Cadena De Medida

MATERIA: Mantenimiento Tema: Cadena de Medida

NOMBRE: Fabián Maldonado Fabián Aguirre

PROFESOR: Ing. MILTON GARCIA GRUPO: #1 FECHA: 16 – 06 – 2015 1

INTRODUCCIÓN Definición de Cadena de medidas: Se denomina cadena de medida a una serie de elementos de un instrumento de medida o de un sistema de medida que constituye el camino que recorre la señal de medida desde la entrada hasta la salida. “En mecánica existe una teoría de la cual nos valemos para resolver los distintos problemas que se presentan en cada uno de los métodos de montaje de las máquinas y sus mecanismos, como son: Restablecimiento de la precisión de la máquina, calidad, etc.; a esta teoría se le denomina: teoría de las cadenas de medidas.”(1)

Objetivos de las Cadenas de medidas Los objetivos que se pueden resolver con las cadenas de mediadas son:

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Cálculo de las tolerancias, desviaciones y dimensiones. Métodos para resolver la precisión. 

Se puede dividir la cadena de medida en varias etapas: 1. Colectar Elegir un embudo de fotones con las propiedades adecuadas y transformar el frente de onda inicial en un frente de onda más concentrado. 2. Formar Trabajar los fotones para contarlos, clasificarlos por colores y/o localizarlos espacialmente. 3. Detectar Convertir la señal luminosa en señal eléctrica, sin perder ninguna de las propiedades ganadas por el instrumento. 4. Analizar Traducir en medidas físicas pertinentes los observables. 5. Tratar Comenzar (ligeramente) el tratamiento de las medidas.

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Transductores El transductor es el elemento que transforma la vibración mecánica en una señal eléctrica analógica, para ser procesada, medida y analizada. Atendiendo a su principio constructivo, hay transductores de vibración de desplazamiento, velocidad y aceleración, cada uno de ellos más o menos idóneo a cada aplicación industrial. Las ventajas de la transformación son por un lado la flexibilidad, ya que muchos medidores soportan la transformación de señales normalizadas. Por otro lado, las magnitudes medidas pueden ser leídas a grandes distancias sin prácticamente pérdida alguna. Cuando se usan transductores, la unidad de evaluación debe recibir sólo el rango de medición, pues a partir de ahí, se calculan desde la señales eléctricas las magnitudes eléctricas. Algunos transductores ofrecen adicionalmente una separación galvánica entre la señal de entrada y de salida.(2)

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CARACTERISTICAS DE LOS TRANSDUCTORES: -

Curva de calibración Es la calibración o corrección de errores de un equipo en la cual se consigue mediante un transductor.

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Sensibilidad(S) Derivada de la curva de CALIBRACION, esto representa la variación producida en la señal de salida por un incremento elemental de la magnitud de entrada.

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Rango de medida: Diferencia entre los valores máximos y mínimos en la cual son muy importantes para poder medir nuestro sistema automatizado.

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Resolución Es la variación mínima de la magnitud que se detecta.

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La velocidad de respuesta Nuestro transductor debe de ser capaz de responder a los cambios de magnitudes que se detectan en un tiempo determinado (Mínimo), su respuesta debe de ser de manera instantánea. -Exactitud

La exactitud de la medición debe ser tan alta como fuese posible. Se entiende por exactitud que le valor verdadero de la variable se pueda detectar sin errores sistemáticos positivos o negativos en la medición. Sobre varias mediciones de la variable, el promedio de error entre el valor real y el valor detectado tendera a ser cero. -

Precisión

La precisión de la medición debe ser tan alta como fuese posible. La precisión significa que existe o no una pequeña variación aleatoria en la medición de la variable. La dispersión en los valores de una serie de mediciones será mínima. -

Rango de funcionamiento 4

El sensor debe tener un amplio rango de funcionamiento y debe ser exacto y preciso en todo el rango. Velocidad de respuesta El transductor debe ser capaz de responder a los cambios de la variable detectada en un tiempo mínimo. Lo ideal sería una respuesta instantánea. -

Calibración

El sensor debe ser fácil de calibrar. El tiempo y los procedimientos necesarios para llevar a cabo el proceso de calibración deben ser mínimos. Además, el sensor no debe necesitar una re calibración frecuente. El término desviación se aplica con frecuencia para indicar la pérdida gradual de exactitud del sensor que se produce con el tiempo y el uso, lo cual hace necesaria su re calibración.

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-CLASIFICACION DE TRANSDUCTORES: Transductores de Desplazamiento(4): El transductor de desplazamiento, conocido también como transductor "de corriente Eddy" o proxímetro, se aplica normalmente para bajas frecuencias (por debajo de 1.000 Hz) en cojinetes de fricción de turbo máquinas. Los proxímetros se emplean para medir el desplazamiento radial o axial de ejes. Se instalan en las cubiertas de rodamientos o a su lado y detectan el desplazamiento del eje en relación a su posición de anclaje Ventajas: - Mide el movimiento relativo entre su punta y el eje de giro. -Su empleo es de especial utilidad en maquinaria rígida donde se transmite muy poca vibración a la carcasa de la máquina.

Inconvenientes: - Estos transductores deben instalarse permanentemente. Esto es siempre costoso, e incluso imposible en algunos casos. - Se requiere un acondicionador de señal. - El rango de frecuencias está limitado en cierto modo respecto a otros modernos transductores típicamente lineales entre 0-1.000 Hz

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Transductores sísmicos de Velocidad: El transductor sísmico de velocidad se aplica a máquinas donde el eje transmite la vibración a la carcasa con poca amortiguación, es decir, las amplitudes de vibración en la carcasa son grandes. Se compone de un imán permanente ubicado en el centro de una bobina de hilo de cobre. Cuando la carcasa vibra, se crea un movimiento relativo entre el imán y el bobinado, induciéndose por la ley de Faraday una tensión proporcional a la velocidad del movimiento.

Ventajas 

Mide directamente la velocidad, que es proporcional a la severidad de la vibración. 

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No se necesita fuente externa de alimentación, lo que permite enviar la señal eléctrica a lo largo de grandes distancias por cable, haciéndolo ideal para aplicaciones donde queden lejanos e instalados permanentemente. 

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Sólo requiere una simple diferenciación o integración para convertir la señal a otras unidades de amplitud. Esto repercute en una mejor calidad del post procesado de datos. 

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Inconvenientes 

Las dimensiones del transductor son relativamente grandes, necesitando grandes bases magnéticas para su sujeción. En consecuencia, el rango de frecuencias es, en cierto modo, restrictivo: 10-1.000 Hz. 

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La salida del transductor depende de la temperatura. A elevadas temperaturas, la salida se reduce al debilitarse el campo magnético. Sin embargo, se han desarrollado transductores específicos para altas temperaturas. 

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La calibración puede perderse por el desgaste y la temperatura. 

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Transductor Piezoelectrico: Este tipo de transductor genera una tensión eléctrica proporcional a la aceleración por presión sobre un cristal piezoeléctrico. Un acelerómetro piezoeléctrico puede captar con precisión señales entre 1 Hz y 15.000 Hz. Estos dispositivos son muy apropiados para tomar datos de vibración a alta frecuencia, donde aparecen grandes esfuerzos con desplazamientos relativamente pequeños. Algunos transductores especiales pueden medir frecuencias mucho más bajas y también mucho más altas. Ventajas 

La mayoría de los sensores tiene un amplio rango de frecuencia, normalmente entre 2 Hz y 15.000 Hz. Hay que observar que la respuesta en frecuencia depende del tipo de montaje del sensor en la máquina. 

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Estos transductores son muy compactos, sin partes móviles, ligeros y de tamaño reducido, necesitando pequeñas bases magnéticas. 

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Se montan fácilmente con adhesivos o atornillados. También se puede disponer de bases magnéticas para montajes temporales o aplicaciones especiales. 

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Inconvenientes 

Los acelerómetros necesitan una fuente de alimentación externa. 

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La salida de amplitud viene dada en unidades de aceleración. Esta salida debe ser integrada para obtener la representación espectral o el valor global de amplitud de velocidad. 

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Transductor electromecánico(3) El transductor electromecánico es un tipo de transductor que transforma electricidad en energía mecánica, o viceversa. Un ejemplo puede ser cuando una bocina captora recoge las ondas sonoras y las convierte en energía, o cuando la cápsula fonocaptora de un tocadiscos produce corrientes oscilantes producto de las vibraciones recogidas por la púa, también cuando un generador de energía es movido por una fuerza motriz (generalmente natural como las corrientes de agua o vientos), este entonces transforma esa energía mecánica en energía eléctrica. Estas variaciones resultantes (ya sean eléctricas o magnéticas, dependiendo de la naturaleza del transductor), proporcionan (mediante un nuevo proceso de transducción) energía mecánica necesaria como para hacer girar un motor eléctrico o producir el movimiento de la aguja encargada de trazar el surco sobre el disco o cilindro durante el proceso de grabación mecánica analógica. Algunos llaman transductor a los sensores de distancia de los taxímetros, también utilizados en los vehículos nuevos para medir la velocidad. Este nombre es incorrecto por dos motivos: La finalidad no es la conversión de la energía, sino la recepción de las señales, por eso se le llama sensor.

Transductor magnetoestrictivo Los transductores magnetoestrictivo son todos aquellos que basan su funcionamiento en el fenómeno de la magneto estricción. Éste es un fenómeno reversible que se basa en el acoplamiento de fuerzas mecánicas y magnéticas, de manera que un material de este tipo ante la presencia de un campo magnético sufre ciertas modificaciones en su estructura interna, lo que produce pequeños cambios en sus dimensiones físicas. También una deformación de dicho material produce una variación de la inducción magnética. Su campo de aplicación es en emisores y receptores acústicos submarinos e industriales: Sonar. Hidrófonos.

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Transductor electroacústico Un transductor electro acústico es aquel dispositivo que transforma la electricidad en sonido, o viceversa. Son ejemplos de este tipo de artefactos son los micrófonos: estos son transductores electro acústico que convierten la energía acústica (vibraciones sonoras: oscilaciones en la presión del aire) en energía eléctrica (variaciones de voltaje), un altavoz también es un transductor electro acústico, pero sigue el camino contrario: un altavoz transforma la corriente eléctrica en vibraciones sonoras. La transducción o transformación de energía, se hace en dos fases. El modelo teórico de un transductor electro acústico, se basa en un transductor electromecánico y un transductor mecánico-acústico. Esto significa, que se estudia por un lado la transformación de la energía eléctrica en mecánica, ya que se genera un movimiento, y por otro lado se estudia la transformación de la energía mecánica en acústica, ya que el movimiento genera energía acústica

Dispositivos de excitación Martillo de impacto

Útil para provocar una excitación en las estructuras y para condiciones de hincado muy difíciles. Antes de utilizar se debe de tomar en cuenta en el uso correcto del martillo de impacto en pocas palabras dar el golpe en el mismo lugar y dirección

Composición: Punta + transductor fuerza +cabeza + amplificador 10

Impacto: depende de: material de la punta. Masa de la cabeza. VENTAJAS-INCONVENIENTES: Menor preparación del montaje Equipo más económico. Poca energía.

Es muy IMPORTANTE asegurarse de dar siempre en el mismo punto y en la misma dirección. No es tan decisivo que los impactos sean de la misma amplitud, ya que al calcular la función de transferencia se evalúa al cociente entre entrada y salida.

Equipo de excitación Es un conjunto de herramientas en la cual está conformado por un generador en la que genera una señal eléctrica con una fuente de energía que suministra energía y con un excitador en la cual su principal funcionamiento es de transformar esa energía (eléctrica) en una energía mecánica

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Circuitos de excitación de transistores bipolares.

Dispositivo controlado por corriente. Tiempo de puesta en conducción depende de la rapidez con la que se inyecte las cargas necesarias en la base del transistor. Velocidades de conmutación de entrada se pueden reducir aplicando inicialmente un pico elevado de corriente de base y disminuyendo la corriente hasta la necesaria para mantener el transistor en conmutación. Igualmente se necesita un pico de corriente negativa en el apagado.

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TRANSIMISION DE SEÑALES Son los dispositivos que se encargan de transformar la variable de ingeniería (temperatura, por ejemplo) en una señal mecánica, eléctrica, etc. que puede ser usada por otros instrumentos (indicadores, controladores, registradores, etc.). Estos dispositivos tienen dos partes: -

Elemento primario: es el que capta la variable a medir y produce cambios en propiedades físicas que luego puede transformarse en una señal.

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Elemento secundario: capta la señal elaborada por el elemento primario y la transforma en una salida (indicación por ejemplo) o genera una señal estandarizada que puede ser captada por otro instrumento en forma local o remota.

Algunos elementos de transmisión de señales son: 12

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Micrófono.

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Altavoz.

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Termistores.

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Galgas extensiometricas.

EQUIPOS DE ADQUISICION DE DATOS Para la adquisición de datos tendremos diferentes instrumentos cada uno de ellos utilizados para la obtención, procesado y almacenamiento de los datos. Cadena de medida (5): -

Acelerómetro

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Acondicionador de señal

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Tarjeta de adquisición de datos

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Software

Base de datos -

Frecuencia de muestreo

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Tiempo de muestreo

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Método de muestreo

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Error experimental

Bibliografía (1) https://media4.obspm.fr/public/VAU/instrumentacion/observar/index.html

(2)http://www.pce-iberica.es/instrumentos-de-medida/sistemas/transductores.htm

(3)http://www.ehu.eus/acustica/espanol/electricidad/transes/transes.html

(4)http://www.sinais.es/Recursos/Curso-vibraciones/sensores/transductores_desplazamiento.html

(5)http://www.sensores-de-medida.es/sensing_sl/SENSORES-YTRANSDUCTORES_35/Aceler%C3%B3metros---Sensores-deaceleraci%C3%B3n_49/

Libros: - Introducción al Análisis de Circuitos Boylestad 10ed

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