Síntesis de procedimientos industriales

1. DEPARTAMENTO ENERGÍA Y MECÁNICA
INGENIERÍA MECATRÓNICA
TEMA:
ACONDICIONAMIENTO DE SENSORES DE VELOCIDAD Y
ACELERACIÓN ORIENTADO A APLICACIONES INDUSTRIALES
AUTOR:
JIMÉNEZ TORRES LENIN EDUARDO
ÁREA:
INSTRUMENTACIÓN MECATRÓNICA
LATACUNGA, 07 DE JULIO DEL 2017

2. 1. TEMA
Consulta sobre acondicionamiento de sensores de velocidad y aceleración orientado a
aplicaciones industriales.
2. OBJETIVOS
 Consultar las técnicas de acondicionamiento de sensores de velocidad y aceleración
en la industria.
 Consultar los principios empleados en los sensores de movimiento empleados a
nivel industrial.
 Consultar los tipos de sensores de velocidad y aceleración empleados en la
industria.
3. DESARROLLO
TÉCNICAS DE ACONDICIONAMIENTO DE INSTRUMENTOS A NIVEL
INDUSTRIAL
Es un proceso de medida, manipulación de señales con el objetivo de mejorar su precisión,
aislamiento, filtrado, etc. Cuando de mide señales de un sensor se debe convertir en un
formato que acepte el microcontrolador o el dispositivo de adquisición de datos. Por
ejemplo en los sensores de temperatura conocidos como termopares su voltaje de salida es
muy pequeño y sensible a ruidos por lo tanto, se debe amplificar la salida antes de ingresar
al ADC. De esta manera la amplificación de una señal es una forma de acondicionamiento
de señal. Entre los tipos más comunes de acondicionamiento de señal son la linealización,
amplificación, excitación y aislamiento. Por ejemplo en la figura de abajo se muestra, algunas
operaciones de acondicionamiento que se realiza sobre algunas señales de sensores

3. Amplificación
Es la forma más habitual de acondicionamiento de señal ya que de esta manera se mejora la
precisión de la señal digitalizada y además se reduce los efectos del ruido. Para disminuir los
efectos del ruido en señales de muy poca tensión es pertinente utilizar amplificadores situados
lo más cerca de la fuente de la señal como se observa en la figura a continuación. Lo idóneo es
amplificar la señal hasta el rango máximo de entrada del dispositivo de adquisición de datos.
Linealización
Muchos sensores, como por ejemplo los termopares, no tienen una respuesta en línea recta
a las variaciones del fenómeno físico que miden. Por lo tanto se debe realizar una
linealización con la ayuda de módulos de hardware específico.
Excitación de sensores
Algunos sensores necesitan determinados voltajes o corrientes ya sea a.c. o d.c. para excitar
su circuito de medida.
Aislamiento
Una forma común de acondicionamiento es aislar del sensor del dispositivo de adquisición
de datos por motivos de seguridad. Por ejemplo, en el caso que se requiera medir una señal
que tenga picos altos de tensión se debe aislar del dispositivo de adquisición de datos ya
que los podría dañar al superar su rango de entrada. También es útil este tipo de
acondicionamiento para asegurar que las diferencias de potencial de masa no afecten a la
electrónica de adquisición.
Filtrado
En los circuitos de acondicionamiento también se utiliza el filtrado de señales no deseadas.
Estos circuitos incorporan filtros pasa-bajos con el fin de eliminar señales de altas
frecuencias que ocasionen lecturas de datos erróneas

4. Adquisición de datos mediante labview
Labview dispone de varias herramientas para la adquisición y generación de señales
eléctricas a través de tarjetas de adquisición de datos.
Las capacidades que generalmente tienen las tarjetas de adquisición de datos son:
Adquisición de señales analógicas.
Generación de señales analógicas.
Generación y adquisición de señales digitales.
Contadores y timers.
Triggers.
Autocalibración, sensores, etc.
ADQUISICIÓN DE SEÑALES ANALÓGICAS
Los canales de entradas analógicas en una tarjeta de adquisición de datos son
indispensables que se las debe tener muy en cuenta por ejemplo en la figura se observa un
esquema general del canal de entrada analógica en la figura se aprecia que todos los canales de
entrada se multiflexan, ya que ésta la configuración que más se utiliza, sin embargo, se puede
encontrar tarjetas con canales sin multiplexar, pero eso aumenta su precio, el bloque que sigue
después del multiplexor, es un amplificador de ganancia programable que adecua la señal al
convertidor, los bloques siguientes son un filtro antialiasing, un circuito de muestreo y
retención y un convertidor análogo digital, y por último se guarda dentro de una memoria FIFO
dentro de la propia tarjeta.
El ADC o conversor análogo digital cumple una función importante en la adquisición de
datos que es la digitalización. Para lograr esto se utiliza un circuito de muestreo y retención
que captura una tensión de la entrada y la mantiene estable por un tiempo para que el ADC
pueda calcular el valor de su salida.
Muestrear una señal es obtener el valor de la señal en determinados momentos esos valores
también se los denomina Samples. Cuando se realiza una adquisición continua de los datos
el tiempo entre una muestra y la siguiente, se denomina frecuencia de muestreo como se

5. observa en la figura a continuación los puntos sobre la curva representan las muestras o
Samples y también se observa el tiempo entre muestra.
El paso siguiente es la codificación del valor muestreado para que sea representado de manera
digital. Para esto se divide el rango de entrada de la señal del conversor en algunos niveles y a
cada uno de ellos se designa un código binario. Cuantos más bits tenga el ADC mejor
resolución tendrá al reproducir la señal. En la figura a continuación se observa la cuantificación
de una señal analógica con 8 niveles.
Para el procesamiento de la señal las tarjetas de adquisición de datos tienen una memoria
en la que almacenan las muestras o los samples adquiridas. Esta memoria de tipo FIFO
(First Input Fisrt Output). En la transferencia de los datos al ordenador dependiendo de la
aplicación existirá mayor o menor flujo de la información. El volcado de los datos puede
utilizarse por medio de DMA (Direct Memory Access) ya que es el más eficaz.
Las tarjetas de adquisición de datos pueden tener varios FIFO, por ejemplo para entrada
analógica o salida etc. Las memorias FIFO tienen un tamaño limitado así que debe evitarse
errores por overflow y uderflow que se producen al saturar las memorias. En la figura 16
se observa un esquema de la comunicación entre el ordenador y la tarjeta de adquisición
utilizando FIFO

6. SENSORES E INSTRUMENTOS DE MOVIMIENTO A NIVEL INDUSTRIAL
1. Sensores de Movimiento (Posición, Velocidad y Aceleración)
a. Electromecánicos: Una masa con un resorte y un amortiguador.
b. Piezo-eléctricos: Una deformación física del material causa un cambio en
la estructura cristalina y así cambian las características eléctricas.
c. Piezo-resistivos: Una deformación física del material cambia el valor de las
resistencias del puente.
d. Capacitivos: El movimiento paralelo de una de las placas del condensador
hace variar su capacidad.
e. Efecto Hall: La corriente que fluye a través de un semiconductor depende
de un campo magnético.
Los sensores de movimiento permiten la medida de la fuerza gravitatoria estática
(cambios de inclinación), la medida de la aceleración dinámica (aceleración,
vibración y choques), y la medida inercial de la velocidad y la posición (la velocidad
midiendo un eje y la posición midiendo los dos ejes).
Aplicaciones: Aceleración / Desaceleración (Air Bag), Velocidad / Cambio de
velocidad, Choques / Vibraciones, Detección prematura de fallos en un equipo en
rotación, Detección y medida de manipulaciones, Actividad sísmica.
2. Medición de la Aceleración
Las técnicas convencionales para detectar y medir la aceleración se fundamenta en
el primer principio descubierto por Newton y descritos en su Principio de Newton
en 1687. La aceleración constante de una masa implica una fuerza (F = m * a),
donde F es la fuerza, a es la aceleración y m es la masa.
Muchos acelerómetros operan detectando la fuerza ejercida en una masa por una
limitación elástica.

7. Considerando un sistema mecánico simple, que consiste en una masa fija m, con
un muelle con una rigidez k (constante). Si la masa se desplaza una distancia x, la
aceleración debida a la fuerza restauradora del muelle es F = k * x. Substituyendo
en la ecuación de Newton, encontramos que a=k*x/m y podemos derivar la
magnitud de la aceleración observando el desplazamiento x de la masa fija. Este
principio fundamental se utiliza hasta en el más sofisticado y caro acelerómetro
electromecánico; así también trabajan los modernos acelerómetros
micromecanizados.
La Aceleración es el cambio de la velocidad. La unidad de medida es: m/s², g (1g
= 9.8m/s²)
3. Medida inercial de la velocidad y la posición
Midiendo la aceleración se puede determinar la velocidad y la posición. La
Aceleración Integrada: una para velocidad, dos veces para la distancia.
Medida Relativa desde una posición inicial:
Velocidad = A * t Distancia = (A / 2) * t^2
Puede ser exacta para periodos cortos de tiempo, pero la exactitud se degrada
proporcionalmente al cuadrado del tiempo de integración. Es posible una exactitud
Posicional de 2cm sobre un segundo. La exactitud Posicional se degrada a 20m
después de 10 segundos de integración.
Aplicaciones: Mejora la precisión de los sistemas GPS (determina la posición del
coche cuando el GPS pierde la señal en un túnel). Control dinámico de Vehículos
(control de deslizamiento). Ascensores (mejora la precisión posicional usando la
medida inercial entre puntos de localización de referencia conocidos)
Medición de velocidad angular y Principio de Coriolis
Cuando un objeto se mueve de una manera periódica (oscilando o girando), girando
el objeto en un plano ortogonal a su movimiento periódico causa una fuerza de
traslación en la otra dirección ortogonal.
La velocidad angular se determina por la medida de la aceleración de Coriolis.
Acor = 2 * (ω velocidad de la masa) donde, ω es la velocidad angular aplicada

8. La Velocidad aplicada por medio una estructura rígida resonando a 18KHz
acoplada a un marco de un acelerómetro. La aceleración de Coriolis estará en la
misma frecuencia y fase que el resonador, con tal que la baja velocidad de vibración
externa pueda cancelarse. La familia ADXRS150 usa dos traviesas (masas)
resonando en antifase. El funcionamiento diferencial permite el rechazo de muchos
errores.
TIPOS DE SENSORES DE VELOCIDAD Y ACELERACIÓN EMPLEADOS A NIVEL
INDUSTRIAL
Sensores de Velocidad
 Encoders
o Descripción
Los encoders son sensores precisos para la detección de ángulos de rotación
y parámetros derivados, como la velocidad y la aceleración, así como para
la medición del movimiento rotatorio e indirectamente, de traslación.
Debido a su aplicación universal, los encoders modernos pueden
encontrarse en casi todas las aplicaciones de automatización, así como en
la construcción de maquinaria y plantas industriales. Permita que le
ayudemos a seleccionar el encoder que puede ajustarse a las necesidades de
su aplicación entre nuestra amplísima gama de encoders.
o Tipos & Características
 Encoders incrementales
 Eje macizo, eje hueco, eje semihueco n
 Tecnología óptica y magnétican
 Interfaces: RS422, push-pull, seno/cosenon
 Hasta IP67n
 Hasta 30.000 rpmn
 Hasta 50.000 ppr
 Encoders absolutos
 Eje macizo, eje semihuecon
 Monovuelta/multivueltan
 Tecnología óptica y magnétican
 Interfaces: SSI, PROFIBUS, DeviceNet, CANopen, AS-
Interface, ProfiNet, Powerlink, EtherNet, TCP/IP, IPn

9.  Resolución total hasta 30 bits
 Encoders certificados para áreas de aplicaciones especiales
 Áreas peligrosas
 Plantas de energía eólica, construcción navaln
 Aplicaciones relacionadas con la seguridad (SIL, PL, etc.)
Su implementación es directa al eje que se desea monitorear, de la siguiente
forma:
Encoder absolutos
 Tacómetro
o Descripción
El tacómetro es un dispositivo que mide la velocidad de giro de un eje,
normalmente la velocidad de giro de un motor. Se mide en revoluciones por
minuto (RPM). Actualmente se utilizan con mayor frecuencia los
tacómetros digitales, por su mayor precisión.

10.  Sensor de velocidad de rotación inductivo
o Descripción
Medida sin contacto magnética de la serie TCE de los codificadores el
movimiento rotatorio de un imán externo. El imán se puede por ejemplo
montar en un eje-fin o en un tornillo.
o Características
 Tipo de movimiento: de rotación
 Tecnología: inductivo
 Otras características: de motor
 Frecuencia: 15 kHz
 Sensor de velocidad de rotación magnético de alta resolucion
o Descripción
Sensor de velocidad para el motor eléctrico, la caja de engranajes y el árbol,
dos canales para la detección de la dirección rotatoria, sensor del pasillo
hasta 15 kilociclos
o Características
 La rotación acelera a 500.000 RPM
 Temp de trabajo. -40… +105°C
 Máximo 10m m de la distancia d
 Diámetro Min. 5m m del imán
 Voltaje de fuente 7… 32 VDC

11.  Sensor de velocidad de rotación magnético para motor
o Descripción
En los ambientes ásperos donde no se requieren la detección y el control de
la velocidad de contacto, por ejemplo controlar el resbalón de los motores
de inducción de la CA, la resolución de la medida se deriva generalmente
del número de dientes de engranaje de la blanco. En muchos casos la
resolución deseada es más alta que el diámetro de la rueda del poste y el
tamaño mínimo de los dientes del módulo/de engranaje permitirían. La
nueva familia de DSI de sensor de velocidad alivia este problema
proveyendo de señales de la velocidad frecuencias hasta 16 veces más arriba
que el número de dientes de la rueda original del poste.
o Características
 Una resolución más alta en blancos más pequeñas del tamaño
 Tipo de movimiento: de rotación
 Tecnología: magnético
 Otras características: de motor
 Frecuencia: 6 kHz
 Sensor de velocidad de rotación de reluctancia variable
o Descripción
Los sensores de VRS en varias categorías tales como alta resolución, salida
y temperatura, salida de energía, los usos que fijan ásperos, las versiones
moldeadas no-costosas y los propósitos importantes. Funcionando con la

12. repugnancia variable que detecta tecnología, los sensores de velocidad son
equipos resistentes y fáciles que inhibe el uso de la fuente externa del
voltaje. Mientras que la velocidad del dispositivo controlado se altera, la
señal de salida de un sensor de VRS que sea un voltaje ca, diferencie en
amplitud y frecuencia de la onda, y se indica a menudo en pico al voltaje
máximo (Vp-p).
Es conveniente para la medida del motor RPM en amoladoras, taladros,
tornos y máquinas automáticas del tornillo; rueda-deslice la medida en los
automóviles y la locomotora, y la medida de la velocidad del engranaje entre
otras.
o Características
 Tipo de movimiento: de rotación
 Tecnología: de reluctancia variable
 Otras características: con salida analógica, de motor
 Rango de temperatura: Mín.: -67 °C (-88.6 °F)
Máx.: 450 °C (842 °F)
 Frecuencia: 50 kHz
 Sensor de velocidad de rotación de efecto Hall
o Descripción
- Detección de velocidad rotatoria y dirección de ruedas dentadas con el
pequeño módulo y la alta resolución
- Usos en vehículos, impulsiones de funcionamiento móviles de las
máquinas, eléctricas e hidráulicas
- Desplazamiento de fase exacto y pequeña inquietud
- Gama de frecuencia ancha
- Alineación requerida
- Gama de temperaturas ancha
o Características
 Tipo de movimiento: de rotación

13.  Tecnología: de efecto hall
 Otras características: sin contacto, diferencial, robusto, compacto,
pick-up, 2 canales, IP67, IP69K
 Rango de temperatura: Mín.: -40 °C (-40 °F)
Máx.: 140 °C (284 °F)
 Frecuencia: Mín.: 0.1 Hz
Máx.: 20 kHz
Sensores de Aceleración
 Acelerómetro Piezoeléctrico
o Descripción
acelerómetro piezoeléctrico económico, amplificado diseñado para ser
utilizado en los varios tipos de ambientes industriales de la prueba y de la
automatización; incluyendo el prueba de laboratorio, estudios y células
modales de la prueba.
La salida baja actual constante de la impedancia de la salida combinada con
la capacidad de conducir alta capacitancia de la carga permite
funcionamientos largos del cable del bajo costo sin la degradación de datos.
o Características
 Tecnología: piezoeléctrico
 Rango de aceleración: 490 m/s² (1607.61 ft/s²)
 Frecuencia: Mín.: 2 Hz
Máx.: 5 kHz

14.  Sensor de aceleración de ejes
o Descripción
Los sistemas de máquinas complejas usan sensores de aceleración para la
supervisión precisa en tiempo real de las vibraciones de las máquinas. Los
sensores de aceleración detectan el desgaste de los componentes de las
máquinas y cualquier estado de funcionamiento crítico. Esto permite
realizar acciones correctoras para evitar posibles daños en sistemas a gran
escala, como las turbinas
eólicas.
o Características
 Número de ejes: 2 ejes, de eje único
 Rango de aceleración: Mín.: -20 m/s² (-65.62 ft/s²)
Máx.: 20 m/s² (65.62 ft/s²)
 Frecuencia: Mín.: 0 Hz
Máx.: 100 Hz
 Acelerómetro tri axial
o Descripción
Un acelerómetro triaxial, piezoeléctrico, de DeltaShear® Unigain, tres
salidas autónomas, ideales para las medidas simultáneas en tres direcciones
perpendiculares mutuas en las cuales los 3 transductores individuales se
ajusten autónomo.

15. Este acelerómetro incluye tres UNF-2A de los receptáculos (10 - 32) usados
para la conexión de la salida, y se puede montar usando el tornillo M4 o un
perno prisionero de acero roscado similar.
Este acelerómetro se puede también utilizar como fuente de la carga.
La sensibilidad del dispositivo se presenta responsable por la aceleración de
la unidad (pC/g). Con el alto aislamiento de transeúntes y de la base de la
temperatura entrena con alta frecuencia de la resonancia. Las características
del diseño de DeltaShear 3 se forman y 3 elementos piezoeléctricos que se
arreglen en una disposición triangular en el poste del centro.
o Características
 Número de ejes: triaxial
 Tecnología: piezoeléctrico
 Rango de aceleración: 4903 m/s² (16085.96 ft/s²)
 Frecuencia: Mín.: 0.1 Hz
Máx.: 12000 Hz
 Transductor de aceleración
o Descripción
Transductor de aceleración, es un sensor de la aceleración, medida de
vibración
El transductor universal rugoso con un montaje screwable de la conexión.
Esto hace reinstalando las máquinas fácil.
o Características
 Rango de aceleración: 4900 m/s² (16076.12 ft/s²)
 Frecuencia: Mín.: 2 Hz
Máx.: 8 kHz

16. 4. CONCLUSIONES
o Las características de cada elemento a implementar depende del tipo de proceso
que se desea monitorear, referente a las condiciones de trabajo del mismo.
o El tipo de configuración de lectura de cada señal de los sensores dependerá de la
DAQ empleada.
o La norma empleada en el acondicionamiento de sensores siempre cumple:
Amplificación, Linealización, Excitación, Filtrado y aislamiento
5. RECOMENDACIONES
o Se debe de consultar con los manuales del programa NI LabVIEW disponibles en
su página oficial.
o Se debe poner la dirección correcta del documento que se quiere modificar.
o Se debe de considerar que los algoritmos diseñados para la operación requerida
deben de adaptarse al tipo de operadores disponibles en LabVIEW.
o No se debe de dejar indicadores desconectados ya que esto impedirá la ejecución
del programa.
o Se recomienda realizar una interfaz clara, lógica y amigable para el usuario
6. BIBLIOGRAFÍA
Directindustry. (2017). Sensores Industriales. Obtenido de
http://www.directindustry.es/fabricante-industrial/acelerometro-62014.html
National Instruments. (04 de 2017). LabVIEW-National Instruments. Obtenido de
http://www.ni.com/labview/why/esa/