"01-exam-stas"

Nombre y Apellidos: _____________________________________________________________________
CONVOCATORIA ORDINARIA CURSO 2000—2001
SENSORES, TRANSDUCTORES Y ACONDICIONADORES DE SEÑAL
Alumno de la Asignatura de Sensores, Transductores y Acondicionadores de Señal (STAS) del curso
00/01,
El examen de la convocatoria ordinaria consta de tres partes, una primera de cuestiones tipo
tests , una segunda de cuestiones a desarrollar y una tercera de problemas.
En esta convocatoria se presentan 3 problemas, 60 cuestiones y 3 cuestiones a desarrollar. Cada
problema vale 1 punto, cada cuestión a desarrollar 1 punto, mientras que cada cuestión del test
vale 4/60 partes de punto. En el examen tipo test las cuestiones erróneas o sin contestar no
restan puntuación.
No se puede dejar ninguna parte o cuestión sin contestar.
En Las Palmas de Gran Canaria a 18 junio de 2001
Fdo.: Juan Antonio Montiel-Nelson
CONVOCATORIA ORDINARIA DE ISE. CURSO 00/01. JUNIO DE 2001.
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Cuestiones
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S
Se denomina interferencia interna a aquellas señales que afectan al sistema de
medida como consecuencia del principio utilizado para medir las señales de interés.
Se denomina interferencia externa a aquellas señales que afectan directamente a la
salida debido a su efecto sobre las características del sistema de medida.
Una técnica de reducción y compensación de interferencias es la realimentación
positiva.
En la medida de deformaciones con una galga extensométrica la temperatura es una
interferencia.
En la medida de deformaciones con una galga capacitiva la temperatura es una
interferencia. (Por debajo de la temperaura de Curie).
El autocalentamiento es una galga extensométrica depende de la tensión de
alimentación.
Las fuerzas termoelectromotrices dependen de la calidad de la soldadura.
Idealmente las galgas deberían se puntuales para medir los esfuerzos.
Los materiales empleados para la fabricación de galgas extensométricas son
generalmente diversos conductores metálicos.
Las galgas extensométricas metálicas se fabrican en un sustrato de silicio.
RTD es el acrónimo de Resistance Temperatura Detector.
El fundamento de las RTD es la variación de la resistencia de un conductor con la
temperatura.
Una limitación a considerar en el uso de la RTD es la posible presencia de
deformaciones mecánicas.
Una limitación a considerar en el uso de la RTD es la posibilidad de gradientes de
temperatura.
Las aplicaciones más inmediata de los detectores de temperatura resistivo es la
medida de temperaturas.
Una aplicación distinta de un PTR es la medida de la velocidad de un fluido, o
anemometría de hilo caliente.
El fundamento de los termistores está en la dependencia de la resistencia de los
semiconductores con la temperatura.
En la zona de autocalentamiento el termistor es sensible a cualquier efecto que altere
el ritmo de disipación de calor.
Las NTC se fabrican a base de mezclar y sintetizar óxidos dopados de metales.
La PTC de conmutación está basada en titanato de bario al que se añade titanato de
plomo o de circonio.
Las fotorresistencias o fotoconductores se basan en la variación de la resistencia
eléctrica de un semiconductor al incidir en él la radiación óptica.
La conductividad eléctrica en un material depende del número de portadores en la
banda de conducción.
En un semiconductor, a baja temperatura la mayor parte d sus electrones están en la
banda de valencia.
LDR es el acrónimo de Light Dependent Resistors.
Soluciones acuosas de una sal higroscópica depositadas sobre un substrato de plástico
se emplean como higrómetros resistivos.
El empleo de un condensador variable como transductor no está sujeto a ninguna
limitación.
Una limitación de los transductores capacitivos es el aislamiento entre placas.
En un transductor capacitivo los cables de conexión son una fuente de interferencia.
Una ventaja de los transductores capacitivos en la estabilidad.
Una ventaja de los transductores capacitivos es la reproducibilidad.
CONVOCATORIA ORDINARIA DE ISE. CURSO 00/01. JUNIO DE 2001.
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Cuestiones
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S
La alta estabilidad es un aventaja de los transductores capacitivos.
La alta resolución es un aventaja de los transductores capacitivos.
Las variaciones de la constante dieléctrica se aplican en la medida de humedad.
Una aplicación de los transductores capacitivos es la medida de desplazamientos.
Una aplicación de los transductores capacitivos es la medida de nivel.
Un condensador diferencial aumenta la sensibilidad y linealidad.
El LVDT es un transductor que mide fuerza en términos del desplazamiento del núcleo
móvil de un transformador diferencial.
La inductancia de un circuito indica la magnitud de flujo magnético que concatena
debido a una corriente eléctrica.
La aplicación de una inductancia no está sujeta a ninguna limitación.
Una limitación de la inductancia magnética son los campos magnéticos parásitos.
La relación L (inductancia) y R (reluctancia) no es constante.
Los materiales magnéticos deben funcionar por enciam de la temperatura de Curie.
Una ventaja del transductor magnético es que afecta poco la humedad.
Una aplicación de un transductor de reluctancia variable es la medida de
desplazamientos.
Una aplicación de un transductor de reluctancia variable es la medida de posición.
Una aplicación de un transductor de reluctancia variable es la detección por
proximidad.
Una aplicación de un transductor de reluctancia variable es la medida de espesores.
Los transductores basados en corrientes de Foucault son de reactancia variable.
La ventaja de los transductores de corrientes de Foucault es que no requieren
materiales ferromagnéticos.
Una fotorresistencia se basa en la variación de la resistencia eléctrica de un
semiconductor al incidir en él radiación electromagnética por debajo de 10nm.
La sensibilidad de una galga extensométrica se describe en términos del factor de
galga.
Un factor de galga alto significa un cambio de conductancia relativamente grande.
En instrumentación los conceptos sensor y transductor significan lo mismo.
El alambre de platino, cobre o níquel extremadamente puro se utilizan como detectores
de resistencia y temperatura.
Un termistor de medida es un detector resistencia—temperatura con coeficiente de
temperatura positivo o negativo.
Los termistores de medida funcionan en régimen de autocalentamiento.
Un RTD es un transductor de tipo resistivo.
Un NTC no es un resistor variable donde la resistividad aumenta con la temperatura.
Una galga extensométrica no debe trabajar más allá de la región elástica.
Las galgas extensométricas de semiconductor tienen alta sensibilidad y son insensibles
a fluctuaciones de temperatura.
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Teoría 1. — Fundamento del efecto fotovoltaico.
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Teoría 2. — Efectos en que basan los transductores termoeléctricos.
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Teoría 2. — Efecto piezoeléctrico.
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Problema 1. — Suma de Medidas. Se ha de realizar una suma de temperaturas en el margen de 1 ºC a 700
ºC con un puente de Wheatstone. La disposición de los transductores es la de puente diferencial. Para ello se
dispone de una sonda de platino, y de un termistor NTC. Ambos con resistencia de 100 Ω a 50 ºC y
coeficiente de temperatura de 0,4%/ºC en valor absoluto y coeficiente de disipación térmica de δ de 1 mW/ºC,
en las condiciones de medida. Diseñar el puente de continua, alimentado a tensión constante, para que el
error de sensibilidad sea inferior a 2 ºC. Cuál debe ser la tensión de alimentación para que el error absoluto en
temperatura sea sólo de 0,05 ºC. Justifique el rango de temperaturas el cual el puente es menos sensible. De
igual forma exponga y deduzca el rango de temperaturas en el cual dicha sensibilidad es máxima. NOTA.- En
caso de reducirse estos rangos de temperaturas específicas, determine las mismas.
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Problema 2. — Medidas diferenciales. Se desea medir la temperatura en el margen de 50 a 700 ºC con un
termómetro diferencial, donde el error debe ser inferior a 5 ºC. Para ello se dispone se sondas de platino de
100 Ω a 50 ºC, con coeficiente de temperatura de 0,4%/ºC y coeficiente de disipación térmica de δ = 1 mW/ºK,
en las condiciones de medida. Diseñar el puente de continua, alimentado a tensión constante. Cuál debe ser
la tensión de alimentación para que el error absoluto en temperatura sea sólo de 0,05 ºC.
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Problema 3. — Puente de Wheatstone. Se ha de realizar una medida de temperaturas en el margen de
50ºC a 700ºC con un puente de Wheatstone. Sólo se dispone de un transductor en una de las ramas del
puente. El transductor es un termistor NTC con ecuación de comportamiento
RT = R0 e
1 1
B −
T T0
. La resistencia
Ro es de 100 Ω a To = 50 ºC ,y coeficiente de temperatura B es de 0,4%/ºC. Diseñar el puente de continua,
alimentado a tensión constante, para que la resistencia equivalente del puente tenga una pendiente negativa
de un 1%.
CONVOCATORIA ORDINARIA DE ISE. CURSO 00/01. JUNIO DE 2001.