UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD.
INSTRUMENTACION INSTRUMENTACION 203038_27.
ACTIVIDAD UNIDAD 2: FASE 3 - CONCEPTOS ADECUACIÓN DE SEÑALES, ESCALIZADO DE SEÑAL
PRESENTADO A:
PRESENTADO POR:
BOGOTA DC. 28 NOVIEMBRE DE 2017.
INTRODUCCION Dentro del presente documento encontraremos conceptos básicos de adecuación de señales, técnicas de reducción de ruido y ventajas de los amplificadores operacionales, todo esto enfocado en el tratamiento de señales de instrumentación, aplicándolo en el diseño e implementación de un puente de Wheatstone y un punto de Maxwell donde podremos identificar el comportamiento de las señales de acuerdo a la configuración de nuestros componentes dentro de cada circuito.
INTRODUCCION Dentro del presente documento encontraremos conceptos básicos de adecuación de señales, técnicas de reducción de ruido y ventajas de los amplificadores operacionales, todo esto enfocado en el tratamiento de señales de instrumentación, aplicándolo en el diseño e implementación de un puente de Wheatstone y un punto de Maxwell donde podremos identificar el comportamiento de las señales de acuerdo a la configuración de nuestros componentes dentro de cada circuito.
OBJETIVOS. -
Relacionar los conceptos básicos de adecuación de señales.
-
Identificar las diferentes técnicas de reducción de ruido.
-
Diseñar e implementar amplificadores operacionales, puentes de Wheatstone y Maxwell.
OBJETIVOS. -
Relacionar los conceptos básicos de adecuación de señales.
-
Identificar las diferentes técnicas de reducción de ruido.
-
Diseñar e implementar amplificadores operacionales, puentes de Wheatstone y Maxwell.
DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD. Actividad individual Paso 1: Realice un mapa conceptual conceptual sobre los sensores resistivos, capacitivos, inductivos. inductivos. Debe resaltar características características y usos. Sensores Sensores Capacitivos
Sensores Resistivos
Sensores Inductivos
Los sensores capacitivos son un tipo de sensor eléctrico que reacciona ante metales y no m etales que al aproximarse a la superficie activa sobrepasan una determinada capacidad.
Los sensores moduladores del tipo resistivos, son aquellos que varían una resistencia en función de la variable a medir.
Los sensores inductivos se utilizan para medir la posición o la velocidad, especialmente en entornos complicados, es decir cuando se detectan objetos metálicos que se acercan al sensor, sin tener contacto físico con los mismos.
Características y usos Características y usos
Detectan objetos metálicos y no metálicos al contrario de los sensores inductivos que solo
*Trabajan bajo el fluido de corriente eléctrica.
Tipos Variable a medir
Mecánica Térmica Magnética
Sensor resistivo Potenciómetro Termo resistencia Magneto resistencia
Características y usos
DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD. Actividad individual Paso 1: Realice un mapa conceptual conceptual sobre los sensores resistivos, capacitivos, inductivos. inductivos. Debe resaltar características características y usos. Sensores Sensores Capacitivos
Sensores Resistivos
Sensores Inductivos
Los sensores capacitivos son un tipo de sensor eléctrico que reacciona ante metales y no m etales que al aproximarse a la superficie activa sobrepasan una determinada capacidad.
Los sensores moduladores del tipo resistivos, son aquellos que varían una resistencia en función de la variable a medir.
Los sensores inductivos se utilizan para medir la posición o la velocidad, especialmente en entornos complicados, es decir cuando se detectan objetos metálicos que se acercan al sensor, sin tener contacto físico con los mismos.
Características y usos Características y usos
Detectan objetos metálicos y no metálicos al contrario de los sensores inductivos que solo detectan objetos metálicos. Valido para materiales no conductores como plástico, cristal, goma y conductivos como metales o agua En general, los líquidos y sólidos conductores son detectados a una distancia mayor que los materiales aislantes, ligeros o porosos. Cuanto más elevada sea su constante dieléctrica la distancia de conexión respecto a un determinado material es mayor.
*Trabajan bajo el fluido de corriente eléctrica. *Ofrecen una solución válida para problemas de medida
Tipos Variable a medir
Mecánica Térmica Magnética ptica Química
Sensor resistivo Potenciómetro Termo resistencia Magneto resistencia Fotorresistencia Higrómetro resistivo
*Miden la variación de la resistencia eléctrica de un dispositivo
Características y usos *Detectan objetos metálicos *Se utilizan mucho en las industrias automotrices en la cadena de producción *Se utilizan para aplicaciones de posicionamiento *Ignoran los objetos no metálicos
Paso 2: Investigue y proponga un sistema de instrumentación y control básico, en el cual mida y controle una variable, usando alguno de los tipos de sensores descritos en el paso 1.
Instrumentos de un sistema de control básico Sistema de instrumentación y control básico. Dispositivo para selección de cubos de metal y cubos de plástico en una cinta transportadora
Componentes Sensor: inductivos (sensor de metal), capacitivos (sensor de plástico). Controlador: Microprocesador pic Elemento final: pistones activados por el microprocesador que recibe la señal variable del sensor inductivo o capacitivo.
Paso 2: Investigue y proponga un sistema de instrumentación y control básico, en el cual mida y controle una variable, usando alguno de los tipos de sensores descritos en el paso 1.
Instrumentos de un sistema de control básico Sistema de instrumentación y control básico. Dispositivo para selección de cubos de metal y cubos de plástico en una cinta transportadora
Componentes Sensor: inductivos (sensor de metal), capacitivos (sensor de plástico). Controlador: Microprocesador pic Elemento final: pistones activados por el microprocesador que recibe la señal variable del sensor inductivo o capacitivo.
Descripción del sistema de instrumentación Sobre una cinta transportadora pasan bloques cuadrados hechos de plástico y metal los cuales se les va a realizar una selección. A través de sensores inductivos y capacitivos se obtiene la señal variable que es interpretada por el microprocesado r pic que activa los pistones para que sea sacado el bloque de la cinta transportadora a su respectiva selección.
Sensor inductivo Cinta Cin ta tra trans ns ort ortado adora ra
Pistón
Sensor capacitivo Pistón Microprocesador PIC
Blo Bl o ue me metál tálic ico o
Bloque de plástico
Recipiente de selección
Pasó 3: Diseñar y simular en software CAD un sistema de instrumentación en el cual: Implemente un sensor resistivo en un puente de Wheatstone, aliméntelo con 2V, ajuste la salida a una escala de 0V-9V. Implemente visualización por Leds. Se sugiere usar un LM3914, para p ara visualizar la salida mediante leds.
Cálculos Puente de Wheatstone VB: 2V R1=5kΩ R2= 7kΩ) R3= Potenciómetro 10kΩ R4= resistencia a medir R4 =
R4 =
R1 ∗ R2 R3 5∗7 10
= 3,5KΩ
Cálculos Amplificador AD620 Debemos hallar la resistencia de ganancia la cual nos va a permitir obtener el voltaje que queremos a la salida del amplificados AD620 La siguiente formula nos permite obtener la resistencia de ganancia =
Ω −
Encontramos la ganancia G para resolver la ecuación
=
9 0.47
= 13.43
Remplazamos
=
49400Ω 13.43 1
= 3.94Ω
Entre el pin 1 y 8 se conecta la resistencia de ganancia El amplificador es alimentado con un valor de 10V
Se obtiene en la salida un valor de 9V
Cálculos del Lm3914 Voltaje de Referencia. A través de los pines 6, 7 y 8 podemos ajustar el voltaje de referencia, para activar la escala de leds. Aplicando la fórmula propuesta en la datasheet del LM3914 decimos que Voltaje de referencia = 1.25 * (1+ R2/R1)), obtendremos el rango de voltajes sobre el cual trabajara el LM3914. Resolviendo la formula, obtendríamos el siguiente resultado: 1.25 * (6.2k /1k + 1) = 9V Esto significa que el LM3914, leerá en su entrada (pin 5) un voltaje entre 0 y 9V DC. Para saber cada cuanto voltaje se incrementara la escala, solo basta dividir el número de salidas (10 en total) con el voltaje máximo que puede llegar a la entrada que en este caso es 9V DC que calculamos anteriormente.
9/ 10 = 0.9v
Cada led de la escala se encenderá entonces, cuando la entrada se incremente en 0.7v, como se puede ver a continuación:
A continuación se presenta el montaje completo con lo que requiere la guía.
Link Video:
Realice un mapa conceptual sobre los sensores resistivos, capacitivos, inductivos. Debe resaltar características y usos. usos.
Paso
1:
SENSORES
Sensores resistivos
Son los sensores basados en la variacion de la resistencia electrica de un dispositivo
Ofrecen una solución válida para numerosos problemas de medida
Son tipos de sensores resistivos
Potenciómetros, galgas extensiométricas , detectores de temperatura resistivos o RTD, termistores, magnetorresistencias, fotorresistencias, higrómetros resistivos y resistencias semiconductoras para la detección de gases
Sensores inductivos
Los sensores capacitivos (KAS) reaccionan ante metales y no metales
al aproximarse a la superficie activa sobrepasan una determinada capacidad.
Sensores inductivos
son una clase especial de sensores que sirve para detectar materiales ferrosos
Son de gran utilización en la industria, tanto para aplicaciones de posicionamiento como para detectar la presencia o ausencia de objetos metálicos
La distancia de conexión respecto a un determinado material es tanto mayor cuanto más elevada sea su constante dieléctrica.
Estos sensores se emplean para
la identificación de objetos, para funciones contadoras y para toda clase de control de nivel de carga de materiales sólidos o líquidos
Contienen un devanado interno. Cuando una corriente circula por el mismo, un campo magnético es generado
Investigue y proponga un sistema de instrumentación y control básico, en el cual mida y controle una variable, usando alguno de los tipos de sensores descritos en el paso 1.
Paso 2:
Actualmente, existe una gran cantidad de sensores que se encuentran en la capacidad de detectar variables físicas presentes en el medio, no obstante, es necesario continuar con el estudio de implementación de nuevos sensores y sistemas de instrumentación que respondan a las necesidades del ser humano Para la realización de mediciones con sensores de tipo RTD es necesario someter la temperatura a medir sobre un metal, el cual varía su resistencia, directamente proporcional a la temperatura, uno de los materiales metálicos más utilizados es el platino, ya que su coeficiente de temperatura es de 0.00093, permitiendo un rango de medición alto [1]. La RTD es un tipo de sensor que ha generado el interés de muchos investigadores en la búsqueda de materiales que permitan la construcción de nuevos sensores de temperatura. También se encuentran investigaciones, las cuales presentan desarrollos o avances tecnológicos que permiten ampliar los recursos en la implementación de sistemas de instrumentación virtual. Actualmente, la RTD más utilizada en el merc ado, es conocida por su referencia PT10 0. Este particular tipo de RTD consiste en un alambre de platino que a 0°C tiene 100 ohm y que al aumentar la temperatura intensifica su resistencia eléctrica. El incremento de la resistencia no es lineal, pero sí creciente y caracte rístico del platino, de tal forma que mediante tablas es posible enco ntrar la temperatura exacta a la que corresponde. La única forma para obtener una mejor precisión en el procedimiento de la calibración, es comprobar el sensor con temperaturas conocidas. Es por esto que Fluke y Hart Scientific han trabajado en c onjunto, para ofrecer una solución que permite mej orar la calidad de la calibración, reduciendo el error introducido por el sensor al sistema de medición y control de lazo mediante el uso del calibrador de procesos multifunción Fluke 744, el cual ofrece funciones de control de diversos puntos de temperatura, permitiendo calibrar el transmisor de temperatura de fo rma manual o automática con el mismo sensor.
El símbolo general para estos dispositivos se presenta en la figura 1
El símbolo expresa que el coeficiente de variación es positivo y de comportamiento lineal. El funcionamiento de la RTD radica en el cale ntamiento del metal, cuando esto ocurre existe una agitación térmica, la cual aumenta la resistencia eléctrica [5]. Esta variación se expresa como lo indica la ecuación 1
Para el desarrollo de la fase uno, denominada caracterización del material, se realizaron las siguientes acciones: se arrollaron cuatro metros de alambre ferroníquel con sección transversal de 0.2 mm sobre un núcleo cilíndrico de material aislante de 0,5 cm de diámetro. El alambre arrollado se sometió a calefacción controlada y se realizaron mediciones de resistencia por cada variación de temperatura. La segunda fase se denominó sistema de adquisición de señal, para esto se diseñó un circuito, que contuviera un puente Wheatstone y seguido un amplificador de instrumentación, el puente Wheatstone, está constituido de un juego de 3 resistencias de 100 Ohm, y el amplificador, está c onfigurado para amplificar con una ganancia de 100 vece s la señal. En la fig. 2, se observa el esquema del circuito.
CONCLUSIONES. El comportamiento de los diferentes puentes y amplificadores depende de la configuración de nuestros componentes dentro del circuito, y es mu y sensible a cualquier variación que se tenga sobre alguno de estos, por lo cual es de vital importancia el diseño previo de cada uno de los circuitos antes de proceder con la implementación de los mismos, ya que en instrumentación la precisión, sensibilidad y demás características del circuito y/o y/o dispositivo deben ser muy exactas.
BIBLIOGRAFIA.
Granda, M. M., & Mediavilla, B. E. (2015). Instrumentación electrónica: transductores y acondicionadores de señal. España: Editorial de la Universidad de Cantabria. (pp. 117 137). Recuperado de http://site.ebrary.com/lib/unadsp/detail.action?docID=11059351 Martin Martínez, M. (2016). Curso de instrumentación tema 3. Salamanca, España: Recuperado de: http://ocw.usal.es/eduCommons/ensenanzastecnicas/instrumentacion/contenido/Instrumentacion_Tema3.pdf Mandado, P. E., Mariño, E. P., & Lago, F. A. (2009). Instrumentación electrónica. Barcelona, ES: Marcombo. (pp. 13 – 13 – 29). 29). Recuperado de: http://site.ebrary.com/lib/unadsp/reader.action?docID=10357205 Acedo, S. J. (2006). Instrumentación y control básico de procesos. Madrid, ES: Ediciones E diciones Díaz de Santos. Recuperado de http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2077/lib/unadsp/reader.action?ppg=15&docID=10165 807&tm=1499902097957
