TRANSDUCTOR DE PRESIÓN
- DESCRIPCIÓN DE LA VARIABLE FÍSICA ASIGNADA
La variable física que me asignaron fue de presión:
La presión (símbolo p)
es una magnitud
física que mide como la proyección de la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie, y sirve para caracterizar cómo se aplica una determinada
fuerza resultante sobre una línea. La presión es la magnitud
escalar que relaciona la fuerza con la superficie sobre la cual actúa, es decir,
equivale a la fuerza que actúa sobre la superficie.
Cuando sobre una superficie plana de área A se
aplica una fuerza normal F de
manera uniforme, la presión P viene
dada de la siguiente forma:
Un transductor de presión cambia la
presión en un sistema a una señal eléctrica y la transmite a una locación
remota.
Los
transductores de presión deben capturar el valor de la presión de forma continua y transmitir una señal
eléctrica correspondiente a distancia. Los diferentes tipos de transductores de
presión utilizan diferentes formas para medir la presión y convertirla en señal
eléctrica. Éstos son los más comúnmente clasificados de acuerdo con el método
utilizado para medir la presión y después por el material de la carcasa y la
fuerza de la señal.
TIPOS DE
TRANSDUCTORES:
Extensómetro
El tipo más común de transductor de presión se basa en un extensómetro.
Un diafragma sujeta un conductor dispuesto en un patrón de zigzag. Cuando el
diafragma se mueve en respuesta a un cambio de presión, la longitud del
conductor cambia y también lo hace su resistencia. El conductor forma parte de
un puente de resistencia, donde los cambios en su resistencia causan un cambio
correspondiente en el voltaje a través del puente. Un amplificador produce la
señal remota proporcional al voltaje.
Capacidad variable
Los transductores de presión que utilizan una capacitancia variable como
método de medición también tienen un diafragma que se mueve cuando cambia la
presión. En lugar de estirar un resistor, el movimiento del diafragma cambia la
distancia a una placa conductora. A medida que aumenta la presión, el diafragma
se mueve más cerca de la placa, cambiando la capacitancia del arreglo. Un
circuito eléctrico produce un voltaje proporcional a los cambios en la
capacitancia y un amplificador envía la tensión de forma remota.
vb
El tercer tipo de transductor de presión utiliza un cristal piezoeléctrico
para generar una señal cuando la presión cambia. Los cristales de cuarzo son
utilizados por lo general y generan una carga cuando se coloca bajo tensión.
Cuando la presión aumenta, el diafragma empuja una pequeña varilla que presiona
el cristal de cuarzo contra una base masiva. El cristal de cuarzo produce una
carga y un amplificador convierte la carga en una señal remota.
Contacto con el
material medido
Los diferentes tipos de transductor de presión utilizan diferentes
estrategias para interactuar con el material que está siendo medido, ya que el
material puede ser corrosivo o incompatible con el material del diafragma
o el sensor. En algunos tipos, el material a ser medido entra en un fuelle que
empuja sobre un diafragma. En otros tipos, el material entra en una cápsula que
se expande y empuja sobre un diafragma. A veces, el fuelle o cápsulas se llenan
con líquido para aislar el material del sensor y se puede lograr el mismo
efecto mediante el uso de un tubo lleno de líquido para transmitir la presión
al sensor.
Señal de salida
El propósito del transductor de presión es generar una señal que los
operadores puedan leer de forma remota o para que puedan controlar las válvulas
y otros equipos. Se utilizan comúnmente tres tipos de señal. Algunos transductores
de presión generan señales en el rango de los milivoltios, algunas en el
intervalo de varios voltios y algunos en miliamperios. Dependiendo de la señal
que requiere la aplicación, de la distancia de transmisión y de la precisión,
los amplificadores en los transductores de presión generan el tipo apropiado de
señal.
- PRINCIPIOS DE TRANSDUCCIÓN (MEDICIÓN) DE
LA VARIABLE FÍSICA ASIGNADA
1 BAR= 14,5 PSI
Para pasar algún valor en bares a PSI es
necesario multiplicar y dividir en 1.
EJEMPLO:
Pasar 2,5 bares a PSI:
14,5 . 2,5 = 36,25 / 1 = 36,25 PSI
- DESCRIPCIÓN DEL
TRANSDUCTOR UTILIZADO
TRANSDUCTOR
DE PRESIÓN MPX2200DP
Es un sensor de presión de silicio piezo resistivo.
Proporciona una salida de tensión de alta presión y lineal- directamente
proporcional a la presión aplicada.
La tensión de salida diferencial es directamente
proporcional a la diferencial, presión aplicada.
El sensor tiene un absoluto vacío de referencia
incorporado. La tensión de salida disminuirá, como el vacío, en relación con el
ambiente.
Este sensor se utiliza para el control de sistemas de
presión, como por ejemplo, una instalación de presión de aire.
El aire seco puede tener efectos adversos sobre el
rendimiento del sensor y fiabilidad a largo plazo.
Sus salidas son: tierra, salida +, fuente, salida -
Características:
Temperatura compensada entre más de 0°C a + 85°C.
Más o menos 0,25% de linealidad.
Sobrepresión (8) (p1>p2) pmax. 400 kpa, presión de
rotura (8) (p1>p2)
VS=10 vdc, TA=25°C
Presión de operación: 29 PSI
Salida: 0 mv ~ 40 mv
Temperatura de operación: -40°C ~ 125°C
Lapso máximo de la escala (Vfss) min. 38.5 v, max. 41.5 v
Offset (Voff): min. -10 mv, max. 1.0 mv
Impedancia de entrada: min. 1.300 ohmios, max. 2.500
ohmios
Impedancia de salida: min. 1.400 ohmios, max. 3000 ohmios
Tipo de presión: diferencial
Campo de medición: 0…200kpas
Tensión de alimentación: 10…16 VCC
Configuración de salida: analógica de tensión
La tensión de salida de los diferenciales o sensor de
calibrador aumenta con el aumento de presión aplicada a la presión (P1) de lado
con respecto al lado (P2) de vacío. Del mismo modo, voltaje de salida aumenta a
medida que el aumento se aplica vacío a la parte (P2) de vacío relativo al lado
(P1) de la presión.
Grafica que
muestra el minimo y el maximo de voltaje que debe tener mi transductor tambien
muestra el offset.
Ilustra una boquilla de detección absoluta (derecha) y el
diferencial de calibre del soporte básico.
Un gel de silicona aísla la superficie de la matriz y de
alambre del medio ambiente, al tiempo que permite la señal de presión para ser
transmitido al diafragma de silicio.
Características de funcionamiento del sensor de presión y
pruebas de fiabilidad y cualificación son internas basadas en el uso de aire
seco como medio de presión.
- DISEÑO DE LAS ETAPAS DE AMPLIFICACION
1. Toco implementar el transductor en la primera etapa
con un amplificador restador para saber cuánto offset tenia y poder así
quitárselo.
Cuando se implemento con el restadse tomaron mediciones y
allí se saca la siguiente gráfica, a medida que subía la presión en bares
aumentaba el voltaje. Estas mediciones se toman a las dos entradas del restador positivo y negativo.
Como en TY 24 la presión nos la dan en bares se pasan a PSI con el ecuación anteriormente dada.
2. Después toca agregarle un amplificador seguidor
para que el potenciómetro funcionara bien y tuviera una mejor precisión.
3. Después se le agrega un amplificador restador para
restarle el offset que era de 0,285 para
que así su voltaje inicial fuera 0 v.
4. Y por último se le agrego un amplificador no inversor
para que amplificara la señal y así su voltaje de salida fuera 5 v.
Para hallar la resistencia que se necesita para esta etapa toca hallar la ganancia y después hallar Rf:
Vo = 5 v
Vi = 0,335 v – 0,285 = 0,05 v
Vo = A . Vi
A = Vo / Vi = 5 v / 0,05 v
= 100
A = 1 + Rf / Ra
100 = 1 + Rf / Ra
100 = Rf / Ra – 1
99 = Rf / Ra
Rf = 99 . 10 k
Rf = 990 k ohmios
La prueba final era que el circuito alimentado con 12,
-12 y tierra sin presión tenía que tener 0 v y a medida que iba subiendo la
presión tenía que aumentar el voltaje hasta que en la presión máxima el voltaje
final fuera 5 v.
- SIMULACIÓN EN PROTEUS DEL CIRCUITO
