700ºC).
• La impedancia de salida de los materiales piezoeléctricos es muy baja.
• Algunos materiales piezeléctricos son delicuescentes.

5)   Explique el funcionamiento del sensor piroeléctrico.

Los sensores piroeléctricos se construyen mediante un elemento semiconductor, en el cual se produce un desplazamiento de cargas cuando sobre él incide radiación infrarroja. Sin embargo en poco tiempo el sensor vuelve a su condición de equilibrio. Por este motivo es sólo sensible a cambios en la intensidad de la radiación infrarroja. La utilización práctica se hace interrumpiendo el haz infrarrojo mediante un dispositivo mecánico o bien utilizando una fuente intermitente

6)   Mencione los tipos de sensores fotovoltáicos y defina 2.

Tipos de sensores fotovoltáicos:

• Barrera de luz
• Reflexión sobre espejo
• Reflexión sobre objeto
• Reflexión difusa
• Reflexión definida.

Barrera de luz:

Las barreras tipo emisor-receptor están compuestas de dos partes, un componente que emite el haz de luz, y otro componente que lo recibe. Se establece un área de detección donde el objeto a detectar es reconocido cuando el mismo interrumpe el haz de luz. Estos sensores operan de una manera precisa cuando el emisor y el receptor se encuentran alineados.

Reflexión sobre espejo:

Tienen el componente emisor y el componente receptor en un solo cuerpo, el haz de luz se establece mediante la utilización de un reflector catadióptrico. El objeto es detectado cuando el haz formado entre el componente emisor, el reflector y el componente receptor es interrumpido. Debido a esto, la detección no es afectada por el color del mismo. La ventaja de las barreras réflex es que el cableado es en un solo lado, a diferencia de las barreras emisor-receptor que es en ambos lados.

7)   ¿Qué es un sensor electroquímico?

Los sensores electroquímicos adecuados para determinar el contenido de oxígeno y los constituyentes nocivos del gas tales como CO, SO2 o NOx, funcionan basándose en el principio de la valoración potenciométrica sensible a los iones.

TEMA 3: Sensores digitales

1)   ¿Cuánta es la mínima y la max distancia que puede percibir el sensor

ultrasónico utilizado?

Detección de 2cm a 400cm o 1" a 13 pies (Sirve a más de 4m, pero el fabricante no garantiza una buena medición).

2)   ¿El HC-SR04 usa interfaz mediante pulso de eco o por interfaz serial?

El HC-SR04 utiliza interfaz mediante pulso de eco, esta se logra mediante 2 pines digitales: el pin de trigger (disparo) y echo (eco).

3)   ¿Recibimos distancia del sensor? Explique.

No, recibimos el tiempo que transcurre entre el envío y la recepción del ultrasonido.

4)   ¿La medición se ve afectada por la luz solar?

El funcionamiento no se ve afectado por la luz solar o el material negro como telémetros ópticos (aunque acústicamente materiales suaves como telas pueden ser difíciles de detectar)

5)   ¿Es necesario conectar un potenciómetro al momento de realizar un montaje físico?

No, el potenciometro solo se utiliza para simulación, el es utilizado para variar las distancias del sensor HC-SR04

6)   ¿Por qué se divide entre 2 el cálculo de la distancia si la fórmula original es distancia=velocidad* tiempo?

Hay que dividir el resultado entre 2 porque el tiempo recibido es el tiempo de ida y vuelta.

TEMA 4: Teoría de error: tipos de error y su cálculo

1)   ¿Qué es el error?

Se define como la diferencia entre el valor verdadero y el obtenido experimentalmente.

2)   ¿Cómo se clasifican los errores?

Los errores pueden clasificarse en dos grandes grupos:

      a) Errores sistemáticos
      b) Errores accidentales

3)  ¿Qué es el error absoluto?

Se define como la diferencia que existe entre el valor real de la magnitud a medir y el obtenido en una medida.

4)   ¿Qué es el error relativo?

Se define como el cociente entre el error absoluto ∆x y el valor real x * de la magnitud.

5)   ¿Cómo se expresa el error?

La expresión correcta de una medida debe ser: x ± ∆x

TEMA 5: Acondicionamiento sensores moduladores

1)   ¿El acondicionamiento es igual para todos los tipos de sensores moduladores?

No, de hecho varía según el tipo de sensor modulador y además según la aplicación que se vaya a realizar.

2)   ¿Cómo se pueden medir las salidas del Puente de Wheatstone?

Galvanómetro, osciloscopios, multímetro digital o implementación de amplificadores.

3)   ¿Cuál de los arreglos de los amplificadores es el más común para acondicionamiento?

El amplificador de instrumentación; por su estructura típica, común y se consigue en integrados.

4)   ¿Se puede usar cualquier valor de resistencias para los circuitos acondicionadores?

No, hay ecuaciones descritas para el cálculo de los valores de resistencias, pueden variar un poco más o menos del valor calculado.

5)   ¿Cuál es la semejanza entre el acondicionamiento de un sensor modulador capacitivo e inductivo?

Se utilizan los mismos principios de acondicionamiento (divisores de tensión y puentes alternos) sin embargo, se adecuan las resistencias según se necesite.

6)   ¿Puede utilizarse más de un método de acondicionamiento para un solo sensor?

Si se puede cuando se requiera, no solo por el sensor sino por las condiciones físicas en las que se desarrolle.

TEMA 6: Acondicionamiento sensores generadores

1)   ¿Qué es un amplificador de carga?

Un amplificador de carga es un circuito cuya impedancia de entrada es un condensador, ofreciendo así una alta impedancia a baja frecuencia.

2)   ¿Qué etapa del sensor acondiciona la señal proporcionada por el circuito comparador a los valores de tensión o corriente normalizada? 

Etapa Salida Etapa Entrada Etapa E/S o Etapa Cerrada.

3)   ¿Qué voltaje genera una termocúpla?

El voltaje generado por una termocúpla es muy pequeño (∼ 50 μV/°C).

4)   ¿En qué consiste el acondicionamiento de una señal?

El acondicionamiento de una señal consiste en la manipulación electrónica de dicha señal, con los dispositivos adecuados, para obtener rangos de voltajes o corrientes adecuados a las características del diseño.

5)   ¿Qué son los LVDT?

LVDT son transformadores con núcleo movible.

TEMA 7: Ruido en componentes electrónicos

1)     La potencia de una señal es 10mW y la potencia de ruido es 1µW. Calcule el valor de la relación señal/ruido (S/R) con relación de potencia y en dB.

2)     ¿Qué significa que un amplificador tenga una figura de ruido de 0 dB? 

La figura de ruido es solo el factor de ruido expresado en dB y es usado en forma frecuente para indicar la calidad de un receptor. El índice de ruido indica cuánto se deteriora la relación de señal a ruido al propagarse una onda desde la entrada hasta la salida de un circuito.

Un circuito ideal no agrega más ruido a la señal por lo que su relación señal a ruido de salida sería igual a la de su entrada. En otras palabras el factor de ruido es 1 y la figura de ruido es 0 dB. Un circuito electrónico amplifica las señales y el ruido de igual forma dentro de la subanda pasante. Si fuese un circuito ideal, la señal y el ruido en la entrada se amplifican de igual forma por lo que se cumpliría que:

3)     ¿Existe un dispositivo o sistema de medida totalmente libre de ruido?

En un dispositivo o sistema de medida ideal y libre de ruido, la señal y el ruido se amplifican por el mismo factor y la relación señal/ruido en la salida será igual a la relación señal/ruido de la entrada. Sin embargo, en la realidad, los dispositivos o sistemas de medida no son ideales libres del ruido. Por lo tanto, aunque la señal de entrada y el ruido se amplifiquen igualmente, el dispositivo o sistema agregará a la forma de onda de la señal, un ruido generado internamente.

4)     Para un amplificador que funciona con temperatura de 400ºC y con un ancho de banda de 1 MHz. 

a)     Determine la potencia de ruido (N) en watts y dBm. 
b)     Determine la disminución en la potencia de ruido, si la temperatura es reducida a 100 C. 
c)      Determine el aumento en la potencia de ruido, si el ancho de banda es duplicado.

Solución:

a)

b)

c)

   

TEMA 8: Partes de un sistema de medición

 

1)   ¿Cuáles son las partes de un sistema de medición básico?

2)   ¿Cuáles son los partes básicas del sistema de acondicionamiento?

3)   ¿Cuáles son los elementos del sistema de presentación y/o toma de datos?

4)   ¿Por qué se considera en un sistema de medición un transductor con respuesta de variable eléctrica?

5)   ¿Por qué se debe acondicionar la respuesta de un transductor?

6)   ¿Es necesario siempre amplificar la señal medida?

7)   ¿Es necesario siempre considerar en el sistema de acondicionamiento un pre-acondicionamiento y un post-acondicionamiento de la señal medida?

8)   ¿Cuáles son las ventajas y desventajas de usar un ADC (Convertidor Analógico Digital)?

9)   ¿Cuál es la mejor forma de presentar el o los valores medidos en un sistema de medición?

      

      TEMA 9: Dimensionamiento de cada fase del sistema de medición 

1)   ¿Indique 6 factores que deben considerarse para la selección de un instrumento de medición?

• Exactitud en la medición de la magnitud de la variable.
• Exactitud en la reproducción de la señal de salida aún en ambientes adversos de extrema humedad, temperatura, impactos y vibraciones.
• Compatibilidad con el acondicionador de señal y preferentemente, integrados ambos en una sola unidad.
• Reducido costo y tamaño.
• Compatibilidad con sistemas normalizados de comunicación digital y analógica.
• Bajos requerimientos de potencia eléctrica y poco exigente en la calidad del suministro de energía.

2)   ¿Cuáles son las principales características a considerar al escoger un transductor de presión?

• Tipo de transductores de presión
• Rango de medición en PSI
• Rango de temperatura de funcionamiento
• Nivel de salida
• Excitación
• Exactitud
• Ambiente de operación
• Ambiente de operación
• Sobrepresión
• Rango de temperatura
• Susceptibilidad a golpes y vibraciones. 

3)   ¿Cuáles son los tipos de transductores de nivel que deben emplearse en tanques de presurizados?

Indicador de Cristal, Capacitivo, Medidor de Ultrasonido, Medidor de Desplazamiento, Instrumentos de flotador

4)   ¿Cuál es el beneficio de los acondicionadores de señales analógicas?

Los acondicionadores de señales analógicas ayudan a evitar que estas medidas se degraden durante su trayecto desde el sitio donde se determinan hasta la sala de control protegiéndolas frente a influencias externas o problemas ocasionados por los métodos de instalación utilizados.

5)   ¿De forma práctica, al escoger un DAQ cuál debe ser su frecuencia de muestreo con respecto al sistema donde es empleado y por qué?

Se debe muestrear por lo menos 10 veces la máxima frecuencia para representar la forma de su señal. Al escoger un dispositivo DAQ con una velocidad de muestreo por lo menos 10 veces la frecuencia de su señal, se asegura que usted mide o genera una representación más precisa de su señal.

6)   ¿Cómo se calcula el mínimo ancho de banda requerido para transmitir los datos por un bus de comunicación?

Realizar el número de bytes por muestreo (redondeado al siguiente byte), multiplicado por la velocidad de muestreo y después multiplicado por el número de canales.

Por ejemplo, un dispositivo de 16 bits (2 bytes) que muestrea a 4 MS/s en cuatro canales, debe ser:

7)   ¿Es conveniente tomar las mediciones por un bus de comunicación muy extenso y por qué?

No, ya que llevar cables largos a lo largo de una fuente o planta de producción resulta costoso y puede dar como resultado señales con interferencias.

TEMA 10: Simulación de sistema de medición

1) ¿Que es Simulación?

 La simulación es el proceso de diseñar un modelo de un sistema real y llevar a término experiencias con él, con la finalidad de comprender el comportamiento del sistema o evaluar nuevas estrategias dentro de los límites impuestos por un cierto criterio o un conjunto de ellos para el funcionamiento del sistema

 2) ¿Que es un Modelo?

Es la representación de un objeto, proceso, sistema de una forma diferente a si mismo, en este caso el modelo es un conjunto de relaciones matemáticas o lógicas representativas a su comportamiento o a su estructura.

 3)  ¿Cómo se hace la medición?

Se toma una muestra de la variable física a medir, se valida el valor tomado tomando en cuenta los factores externos que pueden afectar la muestra, luego se convierte ese valor analógico al digital con un convertidor Analógico/Digital, se utilizan las unidades de ingeniería y luego se muestra al usuario por medio de cualquier interfaz hombre Maquina.

4) ¿Qué variables puedo simular en esta página?

En la práctica se simulo una medición de temperatura, pero el procedimiento es para cualquier tipo de medición (Flujo, Temperatura, presión, velocidad, vibración, entre otros).

5) ¿Qué rangos puedo medir?

Los rangos siempre dependerán de las variables a medir y del tipo de transductor a utilizar.

6) ¿Por qué existen varios tipos de termopares ejemplo tipo K, J, S?

Debido a que cada una tiene una curva de comportamiento especificó pero tienen rango de que son lineales y estos son los recomendados para el trabajo de medición.

7) ¿Para qué requiero realizar una medición?

Para saber el status de una variable que es necesario saber su condición o para controlarla por medio de un lazo de control el cual necesitara esa medición para tomar las acciones necesarias.

8) ¿Por qué tengo que simular una medición?

Es necesario realizar simulaciones de procesos antes de implantarlos, ya que el costo de una simulación es ínfimo comparado con el costo de un error en las especificaciones de los equipos al momento de la construcción.

9) ¿Qué es una IHM?

IHM es una Interfaz Hombre-Máquina y es aquel software y/o Hardware que puede servir de comunicación entre el humano y la máquina.

10) ¿Son necesarias las Unidades de Ingeniera?

Si, debido a que los convertidores A/D convierten la señal analogica en digital la cual es interpretada para los equipos digitales pero es necesaria esa traducción de dígitos binarios a valores conocidos relacionados con los parámetros de las variables a medir.

TEMA 11: Construcción o implemantación y prueba de un sistema de medición

1)     ¿Qué significa el término zona de guarda?

La expresión zona de guarda es un intervalo del rango de medición del sistema donde la variable esta fuera de su rango habitual de trabajo. Por lo general, se le da una amplitud mínima igual a la mitad del rango de variación de la variable. Si el sistema de medición es bidireccional se deben definir dos zonas de guarda. Las zonas de guarda son muy importantes para recuperar la operatividad de un proceso industrial cuando el mismo se ha salido de su zona de trabajo, sin la necesidad de suspender o detener el proceso en sí.

2)     ¿Qué tipo de pruebas se deben realizar a un sistema de medición?

• Prueba de ruido
• Prueba de la mínima variación medible
• Prueba al escalón
• Prueba de precisión y exactitud

3)     ¿Cuál es la diferencia entre precisión y exactitud en un sistema de medición?

La precisión y la exactitud no son equivalentes. En el caso de la precisión, se refiere a la dispersión del conjunto de valores obtenidos de mediciones repetidas de una magnitud. Cuanto menor es la dispersión, mayor la precisión. Por otra parte, se denomina exactitud a la capacidad de un instrumento de acercarse al valor de la magnitud real.

4)    Determine el valor de la resistencia de shunt para una zona de guarda cuyo límite máximo de medición es 300A.

Solución:

Se asume una caída de tensión en el orden de los mV, igual a 100mV
Así: