Lab 02 Control de Procesos

CONTROL DE PROCESOS CODIGO: AE6010

LABORATORIO Nº 02

“FUNDAMENTOS DE MEDICIÓN” (Parte 02)

 Miranda Velásquez, Jhon

Alumno : Grupo

:

Semestre

:

Fecha de entrega

:

A

Profesor: Ing. Andrés Moroco

VI 0 2

0 9

1 6

Hora:

Nota:

------

ELECTROTECNIA INDUSTRIAL

ANALISIS DE TRABAJO SEGURO (ATS) Tarea: Docente: Alumnos (Apellidos y nombres)

Fundamentos de medición. Parte II

Ing. Andrés Moroco -

0

D Labora Taller:

Firma:

Miranda Velásquez, Jhon

Caract

Se hiz

Pasos de la tarea 1

Med

Introducción al tema

2 3 4

5 6 7 8 9 10 11

Hacer un ATS y lista de materiales Gestión y recepción de materiales Montaje de los circuitos para las diferentes experiencias con los sensores Alimentación de los sensores con 24Vdc Puesta en marcha de los circuitos Análisis e interpretación de resultados Desmontar el trabajo realizado Devolver el material utilizado Limpiar el área de trabajo

-

-

-

-

-

-

Prestar una adecuada atenc laboratorio.

-

-

-

-

-

-

Gestionar adecuadamente l

-

X

X

X

X

-

Usar zapatos de seguridad.

-

-

X

X

X

-

Seguir adecuadamente el ci

X

-

X

X

X

-

Usar zapatos y lentes de se

X

X

X

-

Usar zapatos y lentes de se

X -

-

X

-

-

-

Identificar las experiencias del

-

X -

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X X X

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-

Usar zapatos de seguridad y s Caminar cuidadosamente por e

Dejar el lugar de trabajo tal

PLANIFICACION PARA EL AVANCE DE LA TAREA 1 2 3 4

5 6 7

ACTIVIDAD Introducción del desarrollo de la tarea Hacer un ATS y lista de materiales Gestión y recepción de materiales Montaje de los circuitos para las diferentes experiencias con los sensores Alimentación de los sensores con 24 Vdc Puesta en marcha de los circuitos Análisis e interpretación de resultados

15

30

45

60

75

90

105

120

135

150

165

8 9 10

PLANIFICACION DE ACTIVIDADES COMPLEMENTARIAS 1 2 3 4 5 6 7 8 9

ACTIVIDAD Desmontar el trabajo realizado Devolver el material utilizado Limpiar el área de trabajo Tomar datos de los nuevos sensores industriales adquiridos.

15

30

45

60

75

90

105

120

135

150

165

CONTROL DE PROCESOS

FUNDAMENTEOS DE MEDICIÓN. Parte 02 I.

Nro. DD-106 Página 4 / 18 Código: AE601 0

Semestr e: Grupo:

VI A

OBJETIVOS 1. Identificar las principales características de los sensores industriales. 2. Desarrollar habilidades para la selección, configuración y calibración de equipos de control industrial 3. Montar adecuadamente sensores industriales.

II.

EQUIPOS Y MATERIALES Multímetro digital. Transmisores Calibradores Elementos sensor Actuadores

    

III.

INTRODUCCIÓN TEÓRICA Desarrollada en clase.

IV.

DESCRIPCION DE LAS TAREAS 1. 2. 3. 4.

Tomar los datos de placa de los instrumentos. Investigar cada uno de los equipos, sensores y actuadores (realizar en casa) Reconocimiento de los equipos con lo que se trabaja en instrumentación y control Presentación del informe digital en forma individual, en anexos incluir las hojas técnicas de los instrumentos usados en el laboratorio. .

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FUNDAMENTEOS DE MEDICIÓN. Parte 02

V.


Semestr e: Grupo:

PROCEDIMIENTO:

SENSOR DE PROXIMIDAD DE TRES HILOS. 1.- Toma de datos de placa del sensor inductivo:

Marca: TELEMECANIQUE XS618B1PAL2 Voltaje de trabajo: 12 - 48V Sn: 8mm Tipo (PNP o NPN): PNP Tipo de salida: BINARIA Diámetro del sensor: 16.7mm

Data Sheet ( Ver Anexo 1)

Dibujar el diagrama de Conexiones

VI A

Nro. DD-106 Página 6 / 18 Código: AE601

CONTROL DE PROCESOS


2.- Toma de datos de placa del sensor capacitivo:

Marca: Schneider Eléctric

XT2 18/30A1PAL2 Voltaje de trabajo: 12 - 24 DC Sn: 5 mm Tipo (PNP o NPN): PNP Tipo de salida: BINARIA Diámetro del sensor: 17.3mm

Data Sheet (Ver Anexo 2)

0

Semestr e: Grupo:

VI A


CONTROL DE PROCESOS



Semestr e: Grupo:

VI A

3.- Instalar el sensor en la mesa de desplazamiento y alimentarlo de acuerdo a su diagrama de conexiones, teniendo cuidado con la polaridad de la fuente de alimentación. Como carga del sensor se instalará una lámpara de neón de 24 VDC.

Imagen 1. Montaje para un sensor capacitivo PNP de 3 hilos.

Imagen 2. Montaje para un sensor inductivo PNP de 3 hilos.


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0

Semestr e: Grupo:

VI A

4.- Colocar acero como material de muestra en el carro “porta muestra” y determine la distancia de maniobra relativa “Sr” (activación) de cada sensor de proximidad, en función al material detectado, además determine la distancia de liberación “S DESACT” (desactivación). Deduzca la Histéresis a partir de estos valores. Repetir el procedimiento anterior para cada uno de los materiales indicados en la siguiente tabla:

MATERIAL

INDUCTIVO DISTANCIA HISTÉRESI S Sr SDESACT

CAPACITIVO DISTANCIA Sr

SDESACT

Acero St-37

5

6

1

4

6

2

Latón

4

5

1

4

5

1

Aluminio

4

5

1

3

5

2

Cobre

4

5

1

3

5

2

Cartón

-

-

-

1

2

1

Goma

-

-

-

3

5

2

Plástico

-

-

-

1

2

1

Vidrio

-

-

-

3

4

1

Bot. c/agua

-

-

-

3

4

1

4.- Qué tipo de materiales detecta un sensor de proximidad inductivo? Qué relación tiene la naturaleza ferromagnética del material respecto a la distancia de maniobra relativa Sr? Detecta objetos metálicos, que para nuestra experiencia detecto el acero, latón, aluminio y cobre, no obstante este tipo de sensor ignora objetos no metálicos. La distancia de conmutación de un sensor de proximidad dentro de los márgenes de tensión de alimentación y temperatura ambiental. La desviación máxima de la distancia real de conmutación es ±10%. La distancia útil de conmutación se especifica por 0,9 Sr < Su < 1,1 Sr.

5.- Qué tipo de materiales detecta un sensor de proximidad capacitivo? Qué relación tiene la constante dieléctrica del material respecto a la distancia de maniobra relativa Sr? Los sensores capacitivos reaccionan ante metales y no metales que al aproximarse a la superficie activa sobrepasan una determinada capacidad. La distancia de conexión respecto a un determinado material es tanto mayor cuanto más elevada sea su constante dieléctrica.

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Semestr e: Grupo:

VI A

6.- Qué ocurre con la histéresis en el caso de la detección de metales con el sensor de proximidad capacitivo? A diferencia del sensor inductivo, el capacitivo produce un campo electrostático en lugar de un campo electromagnético, siendo así que también censan objetos metálicos, 7.- Qué ventajas ofrece un sensor binario de proximidad de dos hilos frente a otro de tres hilos? La conexión a tres hilos es la más común, dos de los hilos son la alimentación del sensor y el tercer hilo va conectado a la salida del sensor, internamente uno de los cables de alimentación debe ir al circuito de salida para suministrar energía a la carga, tal como se muestra en la siguiente figura.

En la conexión a dos hilos, los hilos, sirven para conectar el circuito de salida a la carga, el sensor puede ser visto como un interruptor, y necesariamente los mismos dos hilos alimentan el sensor.

Los sensores de dos hilos se los conecta en serie a la bobina de un relé pequeño y un fusible y el conjunto, a la red de 110 o 220VCA. Los de 3 hilos, se los usa con tensiones de alimentación de 12 o 24VCC. Tienen un transistor con el colector como tercer terminal al que se conecta la bobina de un relé; si el sensor es tipo es PNP, entre colector y negativo va conectada la bobina; si es tipo NPN, entre positivo y colector.

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Semestr e: Grupo:

VI A

SENSOR POTENCIOMETRICO RECTI H25. 1.- Toma de datos de placa del sensor:


Marca: MCB FRANCE CAPTEUR Modelo: RECTI H25-100 Resistencia Nominal: 4,7K Tolerancia: 20% Linealidad: 0.1%

Data Sheet (Ver Anexo 3)

2.- Realizar una tabla en donde se contemple Distancia vs Resistencia, desarrolle además la gráfica de la curva característica del sensor. Distancia (cm )

Resistencia (kΩ )

0.2

0.342

1.2

0.81

2.3

1.21

3.5

1.87

4.7

2.31

5.8

2.85

7.0

3.44

8.1

3.97

9.3

4.53

CONTROL DE PROCESOS

FUNDAMENTEOS DE MEDICIÓN. Parte 02 10.5


Semestr e: Grupo:

VI A

4.78

Imagen 3. Montaje para un sensor potenciométrico. 3.- Describa el principio de funcionamiento del sensor potenciométrico. Los potenciómetros lineales son transductores de distancia y posición con contacto y rozamiento. La medida se obtiene mediante el deslizamiento de unas escobillas sobre una pista plástica resistiva, que en función del punto donde se encuentre, dará un valor proporcional en resistencia. 4.- Diseñar una aplicación industrial para este dispositivo

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Semestr e: Grupo:

VI A

Una aplicación para el sensor potenciométrico vendría ser la medida de distancia y posicionado en general de maquinaria para diferentes industrias, como la madera, cerámica, mármol, etc., en las que no existen grandes distancias y se busca una automatización sencilla. Asimismo como un sensor de fuerza. Conversión de una fuerza en un desplazamiento.

SENSOR FOTOELÉCTICO DIFUSO 1.- Toma de datos de placa del sensor:


Marca: FESTO Modelo: D.ER-FR-4-1/0-B Rango: Tipo de salida: ANALOGICA

2.- Conectar el sensor fotoeléctrico y alimentarlo de acuerdo a su diagrama de conexiones teniendo cuidado con la polaridad de la fuente de alimentación.

Imagen 4. Montaje para un sensor fotoeléctrico difuso.


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0

Semestr e: Grupo:

VI A

3.- Energize el dispositivo solo con la aprobación del docente y proceda a medir la salida de corriente con el amperímetro. 4.- Determine el mínimo y máximo alcance del dispositivo con diferentes superficies de reflexión. MATERIAL

DISTANCIA Min

Max

Acero

0 cm -3.79 mA

2.0 cm -16.4 mA

4.0 cm -20.12 mA

6.0 cm -20.16 mA

8cm-20.20 mA

Plástico

0 cm -3.79 mA

1.25 cm -13.8 mA

2.5 cm -20.14 mA

3.75 cm -20.19 mA

5cm-20.20 mA

Vidrio

0 cm -3.79 mA

1.6 cm -18.46 mA

3.25 cm -20.17 mA

4.8 cm -20.19 mA

6.5cm-20.20 mA

Cobre

0.3 cm.79 mA

2.8 cm -12.30 mA

5.5 cm -20.08 mA

8.25 cm -20.18 mA

11cm-20.20 mA

5.- Describa el principio de funcionamiento del sensor fotoeléctrico difuso.

Están diseñados especialmente para la detección, clasificación y posicionado de objetos; la detección de formas, colores y diferencias de superficie, incluso bajo condiciones ambientales extremas. Los sensores de luz se usan para detectar el nivel de luz y producir una señal de salida representativa respecto a la cantidad de luz detectada. Un sensor de luz incluye un transductor fotoeléctrico para convertir la luz a una señal eléctrica y puede incluir electrónica para condicionamiento de la señal, compensación y formateo de la señal de salida.

6.- Investigue y desarrolle una aplicación práctica con el uso del sensor fotoeléctrico difuso. La detección de haz transmitido y la detección normal o polarizada retrorreflectiva crea un haz de luz entre la fuente de luz y el receptor o entre el sensor y el reflector. En ambos casos es necesario el acceso a ambos lados de la diana u objeto a detectar Hay situaciones en las que es difícil, por no decir imposible, acceder a ambos lados de la diana. En estas aplicaciones, es necesario apuntar la fuente de luz directamente al objeto. La luz es dispersada por la superficie en todos los ángulos y una pequeña porción es reflejada nuevamente para ser detectada por el receptor contenido en la misma carcasa. Este modo de detección se llama difuso o de proximidad.


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0

Semestr e: Grupo:

VI A

Un modo de detección en el que la luz incide sobre la superficie de un objeto, es difundido por ésta en todos los ángulos y detectado por el sensor. Existen varios modos diferentes de detección difusa. En esta sección se describe la más simple, la detección difusa normal. Los otros tipos, difusa de corte abrupto, difusa de foco fijo, difusa gran angular, y supresión del fondo difuso, se explican en secciones más adelante. La meta de la detección difusa normal es obtener un margen relativamente alto al detectar el objeto. En ausencia de ésta, los reflejos procedentes de cualquier fondo que se halla detrás de la diana han de proporcionar un margen tan cercano a cero como sea posible. La reflectividad de la diana puede variar ampliamente. Las superficies relativamente brillantes pueden reflejar la mayor parte de la luz en dirección opuesta al receptor, lo cual dificulta mucho la detección. La cara activa del sensor ha de ser paralela a estos tipos de superficies pertenecientes a las dianas. Los objetos muy oscuros o mate absorben la mayor parte de la luz incidente y reflejan muy poca para ser detectados. Estos objetos pueden ser muy difíciles de detectar, a no ser que el sensor se sitúe muy cercano a los objetos que se desea detectar. La máxima distancia de detección especificada relativa a un sensor fotoeléctrico se determina utilizando una diana difusa calibrada. Allen-Bradley utiliza una hoja de papel blanco de 216 mm (8.5 pulgadas) x 292 mm (11 pulgadas) especialmente formulada para poseer un 90 % de reflectancia— lo que significa que el 90 % de la energía lumínica procedente de la fuente de luz será reflejada por el papel. Las dianas en el "mundo real" generalmente son significativamente menos reflectivas, tal como se muestra en la Tabla 2.

Diana

Reflectividad relativa típica

Aluminio pulido

500

Papel banco (referencia)

100

Papel blanco de escritura

90

Cartón

40

Madera cortada

20


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Papel negro

10

Neopreno

5

Goma de neumático

4

Fieltro negro

2

0

Semestr e: Grupo:

VI A

La detección de dianas situadas cerca de fondos reflectivos puede ser una operación de resolución particularmente difícil. Puede ser imposible ajustar el sensor para obtener un margen suficiente desde el objeto sin detectar, o casi detectar el fondo. En este caso, pueden ser más apropiados otros tipos de detección difusa.

SENSOR DE FUERZA CON CIRCUITO CUARTO DE PUENTE 1.- Lleve a cabo el montaje del brazo de flexión según muestra la figura 1.

1. Brazo de


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0

Semestr e: Grupo:

VI A

flexión. 2. Amplificador y puente de Wheatstone. 3. Voltímetro Digital.

Figura 1 2.- Dibuje el circuito esquemático del sistema en cuestión.

3.- Balance del cero. Manteniendo el brazo de flexión sin carga y utilizando la perilla del offset en el amplificador, haga que la tensión de salida del amplificador de instrumentación sea lo más próxima posible a 0.0 mV. Una exactitud de 10 mV en la salida del amplificador es suficiente. 4.- Cuelgue las pesas según muestra la tabla 1. Anote los resultados en la misma tabla. Si es necesario realice el balance del cero luego de cada medida. 5.- En la figura 2, grafique la curva característica del sensor. Haga esto a partir de los datos consignados en la tabla 1.


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0

FUNDAMENTEOS DE MEDICIÓN. Parte 02 Carga (Gramos) 0 20 50 100 200 500

Semestr e: Grupo:

Fuerza (Newton) 0.0 0.2 0.5 1.0 2.0 5.0

Tabla 1.

Figura 2.

SENSOR DE FUERZA CON CIRCUITO SEMIPUENTE 1.- Lleve a cabo el montaje del brazo de flexión según la figura 3.

Figura 3. 2.- Dibuje el circuito esquemático del sistema en cuestión.

Voltaje (mV) 0.0 0.024 0.062 0.122 0.243 0.615

VI A


CONTROL DE PROCESOS


0

Semestr e: Grupo:

VI A

3.- Balance del cero. Manteniendo el brazo de flexión sin carga y utilizando la perilla del offset en el amplificador, haga que la tensión de salida del amplificador de instrumentación sea lo más próxima posible a 0.0 mV. Una exactitud de 10 mV en la salida del amplificador es suficiente. 4.- Cuelgue las pesas según muestra la tabla 2. Anote los resultados en la misma tabla. Si es necesario realice el balance del cero luego de cada medida. 5.- En la figura 4, grafique la curva característica del sensor. Haga esto a partir de los datos consignados en la tabla 2. Carga (Gramos) 0 20 50 100 200 500

Fuerza (Newton) 0.0 0.2 0.5 1.0 2.0 5.0

Tabla 2.

Figura 4. 6.- Describa el principio de funcionamiento del sensor de fuerza.

Voltaje (mV) 0 0.049 0.125 0.248 0.495 1.229

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Semestr e: Grupo:

VI A

El sensor de fuerza resistivo (FSR) es un dispositivo de película de polímero (PTF) que presenta una disminución de la resistencia cuando aumenta la fuerza aplicada a la superficie activa. Su sensibilidad a la fuerza está optimizada para uso en el control por toque humano de dispositivos electrónicos. 7.- Investigue y desarrolle una aplicación práctica con el uso del sensor de fuerza desarrollado. Los sensores de fuerza y de torsión se utilizan principalmente para medir las fuerzas de reacción desarrolladas en la superficie de separación entre conjuntos mecánicos. Los métodos principales para realizar esta operación son los de detección de articulación y muñeca. Un sensor de articulación mide los componentes cartesianos de la fuerza y de la torsión que actúa sobre una articulación de robot y la suma de forma vectorial. La mayoría de los sensores de fuerza de muñeca funcionan como transductores para transformar las fuerzas y los momentos ejercidos en la mano en desviación o desplazamientos medibles en la muñeca. Es importante que los movimientos de muñeca generados por el sensor de fuerza no afecten a la exactitud del posicionamiento del manipulador. Como aplicaciones importantes en el campo de los sensores de fuerza y torsion podemos anotar los siguientes: Robotica: Brazos roboticos utilizados en el ensamblaje de carrocerias y en general en ensambleje mecanico electrico. Rehabilitacion fisica: Ultimamante este campo se ha vuelto muy explotado ya que mediante el uso de sensores de este tipo se pueden elaborar protesis mas utiles ya que al sensar un pequeño movimiento de un musculo atrofiado pueden hacer que un actuador realice una tarea que la hacia una extremidad completa o una extremidad con un funcionamiento normal. Para este caso debemos entender claramente lo que es el sensor de fuerza de muñeca o muñeca detectora de fuerza la cual consta de un célula de carga que se sitúa entre la muñeca y las pinzas del brazo. Su objetivo es proporcionar información sobre las tres componentes de la fuerza (Fx,Fy,Fz) y sobre sus tres momentos en velocidad con la que se mueve el brazo es considerable, resulta difícil poder controlar sus movimientos lo suficientemente rápido como para que no provoque ningún problema (como el aplastamiento de algún objeto). Entonces así se puede proporcionar una prótesis que pueda simular el atrapar un objeto con la mano sin destruirlo o aplastarlo siendo esta en mi opinión las mejores aplicaciones para este tipo de sensores.

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PROYECTO REALIZADO POR: SEMESTRE VI

GRUPO

ITEM 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

Sensor Sensor Sensor Sensor Sensor

Fundamentos de medición Jhon Reymer Miranda Velásquez A FECHA 02 LISTA DE MATERIALES DESCRIPCION

de proximidad capacitivo de proximidad inductivo de fuerza fotoeléctrico difuso potenciométrico RECTI H-25

Cables de conexión


Semestr e: Grupo:

09

VI A

16

UNIDA D

CANT.

PZA. PZA. PZA. PZA. PZA. PZA.

1 1 1 1 1

5

Pza. Pza. Pza. Pza. Pza. Uni. Pza. Pza.

1 1 1 1 1 1 1 1

LISTA DE HERRAMIENTAS Y EQUIPOS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

Multímetro Conectores Perillero Zapatos de seguridad Lentes de seguridad Fuente DC Regla Juego de pesas


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ITE M 1

Pza. 2 Pza. 3 4 5 6

COSTO DE MATERIALES DESCRIPCION

UNIDA D

Pza. Pza. Pza. Pza.

7

Pza.

8

Pza.

TELEMECANIQUE XS618B1PAL2 INDUCTIVE PROXIMITY SENSOR, 4MM-8MM, 12VDC48VDC Telemecanique XT118B1PAL2 Capacitive Proximity Sensor, Nickel-Plated Brass 18-mm Dia. Barrel, 5-mm Sensing Distance, Industrial Use, 3-Wire PNP Output, VDC Input

1

1

VI A

PRECIO UNIT. S/.

PRECIO TOTAL S/.

457.00

457.00

514.00

514.00

Sensor de fuerza

1

150.00

150.00

Sensor fotoeléctrico difuso

1

100.00

100.00

Sensor potenciométrico RECTI H-25

1

140.00

140.00

Cables de conexión

5

4.00

20.00

10.00

10.00

Lámpara de Neón

9 10

TOTAL S/.

CANT.

0

Semestr e: Grupo:

1391.00

1

CONTROL DE PROCESOS

FUNDAMENTEOS DE MEDICIÓN. Parte 02 VI.


Semestr e: Grupo:

VI A

OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES OBSERVACIONES

 Se observó que el sensor potenciométrico RECTI h25 que se nos entregó inicialmente no estaba calibrado, luego de su inspección y calibración siguió votando errores fuera de lo común, por lo cual se vio necesario cambiar con otro sensor potenciométrico.  Se observó que el sensor capacitivo reconoce o detecta la presencia de objetos metálicos y no metálicos.  Se observó que al acercar un objeto no metálico al sensor inductivo este lo desprecio y no reconoció su proximidad.  Se observó las características de los nuevos sensores industriales que se adquirió, en algunos casos se revisó sus datos técnicos.  Se observó que nos tomó más tiempo de lo esperado para terminar el laboratorio, debido a que recién comenzamos a familiarizarnos con los sensores industriales.

CONCLUSIONES

 Se concluye que en el sensor potenciométrico al variar la distancia de su varilla va variando la resistencia de este linealmente.  Se concluye que el alcance del sensor capacitivo e inductivo, dependerá del diámetro de estos sensores.  Se concluye que según la aplicación será necesario ajustar la sensibilidad de los sensores capacitivos e inductivos para que se adapte al material, por ejemplo para materiales de constante dieléctrica débil como el papel, cartón o vidrio se tiene que aumentar la sensibilidad, y en caso de tener una constante dieléctrica fuerte hay que reducir la sensibilidad, por ejemplo con objetos metálicos o líquidos.  Se concluye que en los sensores de fuerza debido a la conexión de los cables en el puente de medición con amplificación, cuando se encuentra a ½ de puente el voltímetro nos entrega valores de voltaje que son aproximadamente el doble que los valores de voltaje obtenidos a ¼ puente.  Se logró entender el principio de funcionamiento de todos los sensores industriales propuestos para esta sesión del laboratorio, asimismo que reconoció el conexionado de estos y la forma correcta en que deben operar.

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