Estimado Alumno de la Asignatura de Sensores, Transductores y Acondicionadores de Señal (STAS) del curso 03/04,

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1 EXAMEN CONVOCATORIA ORDINARIA CURSO SENSORES, TRANSDUCTORES Y ACONDICIONADORES DE SEÑAL Estimado Alumno de la Asignatura de Sensores, Transductores y Acondicionadores de Señal (STAS) del curso 03/04, el examen consta de tres partes, que corresponden al primer, segundo y tercer parcial de la asignatura. Aquellos alumnos que NO hayan superado algún parcial, deben examinarse del mismo. Cada examen parcial dispone de sus propias instrucciones que han de ser leídas detenidamente y seguidas por el alumno. En Las Palmas de Gran Canaria a martes, 10 de febrero de 2004 Fdo.: Juan Antonio Montiel-Nelson EXAMEN DE CONVOCATORIA ORDINARIA DE STAS. CURSO 03/04. 1

2 1er EXAMEN PARCIAL CURSO SENSORES, TRANSDUCTORES Y ACONDICIONADORES DE SEÑAL Estimado Alumno de la Asignatura de Sensores, Transductores y Acondicionadores de Señal (STAS) del curso 03/04, el primer examen parcial consta de dos partes, una primera de cuestiones tipo tests, y una segunda de cuestiones a desarrollar. Se presentan 25 cuestiones y 6 cuestiones a desarrollar. Cada cuestión a desarrollar 1/2 punto, mientras que cada cuestión del test vale 7/25 partes de punto. En el examen tipo test las cuestiones erróneas o sin contestar no restan puntuación. Sin embargo, es imprescindible que no deje ninguna parte o cuestión sin contestar. En Las Palmas de Gran Canaria a martes, 10 de febrero de 2004 Fdo.: Juan Antonio Montiel-Nelson EXAMEN DE CONVOCATORIA ORDINARIA DE STAS. CURSO 03/04. 2

3 Cuestiones S N 1 Se denomina interferencia interna a aquellas señales que afectan al sistema de medida como consecuencia del principio utilizado para medir las señales de interés. 2 Se denomina interferencia externa a aquellas señales que afectan directamente a la salida debido a su efecto sobre las características del sistema de medida. 3 Una técnica de reducción y compensación de interferencias es la realimentación positiva. 4 En la medida de deformaciones con una galga extensométrica la temperatura es una interferencia. 5 El autocalentamiento, en una galga extensométrica, depende de la tensión de alimentación. 6 Idealmente, las galgas deberían se puntuales para medir los esfuerzos. 7 Los materiales empleados para la fabricación de galgas extensométricas son generalmente diversos conductores metálicos. 8 Idealmente las galgas deberían se puntuales para medir los esfuerzos. 9 Las galgas extensométricas metálicas se fabrican en un sustrato de silicio. 10 RTD es el acrónimo de Resistance Temperatura Detector. 11 El fundamento de una RTD es la variación de la resistencia de un conductor con la temperatura. 12 Una limitación a considerar en el uso de una RTD es la posible presencia de deformaciones mecánicas. 13 Las aplicaciones más inmediatas de los detectores de temperatura resistivos es la medida de temperaturas. 14 Una limitación a considerar en el uso de una RTD es la posibilidad de gradientes de temperatura. 15 Una aplicación distinta de un PTR es la medida de la velocidad de un fluido, o anemometría de hilo caliente. 16 El fundamento de los termistores se basa en la dependencia de la resistencia de los semiconductores con la temperatura. 17 En la zona de autocalentamiento, el termistor es sensible a cualquier efecto que altere el ritmo de disipación de calor. 18 Las NTC se fabrican a base de mezclar y sintetizar óxidos dopados de metales. 19 La composición de una PTC de conmutación está basada en titanato de bario al que se añade titanato de plomo o de circonio. 20 Las fotorresistencias o fotoconductores se fundamentan en la variación de la resistencia eléctrica de un semiconductor al incidir en él la radiación óptica. 21 La conductividad eléctrica en un material depende del número de portadores en la banda de conducción. 22 En un semiconductor, a baja temperatura, la mayor parte de sus electrones están en la banda de valencia. 23 LDR es el acrónimo de Light Dependent Resistors. 24 Las soluciones acuosas de una sal higroscópica depositadas sobre un substrato de plástico se emplean como higrómetros resistivos. 25 Los termistores de medida funcionan en régimen de autocalentamiento. EXAMEN DE CONVOCATORIA ORDINARIA DE STAS. CURSO 03/04. 3

4 Teoría 1. Fundamento de las magnetorresistencias. Teoría 2. Fundamento del efecto piezorresistivo. Teoría 3. Fundamento del anemómetro de hilo caliente. Teoría 4. Fundamento del efecto fotorresistivo. Teoría 5. Higrómetro resistivo. Teoría 6. Aplicaciones de los termistores en régimen de autocalentamiento. EXAMEN DE CONVOCATORIA ORDINARIA DE STAS. CURSO 03/04. 4

5 2º EXAMEN PARCIAL CURSO SENSORES, TRANSDUCTORES Y ACONDICIONADORES DE SEÑAL Estimado Alumno de la Asignatura de Sensores, Transductores y Acondicionadores de Señal (STAS) del curso 03/04, el segundo examen parcial consta de tres partes, una primera de cuestiones tipo tests, una segunda de cuestiones a desarrollar y una tercera de problemas. Se presentan 2 problemas, 25 cuestiones y 2 cuestiones a desarrollar. Cada problema vale 1 punto, cada cuestión a desarrollar 1/2 punto, mientras que cada cuestión del test vale 7/25 partes de punto. En el examen tipo test las cuestiones erróneas o sin contestar no restan puntuación. Sin embargo, es imprescindible que no deje ninguna parte o cuestión sin contestar. En Las Palmas de Gran Canaria a 4 martes, 10 de febrero de 2004 Fdo.: Juan Antonio Montiel-Nelson EXAMEN DE CONVOCATORIA ORDINARIA DE STAS. CURSO 03/04. 5

6 Cuestiones S N 1 El empleo de un condensador variable como transductor no está sujeto a ninguna limitación. 2 Una limitación de los transductores capacitivos es el aislamiento entre placas. 3 En un transductor capacitivo los cables de conexión son una fuente de interferencia. 4 Una ventaja de los transductores capacitivos es la estabilidad. 5 Una ventaja de los transductores capacitivos es la reproducibilidad. 6 La alta resolución es una ventaja de los transductores capacitivos. 7 Las variaciones de la constante dieléctrica se aplican en la medida de humedad. 8 Una aplicación de los transductores capacitivos es la medida de desplazamientos. 9 Una aplicación de los transductores capacitivos es la medida de nivel. 10 Un condensador diferencial aumenta la sensibilidad y linealidad. 11 El LVDT es un transductor que mide fuerza en términos del desplazamiento del núcleo móvil de un transformador diferencial. 12 La inductancia de un circuito indica la magnitud de flujo magnético que concatena debido a una corriente eléctrica. 13 La aplicación de una inductancia no está sujeta a ninguna limitación. 14 Una limitación de la inductancia magnética son los campos magnéticos parásitos. 15 La relación L (inductancia) y R (reluctancia) no es constante. 16 Los materiales magnéticos deben funcionar por encima de la temperatura de Curie. 17 Una ventaja del transductor magnético es que le afecta poco la humedad. 18 Una aplicación de un transductor de reluctancia variable es la medida de desplazamientos. 19 Una aplicación de un transductor de reluctancia variable es la medida de posición. 20 Una aplicación de un transductor de reluctancia variable es la detección por proximidad. 21 Una aplicación de un transductor de reluctancia variable es la medida de espesores. 22 Los transductores basados en corrientes de Foucault son de reactancia variable. 23 La ventaja de los transductores de corrientes de Foucault es que no requieren materiales ferromagnéticos. 24 En un LVDT la sensibilidad aumenta al hacerlo la resistencia de carga. 25 Los transductores de reactancia variable son del grupo de transductores generadores. EXAMEN DE CONVOCATORIA ORDINARIA DE STAS. CURSO 03/04. 6

7 Teoría 1. Fundamento de los transductores basados en corrientes de Foucault. Teoría 2. Fundamento de los transductores basados en una variación de la reluctancia. EXAMEN DE CONVOCATORIA ORDINARIA DE STAS. CURSO 03/04. 7

8 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. EXAMEN DE CONVOCATORIA ORDINARIA DE STAS. CURSO 03/04. 8

9 EXAMEN DE CONVOCATORIA ORDINARIA DE STAS. CURSO 03/04. 9

12 Problema 2. Medidas diferenciales. Se desea medir la temperatura en el margen de 50 (ºC) 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). EXAMEN DE CONVOCATORIA ORDINARIA DE STAS. CURSO 03/04. 12

15 3er EXAMEN PARCIAL CURSO SENSORES, TRANSDUCTORES Y ACONDICIONADORES DE SEÑAL Estimado Alumno de la Asignatura de Sensores, Transductores y Acondicionadores de Señal (STAS) del curso 03/04, el tercer examen parcial consta de tres partes, una primera de cuestiones tipo tests, una segunda de cuestiones a desarrollar y una tercera de problemas. Se presentan 2 problemas, 25 cuestiones y 2 cuestiones a desarrollar. Cada problema vale 1 punto, cada cuestión a desarrollar 1/2 punto, mientras que cada cuestión del test vale 7/25 partes de punto. En el examen tipo test las cuestiones erróneas o sin contestar no restan puntuación. Sin embargo, es imprescindible que no deje ninguna parte o cuestión sin contestar. En Las Palmas de Gran Canaria a 29 de enero de 2004 Fdo.: Juan Antonio Montiel-Nelson EXAMEN DE CONVOCATORIA ORDINARIA DE STAS. CURSO 03/04. 15

16 Cuestiones S N 1 Los transductores termoeléctricos se basan en efectos irreversibles. 2 El efecto Peltier es independiente del origen de la corriente. 3 En las uniones de termopar no interesa tener una resistividad elevada. 4 El efecto piezoeléctrico consiste en la aparición de una polarización eléctrica. 5 El ferromagnetismo no está relacionado con el espín de los electrones. 6 El efecto piroeléctrico es análogo al piezoeléctrico. 7 La piroelectricidad no se basa en la anisotropía de los cristales. 8 El efecto fotoeléctrico interno permite obtener de una tensión eléctrica. 9 Los transductores amperimétricos son propiamente generadores. 10 Los electrodos de gases son de doble membrana. 11 Las figuras de Moiré se utilizan en los codificadores absolutos de posición. 12 Los codificadores ópticos son los que ofrecen la mayor resolución. 13 Los codificadores de posición absolutos no ofrecen a su salida una señal codificada. 14 El código Gray es el más empleado como código continuo. 15 Los transductores de frecuencia variable no requieren de un frecuencímetro contador para medir la frecuencia de oscilación. 16 Los termómetros digitales de cuarzo se basan en el coeficiente de temperatura del oscilador de cuarzo eléctrico. 17 La frecuencia de oscilación de una galga acústica cae fuera de la banda audible. 18 El transductor basado en cilindros vibrantes se fundamente en el mismo principio que el de las galgas acústicas. 19 Los transductores SAW se utilizan para producir una perturbación en la superficie de un líquido. 20 Inductosyn en una marca registrada. 21 Los transductores magnetoestrictivos no son los magnetoelásticos. 22 Los tacogeneradores se fundamentan en la Ley de Faraday. 23 Los caudalímetros electromagnéticos se basan en las corrientes de Foucault. 24 Los transductores basados en el efecto Hall se utilizan para medir campo magnético. 25 Los transductores de efectos Hall son insensibles a la temperatura. EXAMEN DE CONVOCATORIA ORDINARIA DE STAS. CURSO 03/04. 16

17 Teoría 1. Caudalímetro de vórtices. Teoría 2. Transductores basados en dispositivos de ondas superficiales. EXAMEN DE CONVOCATORIA ORDINARIA DE STAS. CURSO 03/04. 17

18 Problema 1. Convertidor digital a resolver. Rellenar la tabla adjunta con el fin de definir el funcionamiento en los cuatro cuadrantes del convertidor D/R. Cuadrante Bit Interruptores sen α cos α 1 2 cerrados A,C EXAMEN DE CONVOCATORIA ORDINARIA DE STAS. CURSO 03/04. 18

19 Problema 2. Autocorrección a la Deriva. Describa el funcionamiento del siguiente esquema. EXAMEN DE CONVOCATORIA ORDINARIA DE STAS. CURSO 03/04. 19