MEDICION DE OTROS PARÁMETROS MECÁNICOS Y QUÍMICOS

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ELEMENTOS DE UN SISTEMA DE CONTROL

El control automatizado en bucle cerrado se lleva a cabo en la actualidad mediante

sistemas muy sofisticados, cuyos elementos fundamentales son regulador, transductor,

captador, comparador y accionador. En este tema vamos a analizar las características

fundamentales de estos elementos, haciendo hincapié en los transductores o captadores.

1. COMPONENTES DE UN SISTEMA DE CONTROL

Recordemos un sistema de regulación en bucle cerrado:

Los elementos de un sistema de control son:

· Regulador: es el elemento más importante

· Transductor o captador: dispositivo que adapta un tipo de magnitud a otro

· Comparador o Detector de error: proporciona la diferencia entre la señal de salida

deseada y la obtenida realmente.

· Accionador o actuador: es el elemento final que actúa sobre el proceso según la señal

de mando que reciba del regulador.

2. EL REGULADOR

Antiguamente, el control de los procesos industriales se llevaba a cabo de forma

manual: el propio operario, basándose en su experiencia, realizaba los cambios que

consideraba adecuados sobre el proceso, para obtener de esta manera el producto

final. Hoy en día, en muchas aplicaciones, con el fin de mejorar la calidad del sistema,

se utiliza el computador como elemento de control.

El regulador constituye el elemento fundamental en un sistema de control, pues

determina el comportamiento del bucle, ya que condiciona la acción del elemento

actuador en función del error obtenido. La forma en que el regulador genera la señal

de control se denomina Acción de control. Algunas se conocen con el nombre de

Acciones Básicas de control y son las siguientes:

- Acción proporcional (P)

- Acción integral (I)

- Acción Diferencial (D)

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En la práctica las acciones de control se pueden presentar combinadas de la siguiente

manera:

- Acción proporcional y diferencial: controlador PD

- Acción proporcional e integral: controlador PI

- Acción proporcional integral y diferencial: controlador PID

2.1. Acción proporcional

Consiste en una amplificación de la señal de error. En este tipo de control el elemento

final se modifica de manera proporcional al error; si el error es pequeño, el controlador

dará origen a un pequeño cambio en la salida; si es grande, el cambio en la salida

también será elevado.

El controlador que realiza este tipo de acción se le conoce como Regulador P, por

ejemplo:

Sea el caso de un depósito de agua, en el que se desea que el caudal de entrada sea

igual que el de salida, lo que se puede conseguir manteniendo constante el nivel del

agua en el interior del depósito por medio de la válvula de control V, cuyo punto de

ajuste se fija con el tornillo A.

Sí por cualquier circunstancia el nivel varía, el flotador actuará, a través de un brazo,

sobre la válvula, en el sentido de igualar el caudal entrante con el saliente. Eso sí,

cuando se vuelva a alcanzar el equilibrio de caudales, el nivel del depósito habrá

variado, produciéndose un error permanente.

Por lo tanto el inconveniente principal de este tipo de control es el error permanente

con el que se va a trabajar.

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2.2. Acción Integral

El regulador suministra una acción de control cuyo valor es proporcional a la integral

de la señal de error. Mientras que en el control proporcional no influye el tiempo, sino

que la salida solo varía en función de las modificaciones de la señal de error, en este

tipo de control la acción varía según la desviación de la señal de salida y el tiempo

durante el que esta desviación se mantiene.

En la práctica el controlador integral posee también una acción proporcional, y ambas

se complementan, de manera que la acción proporcional actúa instantáneamente,

mientras que la integral sólo lo hace durante un cierto intervalo de tiempo.

Por ejemplo: consideremos que la válvula del depósito anterior, en vez de ser

accionada directamente por el brazo del flotador, lo es por un motor de corriente

continua que gira con una velocidad proporcional a la tensión aplicada, de manera que

es suficiente colocar un potenciómetro comandado por el flotador para que este

potenciómetro sea el que regule la tensión de entrada al motor. Además esta acción

elimina los errores de permanente que se observaban en el control proporcional.

Así si el nivel del agua en el depósito desciende, el contacto se desliza a lo largo del

reóstato, originando una tensión positiva que al actuar sobre el motor provoca la

apertura de la válvula, que continuará abierta hasta que el nivel alcanza el valor

prefijado, que corresponde a una tensión nula.

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2.3. Acción diferencial

Esta acción, al igual que la integral, no se emplea sola, sino que va unida a la acción

proporcional (regulador PD), o ambas (regulador PID).

La eficacia de los reguladores de tipo proporcional puede aumentarse haciendo que la

señal de mando varíe, no sólo proporcionalmente a la señal de error, sino también a su

derivada.

La acción diferencial es de tipo anticipativo: al actuar según el valor de la derivada,

detecta anticipadamente si va a existir una sobreoscilación excesiva, proporcionando

así la acción de control adecuada para evitarla antes de que tenga lugar.

3. TRANSDUCTORES Y CAPTADORES

El transductor tiene la misión de traducir o adaptar un tipo de energía a otro más

adecuado para el controlador.

El captador tiene la misión de captar una determinada información en el sistema, para

realimentarla.

A pesar de su diferente utilidad, la naturaleza de ambos es la misma; de hecho, su

única diferencia estriba en el lugar en que se colocan en el sistema.

Trataremos los transductores más usuales, sabiendo que se pueden emplear como

captadores.

3.1. Transductores de Posición, Proximidad y Desplazamiento

Existen de diferentes tipos.

3.1.1. Transductores resistivos

Están basados en la variación de la resistencia eléctrica de un determinado dispositivo

Son los más utilizados y existen en una amplia variedad de tipos. Estos transductores

son una solución válida en muchos casos de medida. En el caso de medidas de

posición y de desplazamiento, resulta de gran importancia la utilización del

potenciómetro.

Un potenciómetro se compone de una resistencia fija R,

sobre la que se desplaza un

cursor. El potenciómetro se puede considerar como una

resistencia variable. Dependiendo la tensión a su salida de

la posición del cursor. De este modo resulta posible

conocer el valor de un desplazamiento de un dispositivo

midiendo la tensión de salida del potenciómetro.

Potenciómetro

Con los potenciómetros se pueden realizar medidas de otras muchas magnitudes

físicas (fuerza, aceleración, presión, velocidad angular...)

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3.1.2. Transductores Inductivos

Si disponemos de dos trozos de material magnético

separados por una pequeña distancia denominada

entrehierro, y en uno de ellos efectuamos un

arrollamiento de hilo conductor, la autoinducción de éste

depende del valor del entrehierro. Por consiguiente, una

medida de la autoinducción permitirá conocer tanto la

distancia que separa dos trozos del material magnético

como una posible variación que esta distancia

experimente.

Sensor inductivo de proximidad

3.1.3. Transductores Capacitivos

Su fundamento reside en que muchas de las magnitudes físicas, de forma directa o

indirecta, pueden modificar los parámetros geométricos del condensador, o bien actuar

sobre el dieléctrico interpuesto entre las armaduras.

Los condensadores presentan, como elementos de medida, una

serie de aplicaciones muy importantes:

- Medidas de la proximidad a una superficie conductora: la

capacidad de un condensador depende de la distancia entre sus

armaduras. Si una de ellas es la superficie conductora, se puede

determinar su proximidad a la otra placa del condensador

midiendo la capacidad de este.

- Medida de desplazamientos: con un esquema muy similar al anterior, se pueden

determinar desplazamientos midiendo la variación de capacidad que experimenta un

condensador cuando se modifica la distancia entre ambas placas.

- Otras medidas: rugosidad en superficies conductoras, de presión...

3.1.4. Interruptores Final de carrera

Sirven para determinar la posición de un objeto o de una

pieza móvil. Cuando ésta alcanza uno de los extremos de su

movimiento (fin de carrera), cambian los contactos del

interruptor.

...