Notas Técnicas

Medición de posición de forma no intrusiva en posicionadores neumáticos de válvulas.

Conozca las ventajas de utilizar en sus válvulas posicionadores neumáticos con medición no-intrusiva de la posición

INTRODUCCIÓN

La principal tarea de los posicionadores es garantizar que las válvulas de control regulen con precisión. Para ello, los mismos reciben una señal de Setpoint de un sistema de control, el cual corresponde a una determinada posición de la válvula.

Éstos equipos comparan la posición de destino de la válvula con la posición real de la misma, medida por el sistema de detección de recorrido, y emiten una señal de presión que mueve el actuador y, por lo tanto, la válvula a la posición requerida. Como resultado de ello, la detección del recorrido de la válvula o del ángulo de apertura tiene una gran influencia en la calidad de control del posicionador.

En un posicionador inteligente ésta comparación se realiza de forma electrónica, no hay vínculo mecánico entre las entradas y la salida, por lo que la medición de posición también deberá realizarse de forma electrónica.

MEDICIÓN DE POSICIÓN CON O SIN CONTACTO

Para la medición de posición se utilizan diversos sensores que difieren en el principio de medición fundamental que aplican. Los mismos obtienen la posición mediante un sistema de contacto o sin contacto. En los sensores de contacto, el sistema de medición está vinculado mecánicamente con el objeto de medición. Por el contrario, en los sensores sin contacto, el sistema de medición y el objeto de medición están dispuestos en sistemas separados mecánicamente.

Los sistemas de contacto generalmente son de bajo costo, son confiables y precisos, pero están sujetos a desgaste, o se ven influenciados por las condiciones ambientales, como ser la temperatura, la humedad o la presencia de partículas u otros contaminantes. Típicamente se utilizan sistemas basados en potenciómetros.

Los sistemas sin contacto, tipicamente por acoplamiento magnético con el objeto de medición, presentan mayor durabilidad por no estar sujetos a desgaste, poseen mayor inmunidad a factores ambientales, como ser la humedad, la temperatura, la vibración o estrés mecánico, y la presencia de partículas o contaminantes. Por otro lado, su desempeño depende de la intensidad de campo magnético que se utilice y su diseño constructivo, dado que pueden ser afectados por campos magnéticos externos.

SENSORES BASADOS EN POTENCIÓMETRO

Un potenciómetro es un dispositivo que está construido por una pista de material resistivo y un patín que se desliza a lo largo de la misma, formando un resistor variable cuyo valor depende de la posición de dicho patín.

Agregando un contacto eléctrico en ambos extremos de la pista se obtiene un divisor de tensión resistivo ajustable, el cual al agregarle circuitería asociada se convierte en el sensor de posición.

Son aptos para recorridos lineales o rotativos según sea el diseño mecánico del potenciómetro o dependiendo del kit de montaje utilizado.

Como todo sistema de contacto es suceptible a desgaste, estrés mecánico y factores ambientales.

SENSORES DE EFECTO HALL

Se denominan Sensores Hall debido al efecto Hall, descubierto por Edwin Hall en 1879. Éste efecto se debe a la Fuerza de Lorentz que se ejerce sobre los portadores de carga en movimiento a lo largo de una tira de material conductor o semiconductor, en presencia de un campo magnético. En el caso del efecto Hall, el movimiento de los portadores se origina al aplicar una corriente eléctrica en el material.

La fuerza de Lorentz está determinada por:

Debido al producto vectorial la fuerza de Lorentz tendrá una dirección mutuamente perpendicular a la de la velocidad de la partícula y la del campo magnético.

Éste efecto puede darse en materiales conductores, pero para que tenga utilidad práctica el sensor se construye utilizando un material semiconductor dopado tipo N o P. El signo de la carga dependerá de si se trata de electrones (N) o lagunas (P).

Se considera que la trayectora de los portadores de carga a lo largo del material es rectilímea, por lo que Fm y Fe deberán tener misma dirección pero sentidos puestos, por lo tanto:

En conclusión, la Tensión de Hall constituye la salida del sensor Hall, que luego se amplifica con circuitería asociada, y depende de la intensidad de campo magnético.

Utilizando un arreglo de imanes permanentes adecuado se puede lograr que el sensor Hall pueda detectar la posición de la válvula, sea de movimiento lineal o rotativa.

Vea la siguiente entrega para la segunda parte de la nota.