Transmisores
La definición clásica de transmisor nos dice que es un instrumento que capta la variable en proceso y la transmite a distancia a un instrumento indicador o controlador; pero en realidad es eso y mucho más, la función primordial de este dispositivo es tomar cualquier señal para convertirla en una señal estándar adecuada para el instrumento receptor, es así como un transmisor capta señales tanto de un sensor como de un transductor, aclarando siempre que todo transmisor es transductor más no un transductor puede ser un transmisor.
Cuando los elementos primarios de medida son de presión con salida mecánica no son suficientes para transmitir la señal a los controladores (y registradores) existentes en la sala de control y es por eso que son necesarios dispositivos capaces de transformar las indicaciones de presión en señales neumáticas o eléctricas, por esto los transmisores de presión son dispositivos que normalmente se sitúan próximos al punto de medición. La señal de fluido se convierte en una señal de salida de presión proporcional analógica de 4 - 20 mA mediante un sensor piezo-eléctrico y un circuito electrónico, posterior, el cual amplifica, linealiza y compensa esta señal.
Calibración del Transmisor
1) Chequeo y Ajustes Preliminares: Observar el estado físico del equipo, desgaste de piezas, limpieza y respuesta del equipo. Determine los errores de indicación del equipo comparado con un patrón adecuado (según el rango y la precisión). Llevar ajustes de cero, multiplicación, angularidad y otros adicionales a los márgenes recomendados para el proceso o que permita su ajuste en ambas direcciones (no en extremos) excuadramientos preliminares. Lo cual reducirá al mínimo el error de angularidad.
2) Ajuste de cero: Colocar la variable en un valor bajo de cero a 10% del rango o en la primera división representativa a excepción de los equipos que tienen supresión de cero o cero vivo, para ello se debe simular la variable con un mecanismo adecuado, según rango y precisión lo mismo que un patrón adecuado. Si el instrumento que se esta calibrando no indica el valor fijado anteriormente, se debe ajustar del mecanismo de cero (un puntero, un resorte, reóstato, tornillo micrométrico, etc.).
Si el equipo tiene ajustes adicionales con cero variable, con elevaciones o supresiones se debe hacer después del punto anterior de ajuste de cero.
3) Ajuste de multiplicación: Colocar la variable en un valor alto del 70 al 100%.
Si el instrumento no indica el valor fijado, se debe ajustar el mecanismo de multiplicación o span (un brazo, palanca, reóstato o ganancia).
4) Repetir los dos últimos pasos hasta obtener la calibración correcta para los valores alto y bajo.
5) Ajuste de angularidad: Colocar la variable al 50% del span. Si el incremento no indica el valor del 50% ajustar el mecanismo de angularidad según el equipo.
6) Repetir los dos últimos pasos 4 y 5 hasta obtener la calibración correcta, en los tres puntos.
Señales Normalizadas
Las señales normalizadas son todas aquellas, que se encuentran regidas por cánones o estándares comunes, es decir, se expresa, bien sea su magnitud, diagrama, unidades entre otras, siempre de ala misma manera, permitiendo así, implementarlas y comprenderlas, independientemente de su origen o quienes la hayan obtenido.
Entre las señales normalizadas, destacan para nuestro interés las siguientes señales:
- Presión
- Tensión
- Resistividad
- Sistema Métrico
- Corriente
Transmisores diferenciales
Aplicaciones:
- Monitorizar filtros de aire, ventiladores y calefactores
- Monitorizar y controlar flujos de aire
- Controlar ventiladores y calefactores
- Controlar válvulas y aletas
- Aplicaciones de medición de flujo,
- Monitorizar y controla presión en recintos limpios.
Transductor de presión de silicio difundido y tipo capacitivo.
Transductores capacitivos
Se basan en la variación de capacidad que se produce en un condensador al desplazarse una de sus placas por la aplicación de presión figura 1. La placa móvil tiene forma de diafragma y se encuentra situada entre dos placas fijas. De este modo se tienen dos condensadores uno de capacidad fija o de referencia y el otro de capacidad variable, que pueden compararse en circuitos oscilantes o bien en circuitos de puente de Wheatstone alimentados con corriente alterna.
Galgas extensométricas
Se basan en la variación de longitud y de diámetro, y por lo tanto de resistencia, que tiene lugar cuando un hilo de resistencia se encuentra sometido a una tensión mecánica por la acción de una presión.
La galga forma parte de un puente de Wheatstone figura 2 y cuando está sin tensión tiene una resistencia eléctrica determinada. Se aplica al circuito una tensión nominal tal que la pequeña corriente que circula por la resistencia crea una caída de tensión en la misma y el puente se equilibra para estas condiciones.
Cualquier variación de presión que mueva el diafragma del transductor cambia la resistencia de la galga y desequilibra el puente.
El intervalo de medida de estos transductores varía de 0-0,6 a 0-10 000 bar y su precisión es del orden de ± 0,5%
Una innovación de la galga extensométrica la constituyen los transductores de presión de silicio difundido. Consisten en un elemento de silicio situado dentro de una cámara conteniendo silicona que está en contacto con el proceso a través de un diafragma flexible. El sensor está fabricado a partir de un monocristal de silicio en cuyo seno se difunde boro para formar varios puentes de Wheatstone constituyendo así una galga extensométrica autocontenida. El espesor del sensor determina el intervalo de medida del instrumento.
El sensor con su puente Wheatstone incorporado forma parte del circuito de la figura 3.
Cuando no hay presión, las tensiones El y E2 son iguales y, al aplicar la presión del proceso Rb y Rc, disminuyen su resistencia y Ra y Rd la aumentan dando lugar a caídas de tensión distintas y a una diferencia entre El y E2.
Esta diferencia se aplica a un amplificador diferencial de alta ganancia que controla un regulador de corriente variable. Un margen de corriente continua de 3 a 19 mA con 1 mA del puente produce una señal de salida de 4 a 20 mA c.c. Esta corriente circula a través de la resistencia de realimentación Rfb y produce una caída de tensión que equilibra el puente. Como esta caída es proporcional a Rfb esta resistencia fija el intervalo de medida (span) del transductor. El cero del instrumento se varía intercalando resistencias fijas en el brazo izquierdo del puente (cero basto) y un potenciómetro en el brazo derecho (cero fino).
La adición de un microprocesador permite añadir inteligencia al instrumento al hacer posible funciones adicionales, tales como la compensación de Temperatura ambiente, proporcionando un aumento de la precisión de la medida, en particular si la señal de salida del instrumento es enteramente digital en lugar de la analógica de 4-20 mA c.c.
El intervalo de medida de los transductores de silicio difundido varía de 0-2 a 0-600 bar, con una precisión del orden de ± 0,2 %.
| h (Altura del tubo H2O) Cm | V (Transmisor) V | I (Transmisor) mA |
| 0 | 0.810 | 8.13 |
| 25 | 1.254 | 12.59 |
| 50 | 1.528 | 15.36 |
| 75 | 1.745 | 17.55 |
| 100 | 1.976 | 19.14 |
0 PSI --- 4mA / 1 PSI --- 20mA
Valores Obtenidos
| h (Altura del tubo H2O) Cm | V (Transmisor) V | I (Transmisor) mA |
| 0 | 0.4 | 4 |
| 25 | 1.27 | 12.7 |
| 50 | 1.56 | 15.6 |
| 75 | 1.805 | 18.14 |
| 100 | 2.04 | 20 |
Fórmula de la Presión Patrón: P= d(h2o). g . h
Donde: d(h2o) = Densidad del agua = 1 (en gr/cm3)
g = Gravedad = 980 cm/seg2
h = Altura
Para cada altura se tiene:
| h (Altura del tubo H2O) Cm | Presión Patrón Dinas/Cm2 |
| 0 | 0 |
| 25 | 24500 |
| 50 | 49000 |
| 75 | 73500 |
| 100 | 98000 |
2.- Calcule la presión experimental a partir de la corriente dada por el transmisor, esta es la presión del transmisor.
| I (Transmisor) mA | Presión Experimental |
| 4 | 0 |
| 12.7 | 0.75 |
| 15.6 | 1.04 |
| 18.14 | 1.21 |
| 20 | 1.33 |
3.- Grafique la corriente dada por el transmisor en función de la presión.
4.- Calcule para cada caso el error de cero, ganancia, fondo de escala y no linealidad. Analice los resultados.
Errores entre los valores tomados con el transmisor sin calibrar y calibrado.
Errores de l Corriente del Transmisor.
ERROR DE CERO: | MÍNIMO VALOR (Sin Calibrar) - MÍNIMO VALOR (Calibrado) |
ERROR DE CERO: | 8.13mA –4mA |
ERROR DE CERO: 4.13
ERROR DE FONDO DE ESCALA: | VALOR (Sin Calibrar) – VALOR (Calibrado) |
ERROR DE FONDO DE ESCALA: | 19.14mA – 20mA |
ERROR DE FONDO DE ESCALA: 0.86
ERROR DE GANANCIA: PARA ESTE ERROR SE TOMARON LOS VALORES EXTREMOS DE LA CURVA, ES DECIR LOS ULTIMOS PUNTOS:
EG= (19.14-8.13) mA/(20-4) mA = 0.68
Errores del Voltaje del Transmisor.
ERROR DE CERO: | MÍNIMO VALOR (Sin Calibrar) - MÍNIMO VALOR (Calibrado) |
ERROR DE CERO: | 0.810V – 0.4V |
ERROR DE CERO: 0.41
ERROR DE FONDO DE ESCALA: | VALOR (Sin Calibrar) – VALOR (Calibrado) |
ERROR DE FONDO DE ESCALA: | 1.976V – 2.04V |
ERROR DE FONDO DE ESCALA: 0.064
ERROR DE GANANCIA: PARA ESTE ERROR SE TOMARON LOS VALORES EXTREMOS DE LA CURVA, ES DECIR LOS ULTIMOS PUNTOS:
EG= (1.976-0.810) V/(20.4-0.4) V = 0.71
Errores de la Presión del Transmisor (Entre la Teórica y la Experimental).
Este cálculo se realizó convirtiendo las unidades de la presión experimental en Dinas/Cm2.
ERROR DE CERO: | MÍNIMO VALOR (Sin Calibrar) - MÍNIMO VALOR (Calibrado) |
ERROR DE CERO: | 0 Dina/Cm2 – 0 Dina/Cm2 |
ERROR DE CERO: 0
ERROR DE FONDO DE ESCALA: | VALOR (Patrón) – VALOR (Experimental) |
ERROR DE FONDO DE ESCALA: | 98000 Dina/Cm2 – 1421000 Dina/Cm2|
ERROR DE FONDO DE ESCALA: 1323000
ERROR DE GANANCIA: PARA ESTE ERROR SE TOMARON LOS VALORES EXTREMOS DE LA CURVA, ES DECIR LOS ULTIMOS PUNTOS:
EG= (98000-0) Dina/Cm2 /(1421000-00) Dina/Cm2 = 0.068
ERROR DE NO LINEALIDAD De la Corriente en Función de la Presión.
ERROR DE NO LINEALIDAD De la Presión Patrón en Función de la Presión Experimental.
5.- Calcule la relación entre la presión de la columna de agua y su correspondiente en Pa. Realice una tabla con estos valores.
1 Dina = 0.1 Pascal
| Presión de la Columna de Agua Dinas/Cm2 | Correspondiente en Pa. |
| 0 | 0 |
| 24500 | 2450 |
| 49000 | 4900 |
| 73500 | 7350 |
| 98000 | 9800 |
6.- Construya una tabla donde relacione la corriente generada por el transmisor y el voltaje medido en la resistencia. Calcule el error obtenido antes y después de calibrar. Estos son error de cero, de Span y de angularidad. La salida teórica del medidor viene dado por la siguiente ecuación:
Donde Out es la salida en mA del medidor, e input es la salida lineal interna del medidor. Para calcular este valor de input debe construir la ecuación de línea recta que parte en 4mA y finaliza en 20mA, para los respectivos valores de presión del medidor. Los valores de esta línea recta son los que se introducen en input, y la salida Out es el valor teórico que debe generar el transmisor.
Tenemos:
De donde expresamos input como Ix, para los cálculos mostrados a continuación:
| h (Altura del tubo H2O) Cm | I (Transmisor) mA | I (Salida Interna del Transmisor) mA |
| 0 | 4 | 0 |
| 25 | 12.7 | 6.31 |
| 50 | 15.6 | 11.21 |
| 75 | 18.14 | 16.66 |
| 100 | 20 | 21.33 |
Tabla que relaciona la Tensión generada por el transmisor con la corriente.
| h (Altura del tubo H2O) Cm | V (Transmisor) Sin Calibrar V | I (Transmisor) Sin Calibrar mA | V (Transmisor) Calibrado V | I (Transmisor) Calibrado mA |
| 0 | 0.810 | 8.13 | 0.4 | 4 |
| 25 | 1.254 | 12.59 | 1.27 | 12.7 |
| 50 | 1.528 | 15.36 | 1.56 | 15.6 |
| 75 | 1.745 | 17.55 | 1.805 | 18.14 |
| 100 | 1.976 | 19.14 | 2.04 | 20 |
Los errores para estos valores fueron calculados en el punto 4.
7.- Analice.
Lo que observamos es que este transmisor electrónico de presión es usado para muy bajas presiones, ya que su margen de medida llega desde cero a 9800 pascal que en realidad es una presión muy baja.
Se puede apreciar que por sus características físicas este trasmisor es costoso en el mercado y su uso se restringe a empresa donde pueda ser costeado su valor, por lo tanto es recomendable su uso donde se necesiten precisión y confiabilidad en medidas de presiones muy bajas.
Comprobamos también que su calibración es muy sencilla de realizar, su manejo y uso.
