PROYECTO FINAL Act 11: Examen Final Evaluación por proyectos
RENULFO ENRIQUE MINDIOLA
GRUPO: 201455_50
CÓDIGO: 201455-140
TUTORA Ing. DIANA GISSELA VICTORIA
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA INSTRUMENTACION Y MEDICIONES 2013
INTRODUCCIÓN
Instrumentación electrónica es la parte de la electrónica, principalmente analógica, que se encarga del diseño y manejo de los aparatos electrónicos y eléctricos, sobre todo para su uso en mediciones. La instrumentación electrónica se aplica en el sensado y procesamiento de la información proveniente de variables físicas y químicas, a partir de las cuales realiza el monitoreo y control de procesos, empleando dispositivos y tecnologías electrónicas. A continuación se realiza un instrumento de medida electrónico que sea capaz de medir la capacitancia desde 10pF hasta 100mF, utilizando las técnicas del puente de Schering o Wien, utilizando también los aportes de las teorías electrónicas y análisis de circuitos.
OBJETIVOS
El capacímetro nos dará una indicación precisa de los valores máximo y mínimo de su capacidad.
Comprobar el estado de cualquier condensador así como conocer el valor de su capacidad.
Clasificar los que estén bien para su aprovechamiento para otros montajes.
JUSTIFICACIÓN
En las medidas electrónicas nos encontramos con que hay varias formas de determinar la capacidad de un elemento. Algunos métodos se basan en un puente de impedancias (los llamados puente de “Wien” y de “Schering”, explicados en el material anexo), los cuales son utilizados preferentemente para determinar el factor de pérdidas en capacitores (D). Su implementación y puesta a punto es algo complicada y el acercamiento a la medida debe realizarse en forma manual por el operador (el proceso se asemeja a una sintonización), lo que lo hace un método poco práctico para adquirir una medida en forma automática.
DESCRIPCIÓN El puente de “Schering” Cuando se desea medir capacidad y factor de pérdidas de capacitores y otros elementos que tienen capacidad asociada, tales como cables armados para alta tensión, aisladores, transformadores de potencia para uso industrial (Que utilizan aceite como refrigerante, y en los cuales se desea determinar las características del mismo como dieléctrico); todos los elementos que puedan considerarse como capacitores en serie con una resistencia de bajo valor; se prefiere utilizar el puente de “Schering”, que en estas circunstancias y a diferencia del anterior, es un poco más fácil de equilibrar. La figura siguiente muestra el esquema básico de un puente de “Schering”. Los capacitores C4 y C3 son patrones regulables en décadas, en tanto que R3 y R2 son los elementos de ajuste que permiten equilibrar el puente.
En la condición de equilibrio se obtiene:
La operación más fácil para obtener el equilibrio se consigue manteniendo constantes los valores de R3 y C4, y regulando R2 y C3. En este caso se consigue la lectura independiente, pues C3 no entra en la fórmula de Cx e interviene directamente en la determinación de D. En cambio R2 entra solamente en el cálculo de Cx. INTEGRADO 555 El funcionamiento del instrumento se basa en el funcionamiento del 555 como multivibrador monoestable. Para efectuar la medición del capacitor, el microcontrolador se encarga de manejar las entradas RESET y TRIGGER en forma adecuada y, una vez disparado el multivibrador, toma el tiempo en que OUTPUT permanece en estado alto (HIGH). El tiempo que dure el pulso generado será directamente proporcional al valor de C (que es el capacitor bajo prueba) y de Ra. Repasando brevemente el modo de operación de un multivibrador monoestable, podemos recordar que inicialmente C se cargará a través de Ra, intentando alcanzar una tensión de carga equivalente a la tensión de alimentación del circuito. MICROCONTROLADOR El PIC inicia un acumulador de tiempo y, si el mismo se excede en determinada cantidad de cuentas, el PIC entenderá que no se trata de un capacitor pequeño (escala de pico Faradios) y conmutará automáticamente a drenar corriente a través del puente de Schering Si la salida del multivibrador se sigue manteniendo alta y el segundo contador dentro del programa del microcontrolador también se desborda, el PIC conmutará automáticamente al tercer rango para cargar más rápidamente el capacitor que evidentemente estará dentro del rango de los microfaradios. De acuerdo al programa realizado, los desbordes sucederán a las 9.999 unidades y, para facilitar la lectura de los resultados obtenidos, las escalas se expresarán de 1 a 999 pico Faradios, luego de 1,00 a 9,9 nano Faradios y de 10 a 99 nano Faradios, repitiéndose este modo de visualización en la escala de los micro y mili Faradios.
HERRAMIENTAS PARA IMPLEMENTAR EL PROYECTO
PIC18628a Resistencias variables 5k Ohmios, 200 Ohmios Y 1M Ohmios Circuito integrado NE555 Diodos Capacitores LCD Cristal de cuarzo Resistencias fijas Capacitores de prueba.
HARDWARE
FASES O ETAPAS DEL PROYECTO FASE 1: Identificación de la necesidad: Por qué y el para qué del proyecto. Se necesita diseñar un instrumento de medida “un capacimetro” utilizando los conocimientos de electrónica e instrumentación, con conversores digitales y visualización en Display o LCD. En el área de la electrónica es muy útil la utilización de este instrumento para la calibración de muchas tarjetas y saber el calor del componente electrónico como el condensador, que es muy utilizado en los filtros, osciladores, fuentes reguladas y conmutadas. También se puede saber si el condensador tiene la medida exacta que dice el fabricante o si hay deterioro del mismo que no esté almacenando corriente como es debido, así podemos detectar una falla y el cambio del componente.
FASE 2: Diseño teórico: Diseño en papel, cálculos, circuitos
El puente de “Schering” Cuando se desea medir capacidad y factor de pérdidas de capacitores y otros elementos que tienen capacidad asociada, tales como cables armados para alta tensión, aisladores, transformadores de potencia para uso industrial (Que utilizan aceite como refrigerante, y en los cuales se desea determinar las características del mismo como dieléctrico); todos los elementos que puedan considerarse como capacitores en serie con una resistencia de bajo valor; se prefiere utilizar el puente de “Schering”, que en estas circunstancias y a diferencia del anterior, es un poco más fácil de equilibrar.
Pero tuvimos un inconveniente al diseñar el puente de Schering, al diseñar el circuito siguiente:
Lo cual puede usted notar que contiene el puente de Schering, un amplificador de configuración restador con alta impedancia de entrada, conformado por 2 seguidores de voltaje y un restador normal, después un rectificador analógico con operacionales de onda completa y al final un filtro DC para eliminar el rizo de la onda sinusoidal de la señal DC rectificada. Se comenzó a comparar los resultados de capacitancia vs voltaje de salida y nos resultó la siguiente grafica de líneas.
Como se puede apreciar es una curva que se describe a través de una función cuadrática pero al dar valores de capacitancia muy grade no mantiene la relación y se llega a una cota. Para eliminar ese efecto se debe cambiar todo el diseño del puente porque no basta con mover las resistencias para que nos dé un voltaje con relación a la capacitancia y mejor se optó por cambiar de diseño a un modelo digital. NE555: Multivibrador monoestable [editar] Esquema de la aplicación monoestable del 555.
de
multivibrador
En este caso el circuito entrega a su salida un solo pulso de un ancho establecido por el diseñador. El esquema de conexión es el que se muestra. La fórmula para calcular el tiempo de duración (tiempo
en el que la salida está en nivel alto) es: [s] [segundos]
Nótese que es necesario que la señal de disparo, en la terminal #2 del 555, sea de nivel bajo y de muy corta duración para iniciar la señal de salida. Como podemos apreciar hay una relación directa con el tiempo empleado por el capacitor al cargarse. Se realizó las pruebas correspondientes y estos fueron los resultados: Timer PIC Capacitor (pf) 144 10 196 20 252 30 636 100 1188 200 2828 500 5564 1000
capacitor 1200
CAPACITANCIA (pF)
1000 800 600 y = 0,1826x - 16,23 R² = 1
400 200 0 0
1000
2000
3000
4000
TIEMPO DEL TIMER DEL MICRO (1:0,2uS) capacitor
Lineal (capacitor)
5000
6000
Fase 3: Simulación: Se utiliza una herramienta informática para realizar el diseño y comprobar su funcionamiento.
Descripción del hardware, para calcular el valor desconocido del capacitor se debe pulsar el botón de “Calcular Cx” y el micro comienza a contar el tiempo que dura la señal en alto del oscilador 555, cuando la señal baja se realiza la respectiva formula que nos indica el capacitor utilizado.
CONCLUSIONES
Se realizó el proyecto con muy buena investigación buscando la forma de la mejor implementación, la calidad y que realice una medida con precisión y exactitud, también con un numero bajo de componentes y que sea fácil uso para el usuario. Se obtuvieron diferentes problemas a la hora de escoger el método a emplear y el diseño a utilizar pues las medidas no fueron siempre las adecuadas para realizarlas, pero se logró el objetivo de la realización.
BIBLIOGRAFÍA
http://
http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado_555
Modulo Instrumentación y mediciones UNAD.
