02 - Lab Temperatura - Encoder

SISTEMAS MECATRÓNICOS INDUSTRIALES

Guía de Laboratorio N° 2 TEMPERATURE SENSOR – INCREMENTAL OPTICAL ROTARY ENCODER

Nombre y apellidos: ………………………………………………………… ………………………………………………………… ………………………………………………………… ………………………………………………………… ………………………………………………………… ………………………………………………………… Grupo……………………………………………… …………………………………………………………

2014

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II

MANTENIMIENTO MAQUINARIA DEL PLANTA

SISTEMAS MECATRONICOS INDUSTRIALES

Objetivos

TEMPERATURE SENSOR

El alumno será capaz de: 1. Realizar pruebas de medición y funcionamiento de un sensor de temperatura de tipo termistor. 2. Analizar su respuesta y calibrarlo para minimizar errores.

Introducción teórica Existen diferentes tipos de sensores de temperatura, tales como Termocupla, resistencias detectoras de temperaturas (RTD), Termistores y circuitos integrados. Cada uno de ellos presenta sus ventajas y desventajas en función a su comportamiento. Por ejemplo las termocuplas poseen un amplio rango de medición y son fáciles de usar, pero suelen ser los menos estables y no suelen tener mucha sensibilidad. Los RTDs, por otro lado son los más estables y precisos de los sensores, pero son lentos en su respuesta y suelen ser caros. Los que se construyen en circuitos integrados son los únicos transductores lineales, teniendo la mayor salida en señal, pero son lentos. Los termistores tienen respuestas muy rápidas pero tienen un rango limitado de temperatura de sensado. El dispositivo usado en el entrenador es de este último tipo y está ubicado como se muestra en la figura.

Los termistores son sensores cuyo valor resistivo cambia con la temperatura, la relación entre la resistencia del termistor y la temperatura T, puede ser descrito mediante la siguiente ecuación:


2-2


Donde Ro es la resistencia a la temperatura To. Para el caso del termistor de módulo de entrenamiento el valor de la resistencia a la temperatura de 25°C o su equivalente en la escala Kelvin es la siguiente:

El termistor no trabaja solo, siempre es parte de un circuito de acondicionamiento. En el módulo el circuito en el que forma parte es el que se muestra, conformando ya no sólo un sensor sino un transductor.

En el diagrama circuital mostrado, la variación del valor resistivo del sensor trae como respuestas una variación del voltaje entre sus extremos, por lo cual el valor de Vi leído desde tierra es el que se muestra en la ecuación:

El voltaje Vi es aplicado a un circuito con amplificadores que permiten controlar el nivel de offset mediante un amplificador en configuración restador y la ganancia mediante una amplificador de ganancia Av. Por lo que Vo está definido mediante la ecuación:

Donde Voff es el voltaje ajustado mediante el potenciómetro de Offset y Av es la ganancia ajustada mediante el potenciómetro de Gain. Los cuales se muestran en la figura.


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Preparación Para el presente laboratorio, el estudiante debe tener conceptos claros de los parámetros principales que intervienen en la medición de los valores del sensor en estudio, así como de la teoría de errores que sustentara su procedimiento. (leer texto, capítulo correspondiente a sensores).

Equipos y Materiales 1. 2. 3. 4.

Módulo Quanser . Módulo ELVIS II PC con software LabView 10.0 Multímetro

Procedimiento Procedimiento a seguir para la instalación de los equipos. 1. Asegúrese de tener todos los equipos sin energía. 2. Inserte el modulo Quanser en el modulo ELVIS II verificando la correcta inserción de la ranura de conexión. 3. Encienda la PC que contiene instalado el software LABVIEW. 4. Conecte el cable de comunicación USB del módulo ELVIS II a la PC 5. Encienda el módulo ELVIS II y asegúrese de los leds del modulo estén encendidos como se muestran de la figura.

Asegúrese que los leds de señalización de energía del módulo Quanser están activos con +/15V y +5V. 6. Ubique el sensor en el modulo de trabajo.


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7. Usando este sensor realizaremos dos experiencias para poder entender su comportamiento y evaluar las mediciones que nos entrega.

8. PARTE I: Descripción de Comportamiento. 9. Cargamos el V.I. Correspondiente al sensor de la experiencia ( QNET_MECHKIT_Temperature.vi) 10. Verificamos que el conector J9 este configurado en Temperature. 11. Verificamos que el dispositivo de adquisición de datos sea el correcto:

12. Energizamos el módulo ELVIS II y el módulo Quanser. 13. Ponemos en modo RUN el V.I. 14. El termistor entrega una salida en función al circuito al cual está conectado, ésta respuesta está controlada por los potenciómetros Gain y Offset colocados en el módulo de entrenamiento. Empieces girando el potenciómetro de Ganancia lentamente en sentido contrario a las agujas del reloj hasta que llegue al límite. 15. Ajuste el potenciómetro de Offset hasta que llegue a verse en la grafica una lectura de 0 voltios. El cual determinará nuestro cero de referencia en función a la temperatura del laboratorio. NOTA: Para la práctica asumiremos que el laboratorio esta a 25°C, a pesar que no sea exactamente esta su temperatura.


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16. Suavemente coloque su dedo sobre el sensor ( NO PRESIONE SI RASGUE EL SENSOR) Examine la respuesta observada en la grafica y los valores de voltaje observados. ( La temperatura de la superficie de nuestros dedos esta alrededor de 32°C). Complete la siguiente tabla. - Considere que el sensor es muy sensible, no presione el sensor con su dedo o la medición no será válida. - Luego de liberar el sensor espere un tiempo prudencial para que la escala regrese al valor cero. (Puede soplar suavemente para acelerar el proceso) hacer esa grafica. TEMPERATURA (°C) 25

TEMPERATURA (°K)

VOLTAJE MEDIDO (V)

298

Voltaje To (Laboratorio) Voltaje T (del dedo del alumno)

Tabla 1


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Grafica 1 17. PARTE II: Calibración del Sensor. 18. El voltaje medido en el V.I. es el valor Vo del circuito mostrado en la parte introductoria de la guía de laboratorio, en función a las ecuaciones descritas, deduzca la ecuación para el cálculo de la resistencia del termistor R; en función del voltaje Vo.(Realice la deducción en la hoja de Laboratorio). 19. Complete el siguiente cuadro de valores en referencia al cuadro del paso 16. TEMPERATURA (°C) 25

TEMPERATURA (°K)

RESISTENCIA ()

298

Voltaje To (Laboratorio) Voltaje T (del dedo del alumno)

Tabla 2 20. Deduzca la ecuación para determinar el parámetro B y calcúlelo en base a los valores medidos. .(Realice la deducción y los cálculos en la hoja de Laboratorio) 21. Ponga en modo RUN el V.I. y coloque el valor del parámetro B obtenido en el paso anterior. 22. Toque con su dedo el sensor y lea el valor de temperatura mostrada en grados centígrados.

Grafica 2


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INCREMENTAL OPTICAL ROTARY ENCODER Objetivos El alumno será capaz de: 1. Realizar pruebas de medición y funcionamiento de un sensor de posición óptico. 2. Realizar la calibración de un sensor de posición óptico.

Introducción teórica Uno de los instrumentos más usados en la medición de posición son los encoder, que pueden ser de diversos tipos dentro de los cuales se pueden mencionar los de pulsos y los senoidales, los angulares y los lineales; finalmente los denominados incrementales y absolutos. Probablemente el más usado sea del encoder de tipo incremental angular como el que se muestra en la figura.

La información que un encoder incremental entrega es relativa depende de su última posición y del instante en el que es energizado. A diferencia de los absolutos que si se suele mencionar que tienen memoria pues cada posición es recordada aun si es energizado. El encoder incremental posee un disco codificado con un patrón radial. Conforme el disco gira la luz de un led pasa por las ranuras traslucidas y detectado por un sensor óptico. Mediante este método se generan dos líneas de información desfasadas 90° y una línea que entrega un pulso por vuelta, el cual suele ser usado para sincronización o referencia.


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La información de las líneas de información llamadas líneas A y B es suministrada a un algoritmo de conteo. La resolución del encoder depende de la codificación del disco, por ejemplo un disco con 1024 ranuras, generará un conteo de 1024 pulsos por vuelta. En el caso del encoder del modulo de entrenamiento, la rueda y los diodos led de indicación por línea se muestran en las figuras siguientes.


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Preparación Para el presente laboratorio, el estudiante debe tener conceptos claros de los parámetros principales que intervienen en la medición de los valores del sensor en estudio, así como de la teoría de errores que sustentara su procedimiento. (leer texto, capítulo correspondiente a sensores).

Equipos y Materiales 1. 2. 3. 4.

Módulo Quanser . Módulo ELVIS II PC con software LabView 10.0 Multímetro

Procedimiento Procedimiento a seguir para la instalación de los equipos. 1. Asegúrese de tener todos los equipos sin energía. 2. Inserte el modulo Quanser en el modulo ELVIS II verificando la correcta inserción de la ranura de conexión. 3. Encienda la PC que contiene instalado el software LABVIEW. 4. Conecte el cable de comunicación USB del módulo ELVIS II a la PC 5. Encienda el módulo ELVIS II y asegúrese de los leds del modulo estén encendidos como se muestran de la figura.

Asegúrese que los leds de señalización de energía del módulo Quanser están activos con +/15V y +5V. 6. Ubique el sensor en el modulo de trabajo. 7. Usando este sensor realizaremos dos experiencias para poder entender su comportamiento y evaluar las mediciones que nos entrega.


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8. PARTE I: Recolección de información. 9. Cargamos el V.I. Correspondiente al sensor de la experiencia ( QNET_MECHKIT_Encoder.vi) 10. Verificamos que el conector J7 este configurado en Enc A, J8 en Enc B, y J10 en Enc I. 11. Verificamos que el dispositivo de adquisición de datos sea el correcto:

12. Energizamos el módulo ELVIS II y el módulo Quanser. 13. Ponemos en modo RUN el V.I. 14. En la grafica se muestra la parte de VI donde podremos ver el resultado de la información que el encoder entrega.


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15. Gire de manera lenta pero constante en el sentido de las agujas del reloj la manija del encoder, observe las señales obtenidas en los gráficos. 16. Notará que las señales poseen un offset de 2.5V, por cuestiones de visualización, en el cuadro mostrado describa cual de las señales adelanta a la otra. Luego repita lo mismo girando la manija en sentido anti horario. Rotación de la manija del encoder

¿Qué línea A o B adelanta?

Sentido de las agujas del reloj Sentido contrario a las agujas del reloj

Tabla 3 17. Dibuje la relación temporal entre las líneas A, B e I ( en diferentes colores).

A

B

I Grafica 3


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18. PARTE II: Calibración del Sensor. 19. Usando una cinta adhesiva marque el punto de inicio de referencia en la posición cero de la manija .(El indicador de cero debe de estas en la parte superior) 20. Gire la manija y determine usando la información de la pantalla de VI cuantos pulsos por revolución da el encoder. 21. Introduzca dicha información en el V.I. 22. Rote la manija un valor angular conocido y verifique que el V.I. muestras en la ventana de indicación de ángulo el valor girado. 23. Ponga la manija en la posición cero y presione el botón de reset. 24. Habilite el indexado, presionando el botón Enable index. 25. Realice un giro completo de la manija en el sentido de las agujas del reloj, hasta observar el pulso de index, no se detenga hasta completar la vuelta completa. Describa lo que observa con las 16 posiciones de conteo y el valor de ángulo mostrado. 26. Ajuste en la casilla Reload Value , también el de Angle , en cero cuando el indicador de la manija esta en cero. 27. Confírmelo moviendo la manija 360 grados. 28. Complete la tabla siguiente de acuerdo a lo medido y visto. Parámetros

Valor

Unidades

Pulsos por revolución

Counts/rev

Reload Value

Counts

Anotaciones

Tabla 4 29. Coloque la manija en la posición cero y ahora gírelo en sentido anti horario, complete la siguiente tabla y describa sus resultados con respecto a los conceptos de precisión y sensibilidad.(Complete lo pedido en la hoja de resultados). Posiciones de la manija

Valor Angular (°)

0 9 7 5 3 2 1

Tabla 5

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Observaciones y conclusiones del laboratorio : ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… o d a r e d n o P

1 Puntualidad 2 Sensor de temperatura

1

Muy bueno 1

3 tabla1

2

2

1.5

1.1

0.7

4 grafica 1 5 tabla2

2

2

1.5

1.1

0.7

2

2

1.5

1.1

0.7

6 grafica 2 7 Encoder

2

2

1.5

1.1

0.7

8 tabla 3 9 grafica 3

2

2

1.5

1.1

0.7

2

2

1.5

1.1

0.7

10 tabla 4 11 tabla 5

1

1

0.8

0.6

0.4

2

2

1.5

1.1

0.7

12 observaciones y conclusiones

4

4

3

2.1

1.3

20

20

15.1

11

7

Criterio


Requiere No Bueno mejora aceptable 0.8 0.6 0.4

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