Transductores de posicin, movimiento, aceleracin y fuerza

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Transductores de posición, movimiento,
aceleración y fuerza

• Objetivos
• (referencia Secciones 2.6 y 2.7, G. Dieck)
• Listar y describir algunos sistemas de
  transducción de posición y movimiento
• Listar y describir algunos tipos de acelerómetros
• Listar y describir algunos tipos de sistemas de
  transducción de fuerza.

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Diversos transductores de posición, movimiento y
aceleración

• A continuación describimos los siguientes
  transductores de posición y movimiento
• potenciómetros, codificadores angulares, LVDTs y
  RVDTs, Efecto Hall
• También platicaremos sobre los siguientes
  transductores de aceleración
• transductor por masa sísmica
• transductor piezoeléctrico
• Servo-acelerómetro rotativo
• transductor capacitivo diferencial

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Potenciómetros
4
Conexiónes típicas de potenciómetros
5
Linealidad en el sistema potenciométrico (Nota
RLRc)
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Minimización de efecto de carga en potenciómetros

• La relación de la resistencia de carga a la
  resistencia del potencómetro para reducir la
  no-linealidad por carga
• error esperado Relación Rc/Rp
• 10 1.263
• 5 2.742
• 1 14.59
• 0.1 147.9
• 0.05 296.1
• Nota Rcresistencia de carga, Rp resistencia
  total del potenciómetro

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LVDTs y RVDTs (transformadores diferenciales
lineales y angulares)
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LVDTs y RVDTs (transformadores diferenciales
lineales y angulares)
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Especificaciones de LVDTs y RVDTs

• Las especificaciones típicas de los LVDTs y
  RVDTs son las siguientes
• a) Rangos de fondo de escala Desde 0.0 a 0.050
  hasta 0.0 a 10 pulgadas
• b) Linealidad Aproximadamente 0.25 de error
  sobre el fondo de la escala.
• c) Resolución mínima Entre 0.002 mm y 0.003 mm.
• d) Respuesta dinámica Más baja que la
  frecuencia de excitación (lt 2.5 KH).
• e) Devanados secundarios Se conectan con marcas
  de polaridad invertida de tal forma que su
  comportamiento sea bipolar (ver figura 2.18).

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Elementos de acondicionamiento para LVDTs y RVDTs
11
Curva de transducción para LVDTs y RVDTs
12
Decodificación de LVDT
13
Acondicionamiento de LVDT con elementos discretos
D1
filtro
R1
Vex
C
demodulador
R2
D2
LVDT
Vcc
Flecha del núcleo
-
Amplificador de instrumentación
Vsalida

-Vcc
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Acondicionamiento de LVDT con circuito integrado
dedicado

• Filtro

LVDT
AD598
Amp
Oscilador
Dem odulador
Filtro
Amp
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Codificadores lineales y angulares El
Codificador óptico
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Codificador absoluto yCodificador incremental
17
Decodificador de cuadratura
18
Códigos para codificadores absolutos
19
Conversión de Gray a binario natural
20
Codificador angular absoluto de 3 bits en binario
natural
21
Tranducción por efecto Hall
22
Análisis básico del efecto Hall..1
23
Análisis del efecto Hall2
24
Ejemplo de sensores usando efecto Hallfuente
CRC-netBase
25
Acelerómetro por masa sísmica
26
modelo de masa sísmica.1
27
derivación del modelo..2
28
Acelerómetro piezoeléctrico
29
Circuito equivalente del sistema piezoeléctrico
30
Servo-acelerómetro rotativofuenteCRC net-base
31
Servoacelerómetro...

• La aceleración de la carcasa produce una fuerza
  inercial sobre una masa sensitiva. La masa tiende
  a pivotear sobre el eje de rotación. La rotación
  es detectada en forma inductiva, demodulada,
  amplificada y filtrada para producir una
  corriente proporcional al movimiento relativo a
  la posición nula. La representación en diagrama
  de bloques del sistema de control es muy útil
  para analizar la dinámica del sistema.

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Acelerómetro capacitivo diferencial
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Operación del acelerómetro capacitivo diferencial

• Una masa de prueba se calibra a una posición nula
  usando un resorte. Bajo aceleración, frecuencias
  variables se obtienen por variación en los 3
  capacitores diferenciales formados en el
  circuito. El circuito forma un oscilador de
  corrimiento de fase cuya frecuencia de oscilación
  depende de los valores de R y de C. La masa de
  prueba se tiene que ajustar usando una fuerza de
  retroalimentación electrostática para que sea
  sencillo implementarlo mecánicamente.

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Transductores piezoresistivos usando galgas
extensométricas (strain gagesesfuerzo
mecánico sF/Adeformación extensométrica eDL/L
35
Curva de esfuerzo mecánico s vs eseE
36
Modelo de la galga extensométrica
37
Derivación de los efectos extensométricos
38
Derivación de los efectos (2)...
39
Derivación de los efectos (3)...
40
El concepto de galga activa y pasiva
41
Compensación por temperatura con dos galgas
activas
42
Compensación por temperatura con 4 galgas activas
43
Compensación de galgas para monitoreo remoto
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Puente Wheatstone en acción
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Lazo de Anderson en acción
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Monitoreo remoto con galgas usando el Lazo de
Anderson
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Sistema de instrumentación multipuntual usando el
Lazo de Anderson