01_Introducción Al Uso de Sensores

Guía N°1 Introducción al Uso de Sensores Nombres: 1. Moreno Reategui, Mario Jesús 2. Ruiz Colchado, Christian 3. Arce Azabache, Brayand

4. Pajares Medina, Carmen

RESUMEN En el presente trabajo se aplicó las mediciones de sensores de distintas unidades básicas del SI. El grupo realizó actividades como la medición con el sensor de fuerza, donde para aplicar necesitábamos herramientas como lo son: sensor de fuerza, sensor de movimiento, riel, carro dinámico, juego de pesas, entre otras herramientas. herramientas. En el primer trabajo realizamos realizamos la medición con el sensor de fuerza, donde nos mostró datos muy variables por cada peso que colocamos en el sensor, teniendo una siempre una precisión de 0.01 N. Por otro lado, en el segundo trabajo, realizamos medidas con el sensor de movimiento, donde un compañero del grupo lanzó un carro dinámico con 3 fuerzas distintas y tras golpear un muro, disminuirá la velocidad y nos arrojó un dato de posición máxima y mínima respectivamente.

1.1

1.2

OBJETIVOS ●

Utilizar correctamente el sensor de fuerza.

●

Utilizar correctamente el sensor de movimiento.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Actualmente sería impensable realizar maniobras un poco complicadas, dentro del mundo de los procesos industriales, sin dos elementos ampliamente extendidos en nuestros días, por una parte, los autómatas programables y por otra los sensores , que permiten controlar las variables que afectarán al proceso industrial . Los autómatas por precio, versatilidad y facilidad de programación se han convertido en los sustitutos de las maniobras en los entornos industriales, y debido a las crecientes necesidades de los procesos industriales modernos, cada vez hay que controlar más variables que afectan a estos procesos (fenómeno de transformación, generado por un conjunto de sistemas que ejecutan acciones a cciones sobre una materia prima, dando como resultado un producto final), por lo que los sensores han entrado de lleno en estas maniobras. Hoy por hoy, sería difícil encontrar procesos automáticos que no estén gobernados por elementos de gobierno (cuya función es la de actuar como interruptores o pulsadores para arrancar, parar y determinar posiciones en procesos industriales), sensores (elemento que Manual de Laboratorio de Física

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Departamento de Ciencias UPN-T

es capaz de transformar señales físicas como temperatura, posición, longitud etc. en señales eléctricas) y autómatas. Siendo más rigurosos, los instrumentos industriales de medición, comúnmente denominados sensores, son dispositivos de naturaleza mecánica, eléctrica o electrónica, diseñados para convertir una magnitud variable física, en un valor o magnitud equivalente que la representa y que será usada con fines de registro de datos para análisis de información y/o control de determinados fenómenos o procesos. Entre los sensores a utilizar en el presente curso se encuentran:

Sensor ultrasónico de movimiento: Su elemento principal es un transductor electroacústico. Este elemento, en primer lugar, emite unas ondas ultrasónicas; a continuación, pasa a modo de espera, en el que, durante un cierto tiempo, espera la vuelta de las ondas reflejadas en algún objeto. Si las ondas llegan, quiere decir que hay algún objeto en las proximidades. Dependiendo del tiempo de conmutación del transductor (el tiempo que está esperando) se detectará un grado de proximidad u otro. Este tipo de sensores son más independientes del tipo de material que los anteriores y permiten detección de proximidad a mayores distancias.

Sensor de Fuerza de doble rango: Estos sensores utilizan una tecnología basada en la variación de resistencia eléctrica del área sensora. La aplicación de una fuerza al área activa de detección del sensor se traduce en un cambio en la resistencia eléctrica del elemento sensor en función inversamente proporcional a la fuerza aplicada. Permite tener dos rangos, el primero de 0-10 N y el segundo de 0-50 N.

Sensor de Compuerta de Luz: Este sensor posee barreras tipo emisor-receptor, las cuales están compuestas de dos partes, un componente que emite el haz de luz, y otro componente que lo recibe. Debido a que el modo de operación de esta clase de sensores se basa en la interrupción de haz de luz, la detección no se ve afectada por el color, la textura o el brillo del objeto a detectar. Estos sensores operan de una manera precisa cuando el emisor y el receptor se encuentran alineados. Esto se debe a que la luz emitida siempre tiende a alejarse del centro de la trayectoria.

Acelerómetro: Detecta la aceleración utilizando un circuito integrado (IC) basado en L1S344ALH de STMicroelectronics, diseñado originalmente para controlar la liberación de las bolsas de aire en un automóvil. Este IC es un micro-mecanizado con "piezas" muy finas elaboradas en silicio. Estas piezas están dispuestas y conectadas como las placas de un condensador, los cambios de capacitancia son expresados mediante una tensión y esta señal es filtrada y amplificada por el circuito op-amp. Este acelerómetro detecta la aceleración a lo largo de la línea marcada por la echa en la etiqueta. Las aceleraciones son normalmente medidas en metros por segundo por segundo. Su rango de medición está en el intervalo de -5g a +5g.

1.3 ● ●

MATERIALES Y EQUIPOS 01 PC con Windows y software Logger Pro 01 LabPro o Interface Universal Lab

Manual de Laboratorio de Física

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01 Sensor de fuerza 01 Sensor de movimiento. 01 Riel 01 Carrito dinámico 01 Juego de pesas.

● ● ● ● ●

Equipos

Sensor de Fuerza de doble rango

Sensor de movimiento

Interfaz LabPro

1.4

PROCEDIMIENTO 1. Conectar la interfaz LabPro a la fuente de alimentación y a la computadora (Ver fig. 1.1), verificar que una vez conectada encienda la luz intermitente que indica que se encuentra lista para empezar a trabajar.

Figura 1.1: Conexión interfaz LabPro

2. Conectar la interfaz LabPro a la fuente de alimentación y a la computadora (Ver fig. 1.1), verificar que una vez conectada encienda la luz intermitente que indica que se encuentra lista para empezar a trabajar. 3. Conectar el sensor de fuerza al canal 1 (CH1) de la interfaz y abrir el software Logger Pro. El software detecta de forma automática el sensor conectado y muestra una gráfica Fuerza vs. Tiempo. 4. Ensamblar el esquema experimental mostrado en la figura 1.2. Antes de empezar a realizar cualquier medición deberá calibrar el sensor dando clic en el botón CERO ( ) ubicado en la barra de herramientas del software.


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Figura 1.2: Esquema experimental 5. Colgar una a una las masas, de 20 g, 50 g y 100 g, del sensor de fuerza y dar clic en el botón ADQUIRIR del software LoggerPro. Registrar los valores de fuerza medidos en la Tabla 1.1. 6. Instalar el sensor de posición, conéctelo al canal digital 1 (DIG/SONIC 1) y abra el software LoggerPro. Una gráfica de Posición vs. Tiempo cargará automáticamente. Impulsar suavemente el carro sobre el riel y medir la posición mínima y máxima, para los tiempos de 3, 5 y 8 segundos. Registrar en la Tabla 1.2. 7. De la gráfica Posición vs. Tiempo, determinar la velocidad promedio del móvil y comparar con el resultado que se obtiene de la gráfica Velocidad vs. Tiempo. Registrar los datos en la Tabla 1.2 e insertar las gráficas.

1.5 OBTENCIÓN DE DATOS Tabla 1.1: Mediciones con el sensor de fuerza. asa (Kg) or medido (N) ecisión (N) .05 kg 0.4847 N 0.01 N 0.1 kg 0.9051 N 0.01 N 0.2 kg 1.942 N 0.01 N Tabla 1.2: Mediciones con el sensor de movimiento. iempo de medición ( s ) ción Min. ( m ) sición Max. ( m ) 2.95 s 0.193 m 1.008 m 2.10 s 0.180 m 1.016 m 1.10 s 0.181 m 1.029 m ●

Gráfica Posición vs. Tiempo


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1.6

●

Gráfica Velocidad vs. Tiempo

●

Gráfica Fuerza vs. Tiempo

DISCUSIÓN

1. Considerando la masa en Kg ¿En cuánto aumenta o disminuye el valor de la masa al medir con el sensor de fuerza? Explique la razón.


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2. Es importante la precisión del sensor de fuerza ¿por qué? Es de vital importancia la precisión del sensor de fuerza, porque con estos datos uno puede dar una medida exacta de un objeto o producto y así ser exactos en un trabajo sin errores en la precisión de este. Por ejemplo, en una constructora es importante ser exactos, ya que si hay algún desnivel en los pesos de la edificación, probablemente sea inseguro para la gente que pueda estar dentro de la construcción. 3. ¿Qué información podemos obtener de las gráficas Posición vs. Tiempo y Velocidad vs. Tiempo? En la gráfica Posición vs. Tiempo se puede ver un progreso ascendente hasta llegar al punto de quiebre, donde empieza a disminuir de una forma irregular. Por otro lado, en Velocidad vs. Tiempo se ve un progreso lineal en todo el recorrido, hasta donde choca contra el muro el carro, que es en donde disminuye con irregularidad.

4. ¿Qué sucede con la velocidad promedio de cada una de las gráficas mencionadas en la pregunta anterior? La velocidad promedio se mantiene siempre hasta donde el carro choca en el muro, y es ahí donde empieza a disminuir y variar la velocidad.

1.7

CONCLUSIONES ●

●

En la medición con el sensor de fuerza nos arroja 3 datos que cambian en el valor medido, ya que nos dan el peso en las pesas y la precisión en la aplicación LoggerPro. En la medición con el sensor de movimiento, mientras más aumentaba el tiempo, la posición máxima aumentaba respectivamente.


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