UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA ABIERTA Y A DISTANCIA DISTANCIA UNAD.
INSTRUMENTACION INSTRUMENTACION 203038_27.
ACTIVIDAD UNIDAD 2: FASE 3 - CONCEPTOS ADECUACIÓN DE SEÑALES, ESCALIADO DE SEÑAL
PRESENTADO A:
PRESENTADO POR:
BO!OTA DC. 28 NOVIEMBRE DE 20"7.
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 confiuración 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 confiuración de nuestros componentes dentro de cada circuito!
OB#ETIVOS. -
"elacionar los conceptos básicos de adecuación de señales!
-
#dentificar las diferentes técnicas de reducción de ruido!
-
Diseñar e implementar amplificadores operacionales, puentes de Wheatstone y Maxwell!
OB#ETIVOS. -
"elacionar los conceptos básicos de adecuación de señales!
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#dentificar las diferentes técnicas de reducción de ruido!
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Diseñar e implementar amplificadores operacionales, puentes de Wheatstone y Maxwell!
DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD. A$%&'&()( &*(&'&(+) P) ": "ealice un mapa conceptual sobre los sensores resistivos, capacitivos, inductivos! Debe resaltar caracter$sticas y usos! Sensores
Sensores Resistivos
Sensores Inductivos
!os sensores moduladores del tipo resistivos, son aquellos que varían una resistencia en "unción de la variable a medir. medir.
!os sensores inductivos se utili%an 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 "ísico con los mismos.
Sensores Capacitivos !os sensores capacitivos son un tipo de sensor eléctrico que reacciona ante metales y no metales que al aproimarse a la super"icie activa sobrepasan una determinada capacidad.
Características y usos Características y usos
Detectan objetos metálicos y no metálicos al contrario de los sensores inductivos que solo detectan objetos
#)rabajan bajo el "luido de corriente eléctrica. #-"recen una
Tipos Varia ariabl ble e a medir medir
Mecánica Térmica Magnética Óptica
$ens $ensor or resi resist stiv ivo o (otenciómetro )ermo resistencia *agneto resistencia +otorresistencia
Características y usos
DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD. A$%&'&()( &*(&'&(+) P) ": "ealice un mapa conceptual sobre los sensores resistivos, capacitivos, inductivos! Debe resaltar caracter$sticas y usos! Sensores
Sensores Resistivos
Sensores Inductivos
!os sensores moduladores del tipo resistivos, son aquellos que varían una resistencia en "unción de la variable a medir. medir.
!os sensores inductivos se utili%an 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 "ísico con los mismos.
Sensores Capacitivos !os sensores capacitivos son un tipo de sensor eléctrico que reacciona ante metales y no metales que al aproimarse a la super"icie activa sobrepasan una determinada capacidad.
Características y usos Características y usos
Detectan objetos metálicos y no metálicos al contrario de los sensores inductivos que solo detectan objetos metálicos. Valido Valid o 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 coneión respecto a un determinado material es mayor.
#)rabajan bajo el "luido de corriente eléctrica. #-"recen una solución válida para problemas de medida
Tipos Varia ariabl ble e a medir medir
Mecánica Térmica Magnética Óptica Química
$ens $ensor or resi resist stiv ivo o (otenciómetro )ermo resistencia *agneto resistencia +otorresistencia igrómetro resistivo
Características y usos
#*iden la variación de la resistencia eléctrica de un dispositivo
#Detectan objetos metálicos #$e utili%an muc&o en las industrias automotrices en la cadena de producción #$e utili%an para aplicaciones de posicionamiento #'gnoran los objetos no metálicos
P) 2% #nvestiue y propona un sistema de instrumentación y control básico, en el cu al mida y controle una variable, usando aluno de los tipos de sensores descritos en el paso &!
I*%/+1*% (1 +* &%1) (1 $*%/ &$ S&%1) (1 &*%/+1*%)$&4* 5 $*%/ &$. Dispositivo para selección de cubos de metal y cubos de plástico en una cinta transportadora
C6*1*%1 S1*/: inductivos 'sensor de metal(, capacitivos 'sensor de plástico(! C*%/)(/: Microprocesador pic E11*% &*): pistones activados por el microprocesador )ue recibe la señal variable del sensor inductivo o capacitivo!
P) 2% #nvestiue y propona un sistema de instrumentación y control básico, en el cu al mida y controle una variable, usando aluno de los tipos de sensores descritos en el paso &!
I*%/+1*% (1 +* &%1) (1 $*%/ &$ S&%1) (1 &*%/+1*%)$&4* 5 $*%/ &$. Dispositivo para selección de cubos de metal y cubos de plástico en una cinta transportadora
C6*1*%1 S1*/: inductivos 'sensor de metal(, capacitivos 'sensor de plástico(! C*%/)(/: Microprocesador pic E11*% &*): pistones activados por el microprocesador )ue recibe la señal variable del sensor inductivo o capacitivo!
D1$/&6$&4* (1 &%1) (1 &*%/+1*%)$&4* *obre una cinta transportadora pasan blo)ues cuadrados hechos de plástico y metal los cuales se les va a reali+ar una selección! través de sensores inductivos y capacitivos se obtiene la señal variable )ue es interpretada por el microprocesador pic )ue activa los pistones para )ue sea sacado el blo)ue de la cinta transportadora a su respectiva selección! Sensor inductvo Cina ransporador ransporadora a
Pisón
Sensor capacitvo Pisón Microprocesador Microprocesad or PIC
Bloque meálico
Bloque de plástco
Recipiene de selección
P)4 3: Diseñar y simular en software -D un sistema de instrumentación en el cual% #mplemente un sensor resistivo en un puente de d e Wheatstone, aliméntelo con ./, ./, ajuste la salida a una escala de 0/12/! #mplemente visuali+ación por 3eds! *e suiere usar un 3M42&5, para p ara visuali+ar la salida mediante leds!
C$+ P+1*%1 (1 91)%%*1 /6% ./ "&789: ".7 ;9:( "47
5∗7 10
3,5 KΩ
=
C$+ A6&&$)(/ AD20 Debemos hallar la resistencia de anancia
RG
la cual nos va a permitir obtener el voltaje )ue
)ueremos a la salida del amplificados D=.0 3a siuiente formula nos permite obtener la resistencia de anancia RG =
49400 Ω
G −1
>ncontramos la anancia ? para resolver la ecuación G=
9 V 0.47 V
13.43
=
"empla+amos RG =
49400 kΩ 13.43 −1
RG =3.94 KΩ
>ntre el pin & y @ se conecta la resistencia de anancia >l amplificador es alimentado con un valor de &0/
RG
*e obtiene en la salida un valor de 2/
C$+ (1 L3;"< /oltaje de "eferencia! través de los pines =, ; y @ podemos ajustar el voltaje de referencia, para activar la escala de leds! plicando plicando la fórmula propuesta en la datasheet del 3M42&5 decimos )ue /oltaje de referencia 7 &!.8 A '&B ".C"&((, obtendremos el rano de voltajes v oltajes sobre el cual trabajara el 3M42&5! "esolviendo la formula, obtendr$amos el siuiente resultado% &!.8 A '=!.9 '=!.9 C&9 B &( 7 2/ >sto sinifica )ue el 3M42&5, leerá en su entrada 'pin 8( un voltaje entre 0 y 2/ D-!
2C &0 7 0!2v
-ada led de la escala se encenderá entonces, cuando la entrada se incremente en 0!;v, como se puede ver a continuación%
continuación se presenta el montaje completo con lo )ue re)uiere la u$a!
L&*= V&(1:
Real Realic ice e un mapa mapa conc concep eptu tual al sobr sobre e los los sens sensor ores es resi resist stiv ivos os,, capacitivos, inductivos. inductivos. Debe resaltar características y usos. Paso aso
1:
SENSORES
Sensores inductivos Sensores resistvos
Son los sensores "asados en la variacion de la resisencia elecrica de un dispositvo
O$recen una solución válida para numerosos pro"lemas de medida
Son tpos de sensores resistvos
Poenciómeros! galgas e)ensiom*ricas ! deecores de emperaura resistvos o R,-! ermisores! magneorresisencias magneorresisencias!! $oorresisencias! .igrómeros resistvos & resisencias semiconducoras para la deección de gases
(os sensores capacitvos /01S2 reaccionan ane meales & no meales
al apro)imarse a la super%cie actva so"repasan una deerminada capacidad+
(a disancia de cone)ión respeco a un deerminado maerial es ano ma&or cuano más elevada sea su consane consan e diel*crica+
Esos sensores se emplean para
la ident%cación de o"#eos! para $unciones conadoras & para oda clase de conrol de nivel de carga de maeriales sólidos o l'quidos
Sensores inductvos
son una clase especial de sensores que sirve para deecar maeriales $errosos
Son de gran utliación en la indusria! ano para aplicaciones de posicionamieno como para deecar la presencia o ausencia de o"#eos meálicos
Contenen un devanado inerno+ Cuando una corriene circula por el mismo! un campo magn*tco es generado
Investigue y proponga un sistema de instrumentación y control básico, en el cual mida y controle c ontrole una variable, usando alguno de los tipos de sensores descritos en el paso 1.
Paso 2: 2:
1cualmene! e)ise una gran cantdad de sensores que se encuenran en la capacidad de deecar varia"les 3sicas presenes en el medio! no o"sane! es necesario contnuar con e l esudio de implemenación de nuevos sensores & sisemas de insrumenación que respondan a las necesidades del ser .umano Para la realiación de mediciones con sensores de tpo R,- es necesario someer la emperaura a medir so"re un meal! el cual var'a su resisencia! direcamene direcamene proporcional a la emperaura! uno de los maeriales meálicos más utliados es el platno! &a que su coe%ciene de emperaura es de 4+44456! permitendo un rango de medición alo 789+ (a R,- es un tpo de sensor que .a generado el iner*s de muc.os investgadores investgadores en la ":squeda de maeriales que permian la consrucción de nuevos sensores de emperaura+ ,am"i*n ,am"i*n se encuenran investgaciones! investgaciones! las cuales presenan desarrollos o avances ecnológicos que permien ampliar los recursos en la implemenación de sisemas de insrumenación virual+ 1cualmene! la R,- más utliada en el mercado! es conocida por su re$erencia P,844+ Ese partcular tpo de R,- consise en un alam"re de platno que a 4;C tene 844 o.m & que al aumenar la emperaura emperaura inensi%ca su resisencia el*crica+ El incremeno de la resisencia no es lineal! pero s' creciene & caracer'stco del platno! de al $orma que mediane a"las es posi"le enconrar la emperaura emperaura e)aca a la que corresponde+ (a :nica $orma para o"ener una me#or precisión en el procedimieno de la cali"ración! es compro"ar el sensor con emperauras conocidas+ Es por eso que ar Sc ient%c .an ra"a#ado en con#uno! para o$recer una solución que permie me#orar la calidad de la cali"ración! reduciendo el error inroducido por el sensor al sisema de medición & conrol de lao mediane el uso del cali"rador de procesos mult$unción
El s'm"olo general para esos dispositvos se presena en la %gura 8
El s'm"olo e)presa que el coe%ciene de variación es positvo & de comporamieno lineal+ El $uncionamieno de la R,- radica en el calenamieno del meal! cuando eso ocurre e)ise una agiación *rmica! la cual aumena la resisencia el*crica 7A9+ Esa variación se e)presa como lo indica la ecuación 8
Para el desarrollo de la $ase uno! denominada caraceriación del maerial! se realiaron las siguienes acciones se arrollaron cuaro meros de alam"re $erron'quel con sección ransversal de 4+ mm so"re un n:cleo cil'ndrico de maerial aislane de 4!A cm de diámero+ El alam"re arrollado se sometó a cale$acción conrolad conrolada a & se realiaron mediciones de resisencia por cada variación de emperaura+ emperaura+ (a segunda $ase se denominó sisema de adquisición de seDal! para eso se diseDó un circuio! que conuviera un puene .easone & seguido un ampli%cador de insrumenación! el puene .easone! esá constuido de un #uego de 6 resisencias de 844 O.m! & el ampli%cador! ampli%cador! esá con%gurado para ampli%car con una ganancia de 844 veces la seDal+ En la %g+ ! se o"serva el esquema del circuio+
CONCLUSIONES. >l comportamiento de los diferentes puentes y amplificadores depende de la confiuración de nuestros componentes dentro del circuito, y es muy sensible a cual)uier variación )ue se tena sobre aluno de estos, por lo cual es de vital importancia el diseño previo de cada uno de los circuitos antes de proceder con la implementación de los mismos, ya )ue en instrumentación la precisión, sensibilidad y demás caracter$sticas del circuito circuito yCo dispositivo deben ser muy exactas!
BIBLIO!RAFIA.
?randa, M! M!, E Mediavilla, 6! >! '.0&8(! #nstrumentación electrónica% transductores y acondicionadores de señal! >spaña% >ditorial de la Fniversidad de -antabria! 'pp! &&; 1 &4;(! "ecuperado de http%CCsite!ebrary!comClibCunadspCdetail!actionGdoc#D7&&08248& Martin Mart$ne+, M! '.0&=(! -urso de instrumentación tema 4! *alamanca, >spaña% "ecuperado de% http%CCocw!usal!esCedu-ommonsCensenan+as1 tecnicasCinstrumentacionCcontenidoC#nstrumentacionHIema4!pdf Mandado, !, Mariño, >! *% Marcombo! 'pp! &4 K .2(! "ecuperado de% http%CCsite!ebrary!comClibCunadspCreader!actionGdoc#D7&048;.08 cedo, *! L! '.00=(! #nstrumentación y control básico de procesos! Madrid, >*% >diciones D$a+ de *antos! "ecuperado de http%CCbibliotecavirtual!unad!edu!co%.0;;ClibCunadspCreader!actionG pp7&8Edoc#D7&0&=8@0;Etm7&52220.02;28;