TRANSDUCTOR DE PRESION

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

En el Sistema Internacional la presión se mide en una unidad derivada que se denomina pascal (Pa) que es equivalente a una fuerza total de un newton actuando uniformemente en un metro cuadrado. En el Sistema Inglés la presión se mide en libra por pulgada cuadrada (pound per square inch o psi) que es equivalente a una fuerza total de una libra actuando en una pulgada cuadrada.

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

•   PRUEBAS FINALES

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