La técnica de sensores en relación con la automatización sigue siendo un sector en auge

Con ojos de águila: la técnica de sensores en la automatización

Hubert Jakob, del Dep. Instrumentación de proceso de Wika12/02/2010
Las águilas son animales fascinantes y algunos expertos las consideran como culminación de la evolución. Aparte de su fuerza y elegancia destacan por la eficacia de sus órganos sensoriales, decisivos para su supervivencia. Lo mismo puede decirse sobre los órganos sensoriales de la industria, la técnica de sensores, que ocupa un papel primordial para su competitividad.

La técnica de sensores en relación con la automatización sigue siendo un sector en auge, tanto para su aplicación en la maquinaria como en la industria de proceso. El desarrollo de máquinas y instalaciones está marcado por los conceptos de la percepción de los valores vitales. Los sensores de medición fiables y precisos son la condición indispensable para asegurar el funcionamiento para largo plazo y sin ellos la mayoría de los procesos no serían gestionables.

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Una multitud de sensores está directamente relacionada con la medida de la temperatura y la transmisión de la misma al puesto de control. La tarea principal de un transmisor es por lo tanto la conversión de la señal individual en una señal normalizada para realizar la transmisión fácil y estandardizada. Este proceso se divide en las siguientes etapas:

1. Recepción de la señal emitida por el sensor

2. Amplificación

3. Valoración – en relación con un patrón

4. Linealización de la señal de medida

5. Conversión en un valor normalizado p.ej. 4-20 mA.

1. Recepción de la señal del sensor

El sensor puede recibir la señal de manera directa, emitido por el sensor (termopar) o de manera indirecta vía una termorresistencia (normalmente Pt100). La manera indirecta se requiere una generación previa de la señal ya que una resistencia en si no emite energía eléctrica. En este caso es el transmisor que suministra una corriente eléctrica constante a la resistencia.

Los dos principios, directo y indirecto tienen una característica en común. Los dos deben captar señales de tensión de muy pocos µV y eso a menudo en un entorno con elevadas interferencias electromagnéticas.

Este requisito es en cierto modo comparable con la caza de un águila que tiene que localizar los movimientos de un ratón desde una altura de 500 m, rodeado por ráfagas de viento.

2. Amplificación

Las señales de una reducida intensidad de pocos µV deben amplificarse, ya que sin este paso no se puede realizar un procesamiento con la precisión deseada. Metafóricamente hablado: ahora le ponemos unas gafas al águila.

3. Valoración – proporción relativa con un patrón

La valoración consiste en relacionar la señal recibida con un valor patrón. Un patrón en la instrumentación denomina un valor de referencia de la misma magnitud física. La tensión debe compararse con la tensión del patrón y la resistencia debe compararse con la resistencia del patrón.

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Termopar tipo B

4. Linealización de la señal

 La linealización es necesaria ya que no existe una correlación lineal entre la temperatura y la señal amplificada, indispensable para la visualización precisa del proceso. Para conseguir esta linealización exacta se ajustan los transmisores conforme las normas DIN EN 60751 (termorresistencias) y DIN EN 60584 (termopares). Un ejemplo tangible comparable con la tarea de los sensores nos presenta la naturaleza: Para cazar peces las águilas deben calcular la refracción de la luz para localizar correctamente el objeto por debajo del agua. Técnicamente expresado: el águila realiza una 'linealización online' de la información visual.
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5. Conversión en un valor normalizado

En esta etapa final se convierte la señal linealizada en una señal de salida normalizada. Las señales normalizadas más habituales son de 0…10 V, 0…20 mA, y sobre todo 4…20 mA. Estas señales se convierten también en señales normalizadas digitales para su procesamiento en sistemas del tipo fieldbus. La ventaja de estas señales normalizadas reside en su fácil aplicación en los sistemas de registro o en las unidades lógicas.

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Con esta etapa no finaliza la tarea de un transmisor de temperatura moderno. Además se suman importantes funcionalidades de monitorización.

El registro y el procesamiento fiable de las variaciones de las tensiones de pocos µV también bajo condiciones extremas es condición para el buen funcionamiento en aplicaciones industriales. Sobre todo desde la introducción de criterios de seguridad cuantificables (SIL – Safety Integrity Level) los transmisores deben realizar también importantes tareas de monitorización.

El concepto de monitorización en este contexto significa la generación de señales definidas para indicar sucesos importantes y peligrosos para la transmisión al sistema lógico conectado. En función de la complejidad de la electrónica los transmisores disponen de siguientes funcionalidades:

I. Monitorización del sensor conectado

  • No conectato o rotura de sensor
  • Conexión errónea
  • Cortocircuito
  • Corrosión de sensor

II. Monitorización del rango seleccionado

  • Por encima del rango
  • Por debajo del rango

III. Monitorización del rango máximo del sensor

  • Por encima del rango máximo
  • Por debajo del rango máximo

IV. Monitorización de la tensión de borne disponible

  • Por debajo de la tensión de borne
  • Existe la tensión suficiente para generar una corriente eléctrica hasta 20 mA ó hasta 22,5 mA?

V. En caso de sensores dobles: Monitorización de la desviación de sensor y del envejecimiento del sensor

  • Valor de medición sensor 1 vigila monitoriza de sensor 2.

VI. Autocomprobaciones al activar el transmisor

VII. Autocomprobaciones periódicas

Estas funcionalidades de monitorización y la consecución de valores de medida demuestran claramente, que los transmisores de temperatura son sistemas complejas y robustos para aplicaciones industriales bajo las condiciones más extremas. Su tarea consiste en enfocar sus 'sentidos' en mínimas variaciones de voltaje, las procesan y emiten datos fiables desde los procesos. Con ello son los verdaderos 'ojos de águila' de la tecnología de proceso.

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