Unidad2 Fase3 LuceroMunoz (1)

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD

Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Curso: Instrumentacion-203038 Instrumentacion-203038

UNIDAD 2: FASE 3 - SE SELECCIONAR LECCIONAR TEMAS, REALIZAR VÍDEOS Y DISEÑAR AMPLIFICACIÓN DE SEÑALES

INSTRUMENTACION – 203038 203038

PRESENTADO POR: LUCERO MUÑOZ

TUTOR: JORGE ENRIQUE ARBOLEDA

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS, TECNOLOGIAS E INGENIERÍA FACULTAD DE INGENIERÍA 2018


Escuela de Ciencias Básicas, Tecnología e Ingeniería Curso: Instrumentacion-203038

INTRODUCCION Nuestro mundo es una constante de descarga de interacciones, de las cuales en la totalidad de ellos es difícil interpretar, Por esto nos vemos en la necesidad de transformar esas interacciones a un lenguaje entendible para nosotros. En la historia el hombre. tratado de encontrar la mejor manera para que exista un perfecto encaje entre lo que sucede y lo que nosotros plasmamos en un papel. Siempre estamos tratando de permitir el acceso a estas cantidades son los instrumentos de medida. Es por esto que la instrumentación es una parte fundamental de la ingeniería, y una óptima conexión entre eventos, sistemas y el humano depende de ello. En esta fase el grupo colaborativo tendrá que realizar una parte investigativa que consiste en elegir uno de los temas de instrumentación y realizar un video donde se aborde lo más relevante, luego se abordaran las ventajas y desventajas de una de las características del amplificador de instrumentación frente al amplificador operacional. Por otro lado, el grupo tendrá que diseñar e implementar puentes Wheatstone donde se indica para cada uno ciertas características, y culminamos con la implementación de un software CAD un sistema de medición de temperatura. Todo esto con el fin de potencializar y reafirmas las habilidades que hemos conseguido con el estudio de la unidad 2.



OBJETIVOS

Objetivos General Aplicar todos los conceptos aprendidos en la unidad 2 adquiriendo las destrezas necesarias en el manejo de las técnicas de instrumentación

Objetivos Específicos



Analizar las ventajas y desventajas del amplificador de instrumentación



Diseñar e implementar un Puente de Wheatstone



Implementar un software CAD sistema de medición de temperatura



Paso 1: Seleccione uno de los siguientes temas, investigue y realice un video de máximo 3 minutos en el cual mencione lo más relevante:     

Ruido (incluir tipos y fuentes ruido) Técnicas reducción Ruido Escalización y amplificación de señales Conversión Análoga – Digital Visualización dinámica de señales

Conversión Analógica-Digital (CAD) Conversión analógica-digital consiste básicamente en realizar de forma periódica medidas de la amplitud (por ejemplo la tensión que proviene de un micrófono si se trata de registrar sonidos, de un sismógrafo si se trata de registrar vibraciones o de una sonda de un osciloscopio para cualquier nivel variable de interés) de una señal, redondear sus valores a un conjunto finito de niveles preestablecidos de tensión (conocidos como niveles de cuantificación) y registrarlos como números enteros en cualquier tipo de memoria o soporte. Conversor analógico digital de 4 niveles por comparación directa de la señal de entrada con cuatro tensiones de referencia obtenidas mediante un divisor resistivo. digital, es el componente básico para que un ordenador, por ejemplo, en un proceso de control automático, pueda realizar la medida de la señal eléctrica a nalógica, que varía de forma continua en el tiempo, suministrada por el elemento Sensor, estos elementos pasan la señal que varía continuamente a una señal que lo hace a saltos (resolución) y sólo cada cierto tiempo (muestreo). El funcionamiento de la conversión analógico - digital estriba en que la información analógica no es directamente manipulable, ni procesable, mediante sistemas digitales o a través de un ordenador, pero si lo son las señales digitales que pueden almacenarse indefinidamente, y pueden incluso reproducir la señal analógica sin error apreciable. Como ejemplo más destacable en la actualidad, es la técnica de Grabación d igital, donde la señal analógica que es la voz, en un proceso previo, será sometida a muestreo y transformada en lenguaje binario. Los unos y ceros que se obtienen en esta acción serán los que, posteriormente, se grabarán sobre un Disco compacto (CD) esto gracias a la tecnología láser, podrán ser reproducidos con una c alidad de sonido increíblemente igual a la original.



Procesos que intervienen en la Conversión Analógica-Digital Muestreo: el muestreo consiste en tomar muestras periódicas de la amplitud de onda. La velocidad con que se toma esta muestra, es decir, el número de muestras por segundo es lo que se conoce como frecuencia de muestreo.

Retención: las muestras tomadas han de ser retenidas (retención) por un circuito de retención (hold), el tiempo suficiente para permitir evaluar su nivel (cuantificación). Desde el punto de vista matemático este proceso no se contempla, ya que se trata de un recurso técnico debido a limitaciones prácticas, y carece, por tanto, de modelo matemático.

Cuantificación: en el proceso de cuantificación se mide el nivel de voltaje de cada una de las muestras. Consiste en asignar un margen de valor de una señal analizada a un único nivel de salida. Incluso en su versión ideal, añade, como resultado, una señal indeseada a la señal de entrada: el ruido de cuantificación.

Codificación: la codificación consiste en traducir los valores obtenidos durante la cuantificación al código binario. Hay que tener presente que el código binario es el más utilizado, pero también existen otros tipos de Códigos que también son utilizados. Durante el muestreo y la retención, la señal aún es analógica, puesto que aún puede tomar cualquier valor. No obstante, a partir de la cuantificación, cuando la se ñal ya toma Valores finitos, la señal ya es digital.

Pendiente la realización del video.



Paso 2: Seleccione una de las siguientes características del amplificador de instrumentación y justifique porque es una ventaja frente a un amplificador operacional:     

CMRR alto Ajuste de ganancia con un único resistor Alta impedancia de entrada Baja impedancia de salida Factor de ruido muy cercano a la unidad

Amplificador de instrumentación: Para hablar de las características del amplificador de instrumentación y conocer las ventajas de este frente al amplificador operacional, primero hablaremos un poco del amplificador de instrumentación: El amplificador de instrumentación es un dispositivo creado a partir de amplificadores operacionales. Está diseñado para tener una alta impedancia de entrada y un alto rechazo al modo común (CMRR). Se puede construir a base de componentes discretos o se puede encontrar encapsulado (por ejemplo, el INA114). La operación que realiza es la resta de sus dos entradas multiplicada por un factor. Su utilización es común en aparatos que trabajan con señales muy débiles, tales como equipos médicos (por ejemplo, el electrocardiógrafo), para minimizar el error de medida. El amplificador de instrumentación tiene todas las características del amplificador operacional:

-

Amplificación diferencial Alta impedancia de entrada Baja impedancia de salida La ganancia puede ser modificada La ganancia es constante sobre una amplia banda de frecuencias.

Las ventajas del amplificador de instrumentación: Las tensiones y corrientes parásitas (no deseadas), Tensión de offset (Vos) y corriente de offset (Ios), y sus derivas térmicas son mucho más bajas en los amplificadores de instrumentación que en los amplificadores operacionales. Una de las desventajas del amplificador de instrumentación es que no es apto para trabajar con señales demasiado altas, por lo que su utilización es común en aparatos que trabajan con señales muy débiles, tales como equipos médicos (por ejemplo, el electrocardiógrafo), para minimizar el error de medida.



Característica del Amplificador de Instrumentación: Baja Impedancia de Salida ventaja frente a un amplificador operacional: Los amplificadores de instrumentación surgen ante la necesidad de medir tensiones de un nivel muy bajo en presencia de señales indeseadas (ruidos); por ejemplo, la salida de un puente de medida con transductores. Por tanto una de las ventajas de este frente al amplificador operacional es que la ganancia no se vea afectada por la carga que se conecta a su salida.

En el amplificador operacional la impedancia de salida Zout es muy baja, del orden de 1 ohm.



Paso 3: Diseñar e implementar Puente de Wheatstone alimentado con 500mV; realice la medición de una fotoresistencia. Amplifique la salida del puente de wheatstone por un número igual al # de grupo * 11 (AV=#G*11), usando un amplificador de instrumentación constituido por 3 amplificadores operacionales.

Numero grupo 24.

Puente de Wheatstone equilibrado



Puente de Wheatstone desequilibrio máximo

1=0,5 1=1 2=1 3=1=2000 4==? Emplearemos la siguiente fórmula para hallar RX:

1∗4=2∗3 Despejamos en función de R4:

4=3∗ 2 1



4=2000∗ 1 1 = Diseño de los amplificadores de instrumentación.

== Por lo que le damos un valor:

==30 También tenemos que la ganancia de la etapa diferencial está dada por:

=− 1.2 1.1 Podemos calcular la resistencia de la etapa de preamplificación con la siguiente formula:

 =    1 La guía nos solicita que sea igual al número del grupo.

=24 Con estos datos podemos hallar ahora RG:

2   = −1 2∗30  = 24−1 =2.608 Ω Calculamos ahora las resistencias de la etapa diferencial:

1.2 = 4 1.1 3 Para calcular la ganancia de 11 que pide la guía:

=− 1.2 1.1 =11



Daremos un valor a R1.1 para hallar R1:

1.1 = 5 

Según la teoría:

1.2=∗1.1 1.2=11∗5 1.2 = 55  1.1=3 1.2=4

Podemos ahora realizar la simulación con la salida amplificada según la guía:

∗=

Variando la entrada:



Paso 4: Diseñar e implementar Puente de Wheatstone alimentado con 200mV; realice la medición de una fotoresistencia. Amplifique la salida del puente de Wheatstone y obtenga una salida de 0V – 10V, usando un amplificador de instrumentación AD620.

1=0,2 1=100 2=100 3=1=2000 4==? Emplearemos la siguiente fórmula para hallar RX:

1∗4=2∗3  = 100k∗100k 200k =50k  =50  = 49,400 G−1 Hallaremos la

 = 10V 264 =0.0378787 10V =264  = 0.0378787 49,400 = 0.18783 = 0.18783  = 264−1





Paso 5: Implementar en software CAD un sistema de medición de temperatura con un lm35 y diseñe la etapa de amplificación de tal manera que obtenga 5V para una temperatura de 80°C. Adicionalmente el sistema debe encender un LED rojo cuando la temperatura supere los 75°C y un LED verde cuando se mantenga entre 40°C y 74°C.

80 = 800mV 

800mV (X) = 5000mV

800 =6.25  = 5000  =   1 6.25=   1 6.25−110=   =52,5 Divisor de Voltaje Voltaje de referencia cuando la temperatura sea de 40



 =      Voltaje entrada es 5V Alimentación del LM35 Voltaje de salida cuando se tienen 40



= 400mV * (la ganancia) del amplificador

400 6.25 = 2.5  Se realiza ajuste al voltaje de salida (ref. voltaje simulacion2.54 V) cuando la temperatura es igual a 40 C 

2.54=5 +  



2.5410  = 5 25.4 2.54 = 5 25.4 = 5 − 2.54 25.4 = 2.46  = 25.4 2.46 =10.3 Voltaje cuando la temperatura es de 75 : 

750 6.25 = 4.7  4.75=5 ( 10 10 ) 4.7510  =5∗10 47.5 4.75 = 50 4.75 = 50 − 47.5 4.75 = 2.5  = 2.5 4.7 = 0.531 = 531



REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS

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://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2460/lib/unadsp/reader.action?docID=3428884

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 29). Recuperado – de: http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2460/lib/unadsp/reader.action?docID=3186302

Instrumentación y mediciones (2010). Recuperado de Bogotá, Colombia: UNAD. (pp. 70 – 95). Recuperado de: http://hdl.handle.net/10596/4960

Unidad2 Fase3 LuceroMunoz (1)

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