SISTEMA IS ENTRENADOR DE TRANSDUCTO ORES DL 2312 2312 DL PRACTICA SISTEMAS DIDACTICOS PARA LA EXCELENCIA EDUCATIVA
Dl 2312 PRACTICA
Pagina en Blanco
I
Dl 2312 PRACTICA
I NDICE Ejercicio 1.
1
Investigación sobre Sistemas de Control Prácticos
Ejercicio 2.
3
Características de un Sistema de Control ON/OFF para iluminación
Ejercicio 3.
5
Investigación sobre las características de una Sistema de Control Proporcional
Ejercicio 4.
10
Características de un Sistema de Control de Velocidad
Ejercicio 5.
14
Aplicación del Counter/Timer como medidor de Tiempo
Ejercicio 6.
15
Aplicación del Counter/Timer como Contador Simple
Ejercicio 7.
16
Aplicación del Counter/Timer como Contador de Revoluciones o Medidor de Frecuencia
Ejercicio 8.
18
Características del display de LED´s desplegable
Ejercicio 9.
19
Características del Medidor de Bobina Móvil
Ejercicio 10.
20
Comparación entre el Medidor de Bobina Móvil y el de despliegue Digital.
Ejercicio 11.
21
Para aumentar la escala de un Medidor de Bobina Móvil
Ejercicio 12.
22
Variación del voltaje de salida utilizando el potenciómetro como transductor de posición.
Ejercicio 13.
26
Características de los Amplificadores de Corriente Continua 1, 2 y x100.
Ejercicio 14.
28
Características de un Amplificador de Potencia y un Buffer
Ejercicio 15.
29
Características de un Amplificador de corriente y aplicación de un Buffer
Ejercicio 16.
31
Características de un Amplificador Inversor
II
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 17.
32
Características de un Amplificador Diferencial
Ejercicio 18.
33
Características de un Convertidor de Voltaje – Corriente
Ejercicio 19.
34
Características de un Convertidor de Corriente - Voltaje
Ejercicio 20.
35
Características de un Convertidor de Voltaje – Frecuencia
Ejercicio 21.
36
Características de un Convertidor de Frecuencia - Voltaje
Ejercicio 22.
37
Características de un Rectificador de Onda Completa
Ejercicio 23.
39
Características de un Comparador
Ejercicio 24.
41
Características de un Circuito Oscilador de Alarma
Ejercicio 25.
42
Características de un Interruptor Electrónico
Ejercicio 26.
43
Características de un Amplificador Sumador
Ejercicio 27.
45
Características de un Integrador
Ejercicio 28.
47
Características de un Circuito Diferenciador
Ejercicio 29.
49
Características de un Circuito Sample & Hold
Ejercicio 30.
50
El Buffer como compensador del efecto de carga, en el voltaje de salida de un potenciómetro
Ejercicio 31.
51
El Servo Potenciómetro. Variación del voltaje de salida como función de posición.
Ejercicio 32.
53
Medición de Resistencias usando el Circuito puente de Wheatstone
Ejercicio 33.
55
Medición de Voltaje usando el procedimiento del "Balance Nulo" (Método 1)
III
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 34.
57
Medición de Voltaje usando el procedimiento del "Balance Nulo" (Método 2)
Ejercicio 35.
59
Características del Circuito Integrado LM35 y la Temperatura
Ejercicio 36.
60
Construcción de un Termómetro Digital usando las ventajas del DL 2312
Ejercicio 37.
61
Características del Transductor RTD de Platino
Ejercicio 38.
63
Características del Termistor NTC
Ejercicio 39.
67
Características del Termistor NTC utilizado para un circuito de alarma (doble termistor)
Ejercicio 40.
69
Características del termopar tipo "K"
Ejercicio 41.
71
Características de la Celda Fotovoltáica
Ejercicio 42.
72
Características del Fototransistor
Ejercicio 43.
74
Detector de Intensidad Luminosa
Ejercicio 44.
75
Características del Fotodiodo PIN
Ejercicio 45.
77
Características del LVDT (Linear Variable Differential Transformer)
Ejercicio 46.
79
Características de una Resistencia Variable
Ejercicio 47.
81
Características del Strain Gauge (Deformímetro o Galga Extensiométrica)
Ejercicio 48.
83
Características del Sensor de Flujo de Aire
Ejercicio 49.
84
Características de un Transductor de Presión
Ejercicio 50.
85
Características de un Sensor de Gas
IV
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 51.
86
Características de un Transductor Optoeléctrico de Ranura y aplicaciones para medición y contéo de velocidad
Ejercicio 52.
89
Características del Transductor Optoreflexivo y el disco de Código Gray
Ejercicio 53.
91
Características del Transductor Inductivo
Ejercicio 54.
92
Características de un Transductor Efecto Hall
Ejercicio 55.
94
Características del Tacogenerador de DC de imán permanente
Ejercicio 56.
96
Características del Micrófono Dinámico
Ejercicio 57.
97
Características del receptor ultrasónico
Ejercicio 58.
99
Características del Altavoz de Bobina Móvil
Ejercicio 59.
100
Características del Buzzer
Ejercicio 60.
101
Características de un Solenoide de DC
Ejercicio 61.
103
Características del Relevador de DC
Ejercicio 62.
105
Características de una Válvula de Aire Electrónica
Ejercicio 63.
106
Características del Motor de Imán Permanente
V
Dl 2312 PRACTICA
Pagina en Blanco
VI
Dl 2312 PRACTICA
EJERCICIOS
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 1. Investigación sobre Sistemas de Control Prácticos +5V
V 0V
0V
Figura 1
Conecte el circuito de acuerdo a la figura 1. En el comparador, seleccione el interruptor de histéresis en la posición OFF y ajuste el potenciómetro de 100KΩ colocándolo a escala total en contrasentido a las manecillas del reloj Conecte la fuente de alimentación y mida el voltaje de salida del sensor de temperatura en IC. Registre los valores. Coloque temporalmente el Voltmetro, a la resistencia de 100KΩ y ajuste el voltaje de salida a 0.2V por encima del valor obtenido desde el sensor. De modo que, la referencia de temperatura estará 20° por encima de la temperatura ambiente. Voltaje de Salida del sensor de Temperatura = Voltaje de Referencia = Ahora, encuentre las características de tiempo-temperatura del sistema. Escriba los parámetros indicados para la siguiente tabla:
Tiempo Estado del Calentador Sensado de Temperatura Temperatura
Tabla 1
1
Dl 2312 PRACTICA
Temperatura
Grafique los valores característicos de temperatura contra tiempo:
Tiempo
¿Cuál es el valor de la variación en temperatura? ¿Cuál es la temperatura media? ¿Cómo se compara éste valor con la referencia? ¿Piensa ud. que el control ON/OFF es adecuado para ésta aplicación? Agregue un circuito de alarma para el sistema. La alarma debe funcionar cuando la temperatura exceda los 20° arriba de la temperatura ambiente. Seleccione los componentes apropiados desde el dispositivo disponible en el sistema DL 2312. Conecte y verifique el comportamiento del sistema. Notas.
2
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 2. Características de un Sistema de Control ON/OFF para iluminación. El circuito en la figura 2 activa un solenoide. El solenoide tiene que excitarse (ON) con un nivel de iluminación y des-excitarse (OFF) cuando el nivel de iluminación exceda el valor programado. +5V
1KΩ Ω 0V
100KΩ Ω +12V
0V
10KΩ Ω
V 0V
Figura 2
Sitúe el interruptor de histéresis en posición OFF, y ajuste el potenciómetro a cero. Encienda la fuente de alimentación (ON) y ajuste el potenciómetro de 100KΩ de modo que alcance el valor en el que comienza a responder el solenoide. Este será la referencia programada para la operación de sistemas de iluminación. Registre los valores de voltaje a la salida de la resistencia. Nota: El potenciometro de 1K es el Conductive Plastic, el de 100K es el de Carbón, y el potenciometro de 10K es el deslizable o Slide. Iluminación Ambiental. Voltaje programado para el cambio de estado en un solenoide = . Mueva su mano frente a la celda fotoconductiva. Notará que el solenoide cambia su estado cuando la celda varía su iluminación. Al no utilizar histéresis en el circuito comparador, bastará una pequeña reducción en el nivel de iluminación, para el cambio de estado. Aplique 10V a la lampara, ajuste el potenciómetro de 100KΩ hasta que el estado del potenciómetro cambie. Escriba el valor de voltaje de salida desde el potenciómetro. Este será la referencia programada para la operación del circuito con un nivel a máxima iluminación. Voltaje de Filamento en la lampara = 10V Voltaje programado para el cambio de estado en un solenoide =
3
Dl 2312 PRACTICA Repita la prueba aplicando 3V y 6V a la lampara y registre los resultados. El ejercicio ilustra la aplicación de un sistema de control ON/OFF para iluminación. El voltaje programado puede seleccionarse para algún valor dentro del rango observado, produciendo la conexión del circuito a cualquier valor de iluminación necesario. Notas.
4
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 3. Investigación sobre las características de un Sistema de Control Proporcional. V
Figura 3
Conecte el circuito como se muestra en la figura 3. El circuito esta adaptado para un sistema de Control Proporcional. En la zona del servopotenciometro, libere el seguro negro para acoplar el dial a la rueda de fricción del eje motor. Coloque los controles de ganancia "coarse" y "fine" del amplificador 1, a 10 y a 0.1 respectivamente, sitúe el potenciometro de 100kΩ en posición central y coloque la constante de tiempo del integrador a 1s y el diferenciador a 100ms.
El Control Proporcional Conecte la fuente de alimentación (ON) y gire completamente el control de la resistencia de 100KΩ. El eje de conducción del motor y el dial del servo-potenciometro deberán girar y seguir el movimiento a través del sistema aunque se haga un poco lento, causando un retraso antes que el servo-potenciometro comience a seguir a la entrada. Esto es debido a que la ganancia del sistema es baja. Observe los resultados que se obtienen al variar completamente el servo-potenciometro. Recorrido del servo-potenciometro con la ganancia del Amplificador No. 1 a 1.0 = (entrada completamente ajustada en el sentido de las manecillas del reloj) Recorrido del servo = (entrada completamente ajustada en contrasentido a las manecillas del reloj) Sitúe nuevamente el potenciometro de entrada en su posición central y repita el procedimiento para la ganancia "fine" a 0.5 (amplificador 1). Gire el control de entrada muy lentamente, cuando se acerque al final del recorrido el contacto del servopotentiometro puede rebasar el final de la pista y el eje de conducción girará continuamente.
5
Dl 2312 PRACTICA Si esto ocurre, vuelva el control de entrada rápidamente a su posición central. Con la ganancia a 5, el servo-potenciometro deberá seguir a la entrada estrechamente, dada su carga reducida y podrá obtenerse el recorrido casi total en ambas direcciones. Ganancia en 5.0 del Amplificador 1 Recorrido del Servo = (entrada completamente ajustada en el sentido de las manecillas del reloj) Recorrido del Servo = (entrada completamente ajustada en contra sentido a las manecillas del reloj) Con los controles de ganancia del amplificador 1, colocados a 10 y 1.0, ajustar el control de entrada para que el dial del servo-potenciometro indique 0. Ahora arrastre el dial girando el disco de Efecto Hall, con la mano y observe el recorrido total del dial hasta que el sistema reaccione e intente hacerle volver a su posición central. Repita el procedimiento para el ajuste de ganancia "fine" a 0.5 y 0.1 del amplificador y anote los resultados. Estos valores representan una “zona muerta” en el que el sistema no responde. “Zona muerta” con ganancia 10 y 1.0 del amplificador 1 = “Zona muerta” con ganancia 10 y 0.5 del amplificador 1 = “Zona muerta” con ganancia 10 y 0.1 del amplificador 1 = Observe el efecto que tiene la ganancia del sistema sobre la zona muerta. Este ejercicio ha ilustrado las características básicas del control proporcional cuyo resumen es el siguiente: Ganancia Baja: Zona muerta grande y respuesta sobreamortiguada a una entrada escalón Ganancia Media. Zona muerta media y respuesta ligeramente subamortiguada con una entrada escalón. Ganancia Grande. Zona muerta pequeña y respuesta subamortiguada para una entrada escalón.
Control Proporcional + Integral. Con la constante de tiempo integral a 1s, presione el botón reset. Conecte el cable conductor de la salida integral, a la entrada del amplificador sumador, como se muestra en la figura y entonces suelte el botón reset. Con la ganancia del amplificador 1 colocado a 10 y a 0.1, observe el efecto sobre la salida del servo al aplicar en la entrada una señal escalón, girando el potenciometro de 100KΩ abruptamente en un sentido o en otro. Observe el valor de salida en el integrador desde el voltmetro digital.
6
Dl 2312 PRACTICA La salida del integrador se incrementa hasta que el par motor es lo suficientemente grande como para superar la fricción y entonces la posición del eje se altera. Si el eje sobrepasa su posición correcta, el integrador reaccionará para corregir el error en el sentido contrario, y así el eje estará buscando constantemente su posición programada. Ahora repita el procedimiento con la ganancia "fine" del amplificador 1 colocada a 0.5 y luego a 1.0, resuma a continuación los resultados como se indica: Amplificador 1, con ganancia 10 y 0.5, con la constante de tiempo del integrador a 1s. ¿La respuesta inicial, fue más rápida que la anterior? ¿Hubo un sobrepaso? ¿Se reajusto al final la posición? Amplificador 1, con ganancia 10 y 1.0, con la constante de tiempo del integrador a 1s. ¿La respuesta inicial, fue más rápida que la anterior? ¿Hubo un sobrepaso? ¿Cuánto? ¿Se reajusto al final la posición? Con la ganancia del amplificador 1, a 10 y a 1.0, observe el efecto de la variación en la constante de tiempo del integrador, repitiendo el procedimiento con la constante de tiempo a 10s y después a 100ms. Con la constante de tiempo a 10s, el tiempo final de ajuste ¿fue más largo? Con la constante de tiempo a 100ms, el tiempo final de ajuste ¿fue más corto? Ahora, con la constante de tiempo a 100ms, observe el efecto de desplazar la salida de su posición estable, moviendo manualmente el disco de Efecto Hall y luego soltándolo, para cada uno de los tres ajustes de ganancia "fine" a 0.1, 0.5 y 1.0 Ganancia del Amplificador 1: 10 y 0.1 Esfuerzo requerido para mover el disco Reajuste de tiempo Ganancia del Amplificador 1: 10 y 0.5 Esfuerzo requerido para mover el disco Reajuste de tiempo Ganancia del Amplificador 1: 10 y 1.0 Esfuerzo requerido para mover el disco Reajuste de tiempo El ejercicio ilustro, las características básicas del control proporcional más él integral, las cuales se resume en los siguientes enunciados: q q
El control integral corrige cualquier error de estado fijo, es decir, los ajustes finales en el sistema. La reducción en la constante de tiempo del integrador, decrementa la corrección y puede producir una respuesta oscilatoria (inestabilidad).
7
Dl 2312 PRACTICA Control Proporcional + Derivativo. Desconecte la salida del integrador del amplificador sumador y conecte la salida del inversor al amplificador sumador. Con el amplificador 1, a ganancia 10 y 0.1, y una constante de tiempo en el diferenciador de 1s, observe la respuesta de salida del servo al aplicar una entrada escalón (movimiento abrupto del potenciometro de una dirección a otra). Repita el procedimiento y observe la respuesta para diferentes constantes de tiempo como a 100ms y 10ms. Observe el efecto de mover la salida de su posición estable. ¿Hay alguna tendencia para reajustar y corregir el error?. El efecto será más notable con una ganancia baja en el amplificador 1. Este ejercicio mostró algunas de las características del control proporcional + derivativo. Se resume de la siguiente forma: q
El control derivativo afecta la respuesta, solo durante el cambio de salida y se opone a la dirección del cambio, es decir respuesta amortiguada.
q
El incremento en la constante de tiempo del diferenciador aumenta el efecto amortiguamiento.
q
El control derivativo no tiene ningún efecto sobre un error de estado estable.
8
Dl 2312 PRACTICA Control Proporcional + Integral + Derivativo. Presione el reset del integrador y conecte una vez más, la salida del amplificador sumador colocando los controles de ganancia del amplificador 1, a 10 y a 1.0. Observe el efecto de aplicar a la entrada del sistema, una señal escalón con diferentes combinaciones para las constantes de tiempo del integrador y el diferenciador, observe su efecto y determine la combinación óptima, usando una carga pequeña. La mejor combinación para el amplificador 1 con ganancia 10 y 1.0 es: Integrador = Diferenciador =
Notas.
9
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 4. Características de un Sistema de Control de Velocidad
V
Figura 4
Conecte el circuito como se muestra en la figura 4, es decir, con las salidas de control diferencial e integral desconectadas (líneas punteadas). Ponga los controles de ganancia del amplificador 1, a 10 y a 0.1, y el amplificador 2, a 10 y 0.6, para acondicionar la señal del Tacogenerador sitúe la constante de tiempo del integrador a 1s y la del diferenciador a 10ms, coloque el control del counter/timer en “count” y "free run" y los dos potenciómetros a cero. Presione el soporte del servopotenciometro para desacoplarlo del eje del motor y así minimizar el desgaste de la unidad. El Voltmetro digital de 20V se utiliza para controlar la salida del integrador. El Medidor de Bobina Móvil permite llevar el control del voltaje de salida desde el amplificador de potencia al motor. Los leds se usan para controlar la corriente del motor, indicando la caída de voltaje a través de una resistencia de 1Ω en serie con el motor, de esta forma la lectura se dará directamente en ampers (cada LED 0.5 A). El Counter/Timer se usa para controlar la velocidad del motor.
10
Dl 2312 PRACTICA Operación de Lazo Abierto. Remueva la conexión de retroalimentación en el amplificador 2 para que el circuito trabaje en lazo abierto. Sitúe el control de la resistencia a 100KΩ a modo que la velocidad del motor sea 20 rev/s como se indica por el contador después de presionar el botón reset. El voltaje necesario para el motor es del orden de 2V. Frene el motor momentáneamente poniendo un dedo sobre el disco del optosensor. Comprobara que el motor se puede parar fácilmente, la corriente del motor aumenta aproximadamente a 0.5A y la tensión del motor cae ligeramente. Repita el procedimiento con las ganancias del amplificador 1 a 0.5 y 1.0. Encontrará que la ganancia del amplificador solo afecta la posición del potenciometro de 100KΩ pero no tiene efecto alguno sobre las características del motor.
Operación de lazo Cerrado, Control Proporcional. Ahora conecte el Tacogenerador al amplificador 1, para que el sistema opere en lazo cerrado. Coloque los controles de ganancia del amplificador 1 a 10 y 0.1 para una velocidad del motor de 20 rev/s. Esto requerirá el mismo voltaje anterior. Cargue el motor como lo hizo antes. Encontrará que el par motor es grande y la corriente y voltaje aplicado al motor aumentarán. Frene momentáneamente el motor y registre los valores de voltaje y corriente. Ganancia del amplificador 1: 10 y 0.1. Voltaje del motor en freno = Corriente del motor en freno = Incremente la ganancia "fine" del amplificador 1 a 0.3 y cargue el motor frenando el eje hasta que el voltaje aplicado sea 4V. El motor girará rápidamente. Observe la velocidad y corriente del motor. Ganancia del amplificador 1: 10 y 0.3 Motor cargado hasta un voltaje de aplicación de 4V Corriente en el motor = Velocidad del motor = Repita el procedimiento con la ganancia "fine" a 0.4 Ganancia del amplificador 1: 10 y 0.4 Motor cargado hasta un voltaje de aplicación de 4V Corriente en el motor = Velocidad del motor = Con el control en lazo cerrado, la ganancia del amplificador obviamente afecta las características del sistema, el incremento en la ganancia, y aumenta el par motor disponible.
11
Dl 2312 PRACTICA Control Proporcional + Integral Con la ganancia "fine" del amplificador 1 colocado a 0.1 y la constante de tiempo del integrador a 1s, presione el botón reset y manténgalo así, conecte la salida del integrador al amplificador sumador y suelte el botón reset. Con la velocidad del motor a 20 rev/s sin carga, cargue el motor hasta que el voltaje sea 4V. Mantenga esta carga lo más constante posible. Observe la velocidad del motor y el voltaje de salida desde el integrador a diversos intervalos de tiempo, para determinar las características del sistema en respuesta a la carga. Verá que la velocidad del motor al inicio cae, el voltaje a la salida del integrador aumenta hasta alcanzar el valor de 20 rev/s sin carga. El voltaje de salida del integrador permanece constante si la carga permanece constante. Remueva la carga y observe las características nuevamente. Note que al principio la velocidad asciende, la salida del integrador cae gradualmente y la velocidad se reduce al valor inicial de 20 rev/s, la salida del integrador permanece constante. El integrador automáticamente compensa algún error. La duración de tiempo depende de la constante del integrador. Coloque la constante de tiempo del integrador a 100ms y repita el proceso. Las características deben ser las mismas pero el tiempo de corrección debe ser más corto. Ponga los controles de la ganancia "fine" del amplificador 1 a 0.3 y repita el proceso. Notará que las características son muy similares, pero la respuesta en tiempo es más corta, debido a que la ganancia afecta la respuesta transitoria del sistema de control proporcional. Sus características fundamentales, se muestran en la siguiente figura:
Figura 5
12
Dl 2312 PRACTICA Control Proporcional + Integral + Derivativo. Conecte la salida derivada del inversor, al amplificador sumador, ponga la constante del diferenciador a 10ms, y mueva el potenciómetro de 10KΩ a cero, ponga los controles "coarse" y "fine" del amplificador 1 a 10 y 0.3 respectivamente y coloque la constante de tiempo del integrador a 100ms. Establezca la velocidad a 20 rev/sec sin carga alguna y ajuste gradualmente el control de la resistencia de 10KΩ, para aumentar la retroalimentación derivada. Observará que con solo una pequeña señal de retroalimentación derivada, la operación del motor es muy instable. Esto es debido a los picos de voltaje generados por el Tacogenerador durante el proceso de conmutación, el diferenciador los detecta y amplifica haciendo la retroalimentación directa de la señal derivada, poco satisfactoria. Este es un problema común en los sistemas de retroalimentación derivados, donde el ruido de la señal que se deriva puede llegar a producir inestabilidad en el sistema. Para evitar este problema haga que la señal del Tacogenerador pase a través de un filtro pasa bajo que elimine las frecuencias altas. Coloque la constante de tiempo del filtro a 100ms. Encontrará que el potenciometro de 10KΩ puede ajustarse en toda la gama, dando un control completo para la retroalimentación derivativa. Ajuste el potenciometro de 10KΩ al máximo y cargue el motor como antes hasta que el valor del voltaje sea 4V. Quite la carga y observe el efecto resultante sobre la velocidad del motor. Compare las características obtenidas, con las del control proporcional + integral, únicamente. La respuesta transitoria debe mejorarse sensiblemente. Varíe las constantes de tiempo del diferenciador y del filtro pasa bajo, observando su efecto sobre las características del sistema. El incremento en los intervalos de las constantes de tiempo, debe aumentar el efecto derivativo. Esto es, reducir el grado de cambio de velocidad e incrementar el amortiguamiento. Notas:
13
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 5 Aplicación del Counter/Timer como medidor de Tiempo.
Figura 6
Monte el circuito de la figure 6, colocando los controles del Counter/Timer en "Time" y "Free run", y presione el botón reset. El display indicará cero. Sitúe el control de ganancia "coarse" del amplificador 1, en 100, el contador del display se incrementará en intervalos de 5ms. Coloque el control de ganancia "coarse" a 1. Lo que el display muestra, se mantendrá. Esto ilustra la aplicación del Counter/Timer como unidad de medición de tiempo, mostrando el número a intervalos de 5ms, mientras la entrada se mantiene a +5V. Con la ganancia del amplificador a 1, restaure el contador del display poniéndolo en ceros. Ponga la ganancia del amplificador a 100 y observe el tiempo que toma en completar un ciclo desde 0 a 0. Esto será 5s. Use el "timer" para medir el tiempo de algunas otras operaciones y adquiera practica al manejarlo.
14
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 6 Aplicación del Counter/Timer como un Contador Simple. Utilizando el circuito de la figura 6. Coloque los controles del Counter/Timer en "Count" y “Free run” y restablezca el display desde cero. Cambie el control de ganancia del amplificador 1 a 100. El valor del contador se incrementará en "1". Repita el proceso varias veces. Ud. verá que el contador avanza 1, en cada cambio de ganancia, de 1 a 100, es decir, al aplicar un impulso de +5V a la entrada del contador. Remueva el conector de salida del amplificador 1, y colóquelo en contacto con la alimentación de +5V. Encontrará que el contador incrementa su valor en 1 cada vez que toca la alimentación de +5V. Así se ilustra la aplicación de un contador que incrementa su valor a razón de los pulsos positivos que recibe a la entrada.
Notas:
15
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 7 Aplicación del Counter/Timer como Contador de Revoluciones o Medidor de Frecuencia.
V
Figura 7
Conecte el circuito indicado en la figura 7, colocando los controles del contador en "count" y 1s, y el control del diferenciador a 1s, mueva el cursor del potenciometro de 100KΩ a cero. En este ejercicio necesitamos una frecuencia variable desde 0 a 600Hz. Para esto se usará el convertidor voltaje-frecuencia (V/F) disponible entre los circuitos acondicionadores de señal. Esta unidad se encarga de transformar el voltaje de entrada DC en una salida de frecuencia variable (1KHz por volt). Una entrada de 0.6V producirá una salida de 600Hz. Para que exista una buena regulación de 0 a 0,06V, se requerirá el amplificador 1 con el ajuste en ganancia puesto a 0,12 y conectada como se muestra en la figura 7. Ajuste con el potenciometro el voltaje de salida del amplificador a 0.1V, presione el botón reset del contador y observe la lectura mostrada. Deberá leer aproximadamente 100, representando 100Hz = 0.1V. Escriba los valores en la tabla 2. Repita el procedimiento para el resto de los voltajes que se indican en la tabla, y escriba los valores que se obtienen después de presionar el botón reset.
16
Dl 2312 PRACTICA
Voltajes de entrada al Conv.V/F Frecuencia de Salida (Hz)
0.1 100
0.2
0.3
0.4
200
300
400
0.5 500
Display del Contador Tabla 2 La exactitud del valor obtenido dependerá de la calibración del convertidor V/F y de la precisión en el voltaje de entrada. En este ejercicio se uso el convertidor V/F para obtener una frecuencia variable, y ejemplificar la aplicación. Sin embargo, se puede usar la combinación del eje y el motor, y obtener impulsos a través de los optoacopladores u otros elementos como apoyo. El método empleado para indicar la operación del Counter/Timer, puede funcionar para representar un medidor de voltaje, con las lecturas obtenidas en mV, como se aprecia en la tabla 2. Notas
17
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 8 Características del display de LED's desplegable.
V Figure 8
Conecte el circuito como se muestra en la figura 8, y ajuste el potenciometro para obtener un voltaje de salida cero. Con la fuente de alimentación conectada (ON) gire gradualmente el potenciometro para incrementar el voltaje y observe los valores en el display de led´s desplegable (LED bargraph). Escriba los valores en la tabla 3. Numero de LED
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Voltaje de iluminación Tabla 3 Varíe el voltaje rotando rápidamente el control en ambas direcciones y observe la respuesta del display. Ahora repita el procedimiento midiendo con un Voltmetro digital. Compare los resultados por su precisión y respuesta. Notas:
18
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 9 Características del Medidor de Bobina Móvil.
V
Figura 9
Conecte el circuito como se muestra en figura 9, coloque el potenciometro en su posición central y verifique que el indicador del medidor de bobina móvil (m.c.m) este a cero. Ajuste el tornillo de "ajuste a cero" en caso de ser necesario. Conecte la fuente de alimentación (ON), ajuste el voltaje de salida del potenciometro a +2V (lectura con el medidor digital) y observe el voltaje indicado por el medidor de bobina móvil. Registre los valores en la tabla 4. Repita el procedimiento para cada uno de los valores de voltaje y escriba los valores obtenidos en la tabla 4.
Voltaje (Digital)
-11
-9
-6
-2
Voltaje m.c.m. Tabla 4
Notas:
19
0
+2
+4
+6
+9
+11
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 10. Comparación entre el medidor de Bobina Móvil y el de despliegue Digital. Conecte el circuito como se muestra en la figura 10. Se incluyen los tres medidores en el circuito, permitiendo comparar sus características.
+5V
V -5V
0V
Figura 10
Varíe el voltaje de salida lentamente desde 0V a +5V y observe las variaciones en cada medidor. Compare los valores obtenidos en el medidor de bobina móvil, el display de LED´s y el medidor digital. Verá que el medidor de bobina móvil y el display de led´s siguen fielmente la variación de voltaje, mientras el medidor digital varía escalonadamente. Ahora varíe el voltaje de salida en forma alternada y rápida, observando la lectura del medidor de bobina móvil y de los leds. Podrá ver que los leds siguen la variación de voltaje estrechamente, mientras el medidor de bobina móvil esta retardado y la lectura no alcanza el valor pico de +5V. Esto es debido a la reducción e inercia del sistema de bobina, y a su estructura interna de construcción.
20
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 11. Para aumentar la escala de un Medidor de Bobina Móvil. La escala de voltaje del medidor de bobina móvil (m.c.m), puede incrementarse al conectársele una resistencia en serie. Coloque la resistencia de 100KΩ en serie con el medidor (m.c.m), de acuerdo a la figura 11.
V
Figura 11
Con el potenciometro de 10KΩ ajuste el voltaje a 10V (siga la lectura en el medidor digital) y entonces ajuste el potenciometro de 100KΩ para que el medidor de bobina móvil registre una lectura de +5V. (nota: - es necesario reajustar el voltaje durante el proceso, debido a la variación de carga en el circuito). Varíe el voltaje a través del potenciometro de 10KΩ, desde 0 a 24V y compare los valores leídos en el medidor digital con los obtenidos en el medidor de bobina móvil y evalúe la precisión del sistema.
21
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 12. Variación del voltaje de salida utilizando el potenciometro como transductor de posición.
V
Figura 12
Arme el diagrama anterior en su sistema DL 2312. Use el potenciometro de 100KΩ y mida el voltaje en la salida B, utilizando solamente el medidor digital. Conecte el control del potenciometro a cero. Observe el voltaje de salida. (1) Use solo el medidor digital. (2) Use solo el medidor de bobina móvil. (3) Use ambos medidores. Llene la tabla 5. Coloque el control del potenciometro a ¼ de su recorrido y repita las lecturas para esta posición, escribiendo los valores obtenidos en la tabla 5. Repita el procedimiento para, ½ y ¾ de su escala total, y registre las lecturas en la columna correspondiente.
22
Dl 2312 PRACTICA
Resist.
Mediciones de Control Digital
100k Carbón
Voltaje de Salida
Voltmetro m.c.m Ambos
Dig. m.c.m.
Tabla 5 Estudie los valores obtenidos. Los voltajes registrados con el medidor digital serán más altos que los obtenidos con el medidor de bobina móvil (mcm). La razón es que un medidor de bobina móvil, presenta un efecto de carga por el circuito de salida. El medidor de bobina móvil incorporado al sistema entrenador DL 2312 tiene una resistencia de 30KΩ. Usualmente un medidor digital, tiene una impedancia de entrada de 10 MΩ. Repita el procedimiento usando el potenciometro de plástico conductivo (conductive plastic potentiometer) de 10KΩ y el potenciometro de carbón deslizable (slide carbon potentiometer) de 10KΩ. Tome las lecturas con: (1) El medidor digital solamente (2) Ambos medidores simultáneamente. Inserte los valores en las tablas 6 y 7 Resist. 10k
Medición de Control Voltaje de Salida
Digital Ambos
Dig. m.c.m.
Tabla 6.
Resist. 10k
Medición de Control Voltaje de Salida
Digital Ambos
Dig. m.c.m.
Tabla 7
23
Dl 2312 PRACTICA Estudie las lecturas obtenidas. El efecto de carga del medidor de bobina móvil es menos pronunciado, a medida que es menor la resistencia del potenciometro. Grafique los voltajes como una función de la posición del cursor, use solo el medidor digital para los tres potenciómetros, siga el sistema de coordenadas mostrado.
Volts Salida
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0
0.25
0.5
0.75
1
0.75
1
Control de Medida (100κ)
Volts Salida
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0
0.25
0.5
Control de Medida (10κ – carbón)
Volts Salida
10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0 0
0.25
0.5
0.75
Control de Medida (10κ – plastico conductiv.)
Tabla 8
24
1
Dl 2312 PRACTICA Se espera alguna variación en la característica ideal, debido a la dificultad de colocar el cursor con precisión. Notas:
25
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 13 Características de un Amplificador de Corriente Continua 1, 2 y x100.
V
Figura 13
Monte el circuito de la figura 13, con el amplificador 1, colocando la ganancia "coarse" y "fine" en 100 y1.0 respectivamente. Con el voltaje de entrada del amplificador puesto a cero. Alimente el circuito con +5V, y ajuste el control del "offset" para que el voltaje de salida sea cero (o tan cercano a cero, como sea posible). Ahora, incremente el voltaje de entrada gradualmente y observe el voltaje de salida. Verá que el incremento es muy notable y que luego permanece en un valor máximo aunque continúe incrementándose el voltaje de entrada. Escribe el valor de éste voltaje máximo. Voltaje Máximo de salida = Ajuste el voltaje de entrada para que el voltaje de salida sea menor al valor máximo, esto es, un voltaje entre 9 y 10V; escriba los valores de voltaje para la entrada y la salida. Calcule la ganancia. Esta es, la ganancia máxima posible con este amplificador.
26
Dl 2312 PRACTICA Amplificador 1 = = =
Voltaje de Salida Voltaje de Entrada Ganancia
Amplificador 2 = = =
Repita el procedimiento con la resistencia conectada a -5V, como indica la línea punteada de la figura 13, y determine la ganancia del amplificador para señales de entrada con polaridad negativa. Amplificador 1 Voltaje de Salida Voltaje de Entrada Ganancia
= = =
Amplificador 2 = = =
¿Nota alguna diferencia en la ganancia? La diferencia debe ser pequeña, lo cuál significa que el amplificador puede recibir señales de AC también. Conecte nuevamente el potenciometro a +5V. Reemplace el amplificador 1, y coloque en su lugar el amplificador 2 y repita el procedimiento para determinar los valores máximos de ganancia. Ahora sitúe los controles de ganancia "coarse" y "fine" a 1 y 0.1 respectivamente. Este representa la ganancia mínima para el amplificador. Conecte la resistencia a +5V. Coloque el voltaje de entrada aproximadamente a 5V, escriba los valores de voltajes de entrada y salida y calcule la ganancia. Amplificador 1 Voltaje de Salida Voltaje de Entrada Ganancia
= = =
Amplificador 2 = = =
Los datos anteriores indican el margen de ganancia de los amplificadores 1 y 2. Ahora conecte el amplificador x 100 en el circuito y repita el procedimiento escribiendo el voltaje de salida para un voltaje de entrada cero, el offset, el máximo posible y los voltajes de entrada y salida. Con la salida seleccionada son valores entre 9 y 10V. Amplificador x 100 Voltaje offset = Voltaje máximo posible = Voltaje de Salida = Voltaje de Entrada = Ganancia =
27
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 14. Características de un Amplificador de Potencia y un Buffer.
V
Figura 14
Arme el diagrama de la figura 14. Con el amplificador buffer en el circuito, coloque el potenciometro de plástico conductivo de 10KΩ para un voltaje de salida cero. Energize el sistema y varíe la resistencia de 10KΩ, a toda su escala. Aunque se espera, el filamento de la lampara no se ilumina. Esto es porque la capacidad de corriente del amplificador buffer no es suficiente. Con el control colocado a un voltaje de salida máximo, registre los voltajes de entrada y salida del buffer.. Buffer 1 Voltaje de Entrada = Voltaje de Salida = Substituya el Buffer por el Amplificador de Potencia y repita el procedimiento. Verá que ahora el filamento de la lampara se ilumina debido a la alta capacidad en corriente del amplificador de Potencia. Amplificador de Potencia Voltaje de Entrada = Voltaje de Salida = El ejercicio ilustra la limitación en corriente de salida para el buffer y la aplicación del amplificador de potencia para circuitos que exigen una gran demanda de corriente.
28
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 15. Características de un amplificador de corriente y aplicación del buffer.
V
Figura 15
Monte el circuito de la figura 15, conecte el puente de la línea punteada y deje el buffer fuera del circuito. Sitúe el cursor del potenciometro de precisión 10KΩ, a cero y ajuste el potenciometro deslizante al valor de su resistencia máxima. Energize el circuito y regule el voltaje de salida a 1V, a través del potenciometro multivueltas (observe la lectura en el voltmetro digital). Ahora varíe la posición del potenciometro deslizante desde un máximo a un mínimo y observe la lectura en el voltmetro digital. Ud. notará la caída debido al incremento de corriente de carga en el potenciometro. Escriba los valores. Voltaje máximo en el potenciometro deslizante de 10kΩ = 1.00V Voltaje mínimo en el potenciometro deslizante de 10kΩ = La corriente ha variado aproximadamente desde 0.1mA a 1.0mA, lo suficiente para producir la caída de voltaje. El amplificador buffer se puede usar para reducir este efecto de carga. Conecte el buffer 1 en el circuito como se muestra en la figura 15, retirando el puente de la línea punteada, y reajuste el voltaje como en el caso anterior, a 1.00V. En la misma forma varíe la posición del cursor del potenciometro deslizante, sobre toda su escala y observe la lectura en el voltmetro digital. Notará que no varia, debido al buffer que ha reducido el efecto de carga en el circuito. ¿Se cumple el caso?
29
Dl 2312 PRACTICA Ahora coloque el cursor del potenciometro deslizante en la posición indicada por la tabla 9 y observe el voltaje de salida del amplificador de corriente (en el medidor de bobina móvil) para cada posición. Escriba los resultados completando la tabla. La posición aproximada de la resistencia y las corrientes correspondientes a 1V se dan en la siguiente tabla.
MAX
MIN
Posición de la resistencia
10
8
6
4
2
1
Resistencia KΩ
11
8.7
6.5
4.3
2.1
1
Voltaje (Volts)
1
1
1
1
1
1
0.09
0.11
0.15
0.23
0.48
1.0
Corriente (mA) Voltaje de Salida
Tabla 9 ¿EI voltaje de salida es proporcional a la corriente? Este ejercicio ha ilustrado las características del amplificador de corriente y la aplicación del buffer para circuitos sensibles a los cambios de impedancias. Notas:
30
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 16 Características de un Amplificador Inversor.
V
Figura 16
Conecte el circuito de la figura 16, utilizando primeramente la fuente de voltaje a +5V, y registre los valores de voltaje a la entrada y a la salida del amplificador. Voltaje de Entrada = Voltaje de Salida = Ahora conecte la entrada del amplificador a -5V y escriba los valores de voltajes en la entrada y la salida. Voltaje de Entrada = Voltaje de Salida = El voltaje del amplificador ¿cumple con invertir la polaridad del voltaje de entrada? El valor del voltaje de salida no puede ser igual al voltaje de entrada debido al voltaje offset.
31
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 17. Características de un Amplificador Diferencial.
V
Figura 17
Arme el circuito de la figura 17 y encienda el equipo. Ajuste el voltaje de entrada A para +3V y la de la entrada B en +2V y observe el voltaje de salida resultante. Inserte los valores en la tabla 10. Repita el procedimiento con la entrada B colocada a +4V e inserte los valores en voltaje de salida en la tabla. Repita el procedimiento para otros voltajes de entrada. Voltaje de Entrada (A) +3 Voltaje de Entrada (B) +2 Voltaje de Salida
+3 +4
Tabla 10. ¿El voltaje de salida fue = VA -VB? Notas:
32
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 18. Características del Convertidor de Voltaje - Corriente.
+5v
0
-5v
V
Figure 18
Conecte el circuito mostrado en la figura 18, y ajuste el potenciometro de 10KΩ a cero volts (cursor en el centro). Alimente el circuito y envíe a la entrada del convertidor V/I, un voltaje de 0.5V. Observe el voltaje de salida en el convertidor y registre el valor en la tabla 40. La resistencia de carga es de 47Ω y, sin embargo, la corriente de salida en amperes, puede calcularse dividiendo el voltaje de salida por 47Ω. Escriba el valor de corriente en mA, (1000 x A), en la columna de corriente de la tabla 11. Repita el procedimiento para los siguientes voltajes de entrada ±1.0V, ±1.5V, ±2V e inserte los resultados en la tabla 11. Voltaje de Entrada Voltaje de Salida Corriente de Salida (mA)
+0.5
+1
+1.5
+2
-0.5
Tabla 11 ¿La corriente de salida es proporcional al voltaje de entrada? ¿La relación de transferencia, es de 10mA/V? Notas:
33
-1
-1.5
-2
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 19. Características de un Convertidor de Corriente – Voltaje.
V
Figura 19
Construya el circuito de la figura 19 y ajuste el potenciometro a un voltaje cero. Encienda el sistema y envíe un voltaje de 0.5V a la entrada del convertidor V/l. Observe el voltaje a la salida del convertidor I/V y escriba los valores en la tabla 12. Repita el procedimiento para los voltajes de entrada de ±,1V, ±1.5 y ±2V. Registre los valores en la tabla 12. Voltaje de Entrada (V/I) Corriente de Salida (mA) Voltaje de Salida (I/V)
+0.5 +5
+1 +10
+1.5 +15
+2 +20
-0.5 -5
-1 -10
-1.5 -15
-2 -20
Tabla 12 El voltaje de salida del convertidor l/V será el mismo que el voltaje a la entrada del convertidor V/l. ¿Se cumple esa aseveración? Notas:
34
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 20 Características del Convertidor Voltaje – Frecuencia
V
Figura 20
Si cuenta con un osciloscópio puede usarlo y controlar la salida para determinar la frecuencia. En este ejercicio ud usará el counter/timer para medir la frecuencia de salida. Esto limita el rango de frecuencias mensurables, dado que el valor máximo capaz de registrar es de 500 revoluciones/seg. No obstante, el ejercicio deja ver las principales características de éste convertidor. Arme el circuito de la figura 20, colocando el control del diferenciador a “1s”, y los controles del counter/timer a " Count " y "1s", poniendo el potenciometro de 10KΩ en posición cero. Energize el sistema y envíe un voltaje a la entrada de 0.2V. Presione el botón reset del counter/timer y observe los valores. Dichos datos representan la frecuencia de salida del convertidor V/F. Inserte los datos en la tabla 13. Repita el procedimiento para los voltajes de entrada: 0.3, 0.4 y 0.5V, insertando los valores en la tabla correspondiente. Continúe incrementando el voltaje de entrada, mientras el counter/timer registra la frecuencia correctamente. En el caso de que la frecuencia supere el valor del counter/timer, los displays mostrarán solo el valor bajo. Voltaje de Entrada (Volts) Frecuencia de Salida (Hz)
0.2
0.3
Tabla 13
35
0.4
0.5
0.6
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 21. Características de un Convertidor de Frecuencia - Voltaje.
V Figura 21
Implemente el circuito de la figura anterior y energize el sistema con un voltaje de entrada de 0.1V, al convertidor V/F. Registre los valores de voltaje obtenidos en la salida del convertidor F/V. Varíe los voltajes de entrada para los valores de 2,3,4 y 5V, y vacíe los datos en la tabla. Voltaje de Entrada (V/F) 1 Frecuencia de Salida (KHz) 1 Voltaje de Salida (F/V)
2 2
3 3
4 4
5 5
Tabla 14 ¿Los voltajes de entrada al V/F son comparables con los voltajes de salida del convertidor F/V? Ya que la impedancia de salida del convertidor F/V es 100KΩ, sí mide el voltaje de salida, usando el medidor de bobina móvil (m.c.m), la lectura obtenida será baja. Inténtelo con el voltaje de salida ajustado a 5V. Voltaje de Salida (Medidor Digital) = 5V Voltaje de Salida (m.c.m) = Voltaje de Salida (m.c.m alimentado a través del Buffer 1) = Noté que cuando el medidor de bobina móvil (m.c.m), se energiza por el buffer, la lectura es solo la mitad del valor actual, debido a que la impedancia de entrada del buffer es 100KΩ.
36
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 22. Características de un Rectificador de Onda Completa.
V
Figura 22
Coloque el voltaje de alimentación de +5V, y mida la salida del rectificador, como se muestra en la figura 22. Escriba los voltajes de entrada y salida con: (a)+5V y (b)-5V aplicados a la entrada del rectificador. Voltaje de Entrada = +5V Voltaje de Entrada = - 5V
Voltaje de Salida = Voltaje de Salida =
¿La polaridad de salida es igual para ambas polaridades de entrada? ¿El valor absoluto del voltaje de salida es el mismo que el de entrada? Notas:
37
Dl 2312 PRACTICA
V
Figura 23
Arme el circuito de la figura 23 y ajuste la ganancia del amplificador AC a 10. Energize el sistema y escriba los valores de voltajes a la entrada y salida del rectificador de onda completa. Voltaje de Salida del rectificador = Voltaje de Entrada DC del rectificador = El voltaje de entrada en DC debe ser cero porque la entrada es de AC, además el nivel DC debe haberse eliminado por el amplificador AC. Para comprobar que la salida del oscilador, es la que se esta rectificando, desconecte el cable de entrada al Amplificador AC. El voltaje de salida ¿cae a cero? Notas:
38
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 23. Características de un Comparador. V
Figura 24
Conecte el circuito como se muestra en la figure 24, y asegure que el interruptor de histéresis este desactivado (OFF). Ajuste los potenciómetros para que los voltajes en A y B sean 2V. Mida el voltaje a la salida del comparador. Deberá ser 12V. Ahora, incremente el voltaje en la entrada B, y el voltaje de salida debe cambiar casi instantáneamente a cero. Cerciórese de que en lugar de incrementar arriba de 2V, el voltaje en B disminuye, la salida sigue siendo 12V. Iguale a 2V el voltaje de entrada y entonces disminuya el voltaje en A, notará que la salida es 0V, pero al incrementar el voltaje por encima de 2V, permanece a 12V. Active el interruptor de histéresis (ON) y repita el procedimiento previo; verá que la conmutación en voltaje de 12V a 0V, toma más tiempo. Las condiciones de elevación y caída del voltaje continúan sin alteración, solo cambia la respuesta en la conmutación. ¿Cuál es el voltaje de histéresis medido? El circuito tendrá características similares para todas las posiciones del voltaje de entrada en A. Alternando, el voltaje en B puede estar fijo y variar A. El valor del voltaje histéresis puede colocarse a algún valor deseado, modificando los valores de los componentes en el circuito.
39
Dl 2312 PRACTICA Notas:
40
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 24. Características de un Circuito Oscilador de Alarma. V
Figura 25.
Conecte el oscilador de alarma, según el diagrama de la figura 25, coloque el interruptor "latch" en OFF y ajuste el potenciometro de 10KΩ a 0V. Energize el circuito y gire el control del potenciometro gradualmente para incrementar el voltaje a la entrada del oscilador de alarma. Escriba el voltaje con el que se activa. Salida Latch (OFF) Voltaje de entrada en el que se activa = Incremente el voltaje al máximo y escriba el efecto sobre la salida del oscilador. ¿Qué ocurre? Ahora reduzca gradualmente el voltaje de entrada y registre el voltaje en el que se deshabilita. Salida Latch (OFF)
Voltaje de entrada en el que se desactiva =
Coloque el interruptor latch en ON y repita el procedimiento. Apunte el voltaje de entrada en el cual comienza a oscilar y así escriba el efecto de reducir el voltaje de entrada a cero. Salida Latch (ON)
Voltaje de Entrada en el que se activa = Efecto de reducir el voltaje de entrada a cero =
Nota: El nivel de sonido de salida es bajo, debido a la alta impedancia de salida en el oscilador. Se puede incrementar alimentando el altavoz a través de un amplificador de potencia.
41
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 25. Características de un Interruptor Electrónico.
V Figura 26
Use el circuito de la figura 26 y ajuste el potenciometro a cero. Alimente el sistema midiendo el voltaje a la salida del interruptor electrónico y registre los valores. Voltaje de entrada abajo del valor de voltaje con el interruptor cerrado. Voltaje de Salida = Ahora incremente en forma gradual el voltaje de entrada y escriba tanto el valor en el que él interruptor cierra, como el voltaje de salida después del cierre. Voltaje de entrada en el cierre (ON) = Voltaje de Salida después del cierre = Ahora reduzca el voltaje de entrada, gradualmente y escriba el valor cuando el interruptor abre. Voltaje de entrada al abrir el interruptor (OFF) = Notas:
42
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 26. Características de un Amplificador Sumador.
V
Figura 27
Arme el circuito anterior y ajuste el potenciometro de plástico conductivo (conductive plastic potentiometer) de 10KΩ a su posición central, mientras los otro dos está al mínimo para que su voltaje de salida sea aproximadamente cero. Active la alimentación y ajuste los potenciómetros, a modo que el voltaje de salida se incremente. Noté que la variación en alguna de las entradas afecta el voltaje de salida. Comprobará que el incremento en alguna de las entradas, corresponde un aumento en el voltaje de salida. Sin embargo, la salida de sumador tiene un cierto máximo, en donde algún incremento en la entrada, no será perceptible a la salida. Determine el valor máximo a la salida. Este será ligeramente mayor a 10 V (use el Voltmetro digital). Voltaje de salida máximo posible = Ahora coloque los voltajes de entrada en los valores indicados en la primer sección de la tabla 15 y escriba los voltajes de salida.
43
Dl 2312 PRACTICA Repita el procedimiento para las posiciones indicadas en la tabla 15 y para posiciones que ud. elija.
A +1 +2 +2 -3
Entrada B +1 +1 +4 +4
C +1 +3 +3 +2
Salida A+B+C +3 +6 +9 +3
Tabla 15 ¿La salida representa la suma algebraica de los valores en voltaje de las entradas? Notas:
44
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 27. Características de un Integrador.
V Figura 28
Polarice el integrador de acuerdo a la figura 28 y coloque su constante de tiempo a 1s. Energize y coloque el voltaje de entrada a 1V. Presione el botón "RESET" (sin soltarlo), para obtener un voltaje de salida igual a 0V. Ahora libere el botón y observe como el voltaje de salida crece y alcanza un valor máximo después de 10 segundos aproximadamente. Use el medidor digital y registre el valor máximo. Máximo voltaje de salida = Presione el botón reset y libérelo, permitiendo que el voltaje de salida se incremente nuevamente desde 0V. Desconecte el cable de entrada al alcanzar un voltaje de hasta 5V aproximadamente. ¿Qué le sucede al voltaje de salida? El voltaje de salida debe permanecer constante. ¿Es así? Vuelva a conectar el cable de entrada y cerciórese de que el voltaje de salida continua incrementándose. Presione el botón RESET y libérelo. Ahora compruebe que el voltaje de salida alcanza el valor de 10V. Esto permite determinar la constante de tiempo del circuito. El voltaje de entrada es de 1V, el tiempo que tarda la salida en alcanzar ese voltaje, representa la constante de tiempo. De modo que para alcanzar un voltaje de 10V, se debe multiplicar por 10 la constante de tiempo obtenida. Así mismo, la constante de tiempo puede determinarse dividiendo el tiempo que toma entre 10.
45
Dl 2312 PRACTICA Voltaje de Entrada = 1V Tiempo que toma el voltaje de salida en alcanzar los 10V = Constante de Tiempo (Posición 1s) = Repita el procedimiento con una constante de tiempo a 10s. Voltaje de Entrada =1V Tiempo que toma el voltaje de salida en alcanzar los 10V = Constante de Tiempo (Posición 10s) Coloque el voltaje de entrada a 0.1V y repita el procedimiento con una constante de tiempo a 100ms. La constante de tiempo ahora se obtendrá dividiendo el tiempo que toma entre 100. Voltaje de Entrada = 0.1V Tiempo que toma el voltaje de salida en alcanzar los 10V = Constante de Tiempo (Posición 100ms) = Las constantes de tiempo encontradas, ¿se comparan razonablemente con los valores expuestos? Notas:
46
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 28 Características de un Circuito Diferenciador.
V
Figura 29
Implemente el circuito de la figura 29 y coloque los controles del integrador y el diferenciador a una constante de tiempo de 1s. El medidor de bobina móvil se usa solo para indicar el cambio de voltaje a la salida del integrador. Active los voltajes de alimentación y ajuste el integrador a un voltaje de entrada de 1V. Presione y libere el botón reset en el integrador y observe el voltaje de salida del diferenciador. El voltaje de salida del integrador cambiará a 1V/s durante 10s aproximadamente y la salida del diferenciador será 1V durante este tiempo. Escriba los voltajes de salida. Constante de Tiempo a 1s. Razón de cambio de voltaje a la entrada = 1V/s Voltaje de Salida = Cuando el voltaje del integrador alcanza su valor máximo y permanece constante, la salida del diferenciador deberá caer a cero. ¿Esto es así? Coloque la constante de tiempo del diferenciador a 100ms y repita el procedimiento, escribiendo el voltaje de salida del diferenciador, después de presionar y liberar el botón reset del integrador.
47
Dl 2312 PRACTICA Constante de Tiempo a 100ms Razón de cambio de voltaje a la entrada = 1V/s Voltaje de Salida = Repita el procedimiento con la constante de tiempo del diferenciador a 10ms. Constante de Tiempo a 100ms Razón de cambio de voltaje a la entrada = 1V/s Voltaje de Salida = Para esta posición, el voltaje de salida será bajo, del orden de 10mV, si se desea aumentar el voltaje hasta 1V, se puede usar el amplificador 1, con ganancia 100. Notas:
48
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 29. Características de un Circuito Sample & Hold.
5
Figura 30
Arme el circuito de acuerdo a la figura 30. Energize el sistema y presione el botón "sample", mueva el control del potenciometro a modo de cambiar el voltaje de entrada. Registre el voltaje de salida mostrado en el medidor. ¿El voltaje de salida sigue a la entrada? Libere el botón "sample" mientras varia el voltaje de entrada. ¿El voltaje de salida permanece en el valor que tenía antes que dejará de oprimir el botón? Repita el procedimiento y verifique que con el botón "sample" presionado la salida sigue a la entrada y al liberarlo, la salida se mantiene en el valor del voltaje de entrada. El valor de la "inclinación" puede determinarse si se desea, observando la variación del voltaje de salida en el estado "hold". Nota: El valor es solo del orden de 10mV/min. Se precisa un periodo del de tiempo del orden de 10 minutos para apreciar una reducción de 0.1V. Notas:
49
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 30. El Buffer como compensador del efecto de carga en el voltaje de salida del potenciometro. Adapte el circuito de la figura 31, para cada uno de los tres potenciómetros, 1kΩ, 10KΩ y 100KΩ use el medidor de bobina móvil con y sin el buffer. Repita el procedimiento, tomando lecturas de voltaje, con la perilla ajustada a 0, 1/4, 1/2, 3/4 de su escala total.
V Figura 31.
Escriba los resultados obtenidos en la tabla correspondiente y trace las características del voltaje de salida en función de la posición de la perilla, usando el sistema de coordenadas correspondientes a cada uno de los potenciómetros. Escriba los resultados y compare sus valores con los obtenidos previamente. Tenga en mente que la impedancia de entrada del Buffer es de 100KΩ. Discuta si hay coherencia en los datos obtenidos. Esto ilustra el uso de un amplificador buffer, para reducir el efecto de alguna carga en un circuito resistivo e ilustra que la carga no necesariamente se reduce a cero. La carga actual dependerá del diseño del amplificador buffer. Notas:
50
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 31 El Servo-potenciometro. Variación del voltaje de Salida como una función de posición.
Sal
V V
0V Diagrama Eléctrico
0V
Figura 32.
Conecte el voltmetro digital a la salida como se muestra en la figura y conecte el voltaje de alimentación. Coloque el control en la posición que entregue un voltaje de salida positivo máximo, (aprox. +5V). Aproximadamente estará a 178º. Registre el ángulo y el valor de voltaje, en la tabla 16. Posición del dial
150
120
90
60
30
360 0
330 -30
300 -60
270 -90
240 -120
210 150
Voltaje de Salida Max
Min Tabla 16
Nota:
El disco se puede mover manualmente con la unidad desconectada, o puede aplicar fricción presionando la sección en la que esta montado el disco en la parte izquierda de la unidad y luego soltándola. La posición del disco puede ajustarse girando el eje del conductor manualmente usando el disco de efecto Hall.
Gire el disco a pasos de 30º en dirección de las manecillas del reloj, desde la posición del voltaje máximo, escribiendo el voltaje de salida para cada paso insertando los valores en la tabla 16. Registre también, la posición del disco que da el voltaje máximo negativo representando, en el otro extremo de la pista.
51
Dl 2312 PRACTICA Con los datos, grafique el voltaje de salida contra la posición del disco, de acuerdo a los ejes dados. +5 +4 Voltaje de Salida
+3 +2 +1 3
-180
–120
-60 60 -1 -2 -3 -4 -5
52
120
180
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 32. Medición de Wheatstone.
Resistencia
usando
un
circuito
puente
de
Figura 33.
Procedimiento Inicial: La figura 33, muestra el diagrama del circuito que es necesario para medir resistencias. Antes de iniciar, ajuste el galvanómetro a cero, para ello: Conecte el medidor a la salida del amplificador, pero con las entradas "+" y "-" del amplificador diferencial cortocircuitadas para asegurar que el voltaje de entrada es cero. Coloque el control de ganancia "coarse" del amplificador a 10 y él "fine" a 1.0. Alimente el circuito y ajuste el control offset para que el medidor de bobina móvil indique cero aproximadamente. Sitúe el control de ganancia a 100 y reajuste el control offset para una salida cero, de mayor precisión. Notas: 1.- Para poder hacer este ajuste de forma más sencilla, pre-ajuste la ganancia a 10, como se ha hecho. 2.- La posición del control offset puede requerir un reajuste, debido a la variación de temperatura en la unidad, durante su uso. Es recomendable por lo tanto, hacer el reajuste a cero periódicamente, asegurando una mayor exactitud.
Medición de la Resistencia: Elija la resistencia que va a medir, y ponga el interruptor del potenciómetro en posición IN. Ajuste el control de potenciometro, hasta que el medidor marque cero, (sí es necesario, use el pre-ajuste poniendo la ganancia del amplificador a 10)
53
Dl 2312 PRACTICA Observe la lectura del potenciometro de disco y deduzca los valores de la resistencia de la siguiente manera: Lectura del disco = Resistencia R3 = 10 x lectura del disco = Resistencia R1 = 10,000 - R3 = Resistencia R2 = 12,000 Ω Resistencia desconocida R4 =
R2 × R3 = R1
Para familiarizarse con el equipo y sus ajustes, realice pruebas con otras resistencias. Ponga el interruptor del puente de Wheatstone a OUT, para eliminar la resistencia desconocida llamada Rx del circuito y conecte las terminales A y B del potenciómetro 10KΩ de plástico conductivo a C y 0V, del circuito puente de Wheatstone. Con el control del potenciómetro 10KΩ, colocado al máximo (posición 10) mida su resistencia como se indica: 1.-Compruebe que el offset del amplificador esta colocado correctamente y ajústelo de ser necesario (como se indico previamente), de modo que el circuito este balanceado. 2.-En esta situación de balance observe la lectura del disco y registre los valores en la tabla. Repita el procedimiento para la medición de resistencias, y escriba sus lecturas en la tabla 17. Calcule la resistencia que corresponda con cada grupo de lecturas.
Potenciómetro 10KΩ Ω
Dial de lectura
R3 (10 x Dial)
R1 (10KΩ Ω - R3)
R4= (R3/R1) x 12KΩ Ω
Tabla 17 Los valores de resistencia deben variar en pasos de aproximadamente 1KΩ desde un máximo de 11KΩ hasta un mínimo de 1KΩ, dado que se incluye una resistencia de protección de 1KΩ en la conexión de variable del circuito de salida.
54
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 33. Medición de Voltaje usando el procedimiento de "Balance Nulo". Método 1
V
Figura 34.
Primero, coloque el control offset del amplificador 1, de acuerdo al ajuste realizado en el procedimiento anterior. Con las entradas del amplificador diferencial cortocircuitadas y el control de ganancia “fine” colocado a 1, ajuste el "offset" con el control de ganancia "coarse" a 10 y después a 100. Siga el diagrama de la figura 34 y coloque el interruptor del puente Wheatstone a OUT para desconectar la resistencia desconocida y la de 12KΩ. Sitúe la ganancia "coarse" del amplificador a 10 y ajuste la salida del potenciómetro (conductive plastic) a 4V a través de medidor digital. Este será el voltaje desconocido. Ajuste el potenciometro de 10 vueltas, para un balance aproximado y entonces obtenga el balance final. Colocando la ganancia "coarse" del amplificador a 100. Observe la lectura del disco una vez obtenido el balance, inserte el valor en la tabla 18, y calcule el valor del voltaje desconocido a partir de:
1000 × voltaje de referencia lectura del disco 1000 = ×1V lectura del disco
Voltaje desconocido =
55
Dl 2312 PRACTICA Repita el procedimiento los voltajes desconocidos indicados en la tabla 18, colocando los valores obtenidos y calculado. Voltaje desconocido 4.0 3.5 3.0 2.5 2.0 1.5 1.0
Lectura del balance Dial
Voltaje Calculado
Tabla 18 De las lecturas tomadas es evidente, que no se pueden obtener en forma directa, voltajes menores a la referencia. El método tiene también la desventaja de cargar la fuente de voltaje desconocida, lo cual se puede demostrar de la siguiente forma: Ajuste el voltaje desconocido a 2.0V y obtenga las condiciones de balance. La lectura del disco será aproximadamente, 2.0.V esperados. Ahora desconecte la unión entre el potenciómetro (conductive plastic) jack B, y el puente de Wheatstone jack D, y revise el valor del voltaje desconocido que se lee en el Voltmetro digital. Voltaje desconocido (cuando se conecta el puente) = Voltaje desconocido (cuando no se conecta al puente) = Verá que el voltaje incrementa a medida que la carga de 10KΩ del potenciómetro de 10 vueltas, se elimina.
Notas:
56
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 34. Medición de Voltaje usando el procedimiento del “Balance Nulo". Método 2 Medición de voltajes menores al voltaje normal disponible. Realice el procedimiento para la iniciación del offset. Arme el circuito mostrado en la figura 35, usando el potenciómetro de 100KΩ.
V
Figura 35.
Ponga el potenciómetro de 10 vueltas en su posición máxima (10,00) y ajuste el potenciometro 100KΩ para condiciones de balance. El potenciometro de 10 vueltas será balanceado a modo que la escala total a 1000, represente un voltaje de 1V. Conecte el jack A del amplificador diferencial, al voltaje desconocido indicado por la línea punteada de la figura 35. Localice el voltaje desconocido a un valor mínimo, como 0.25V, ajuste el potenciómetro de 10 vueltas para balance y observe la lectura del disco. Esta lectura representará el voltaje desconocido, directamente. Escriba el valor en la tabla 19 y compare con la lectura del medidor digital. Repita el procedimiento para diferentes voltajes desconocidos dentro del rango de 0 - 1V. Voltaje de entrada desconocido Lectura del disco en balance
0.25
Tabla 19. Como puede ver, este sistema de medición es muy sensible dado que permite medir intervalos de voltaje de 1mV. De igual forma, puede gráficar la linealidad del potenciometro de 10 vueltas; como ejercicio adicional.
57
Dl 2312 PRACTICA
Medición de voltajes superiores al voltaje normal disponible. Substituya el potenciometro de 100KΩ (utilizado para la calibración), por el de 10KΩ, y aplique un voltaje de alimentación de +12V en lugar de +5V. Coloque el disco de control del potenciometro de 10 vueltas en posición 01 00 y conecte el jack A del amplificador diferencial al jack B del puente de Wheatstone, como se observa en la figura 35. Asegúrese de balancear el puente con el potenciometro deslizante de 10KΩ. Cuando se ha hecho, el potenciometro de 10KΩ, se habrá calibrado para que una lectura de disco 01,00, represente un voltaje de 1V, y una lectura máxima 10,00, represente un voltaje de 10V. Conecte el jack A, del amplificador diferencial al jack B, del potenciometro bobinado de 10KΩ. Y aplique diversos valores de voltajes desconocidos, desde 0-10V. Observe la lectura del disco cuando se hace el balance de cada voltaje desconocido y escriba los valores en la tabla 20.
Voltaje de entrada desconocido Lectura de disco en balance Medición de Voltaje (Volts) Tabla 20 El efecto de carga del circuito puede ilustrarse colocando un voltaje de salida desconocido por ejemplo, 5V y observando el cambio de voltaje en el medidor digital cuando se quita el cable que va al amplificador diferencial. Voltaje desconocido (salida conectada al circuito) = Voltaje desconocido (desconectado del circuito) = Tendrá un ligero efecto de carga debido a la resistencia de entrada del amplificador diferencial, pero es mucho menor que en el ejercicio anterior.
58
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 35. Características del Circuito Integrado LM 35 y la Temperatura V
Figura 36
Conecte el Voltmetro al elemento de temperatura IC como se muestra en la figura 36, energize (ON), y observe el voltaje de salida, que representa la temperatura en OC (V * 100 = OC) Ahora conecte el voltaje de +12V a la entrada del elemento térmico y escriba los valores en voltaje a cada minuto hasta que el valor se estabilice. Inserte los valores en la tabla 21.
Tiempo (min) Voltaje (volts) Temperatura (OC)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tabla 21 El ejercicio tuvo el objetivo de ilustrar las características del transductor LM35, e indicar el valor máximo de elevación en temperatura, usando el calentador a 12V además de indicar el tiempo que se requiere para alcanzar una condición estable.
59
Dl 2312 PRACTICA Ejercicio 36. Construcción de Termómetro Digital usando las ventajas del DL 2312. Consideraciones Generales. El voltaje de salida del LM35 es del orden de 0.2V a 20OC. El convertidor V/F, entrega una frecuencia de salida de 1KHz/V, por lo tanto la señal será de 200KHz. Solo se requiere acondicionar la señal para que excite al contador.
V
Figura 37
Para esto usará primeramente el convertidor V/F, el contador, un Buffer, el diferenciador y el amplificador de AC. Guíese por el circuito de la figura 37. La función del Buffer es minimizar la carga del I.C LM35 para que su salida pueda ser lo más fiable. El diferenciador y el amplificador de A.C. proporcionan una señal bastante limpia y con la amplitud necesaria para que el contador se active sin problema. Una vez conectado el circuito, coloque el interruptor (count/timer) en "count" y el " Free run" a 1s, el contador alcanza un valor igual a la temperatura x 10. Presione el interruptor RESET, al soltarlo notará que el contador cambia en un segundo al mismo valor marcado. Escriba este valor y el valor de voltaje medido en la tabla 22. Lectura en el Voltmetro Visualización del Contador Tabla 22 Conecte el elemento térmico. Presione RESET y registre los valores observados cada minuto hasta un máximo de 10. Revise la coherencia en las mediciones. Este
ejercicio
hace
notar
la
versatilidad
60
del
sistema
entrenador
DL
2312.
Dl 2312 PRACTICA Ejercicio 37. Características del Transductor RTD de Platino.
V
Figura 38
En este ejercicio se conectará un RTD de platino en serie con una resistencia alta para una fuente DC, y mediremos la caída de voltaje en las terminales RTD. La variación de voltaje en sus terminales será directamente proporcional a la variación de su resistencia. Arme el circuito de la figura 38 con el voltmetro preparado para medir 2V en DC a escala total. Con la fuente de alimentación conectada en (ON), ajuste el control del potenciometro 10KΩ a modo que la caída de voltaje en el RTD sea 0.108V (lectura del voltmetro digital). Esto calibra al RTD de platino para una temperatura ambiente de 20OC, debido a que la resistencia del RTD a 20ºC es 108Ω. Nota: Si la temperatura ambiente es diferente de 20°C, el voltaje puede ajustarse al valor correcto para esta temperatura, si se desea. (1) Para esto, mida el voltaje en la terminal REF (I.C. LM35) y multiplique por 100 los volts leídos; Obtendrá directamente la temperatura ambiente. (2) La resistencia RTD = 100 + 0.385 x OC. Ajuste la caída de voltaje en el RTD a este valor. Ahora conecte la fuente de +12V a la entrada del calentado y observe el valor del voltaje en las terminales (este valor representa la resistencia). Entonces mida el voltaje en la terminal INT del (I.C. LM35). Escriba los resultados en la tabla 23. Repita las lecturas a intervalos de 1 minuto e inserte los valores en la tabla 23. Tiempo (min) Temperatura del RTD (OC) Resistencia del RTD
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tabla 23 Realice el trazo de la gráfica, resistencia contra temperatura del RTD en los ejes dados:
61
Dl 2312 PRACTICA
116 RTD Resist.(Ω Ω)
112 108 104 100 0
10
20
30
40
50
60
70
80
Analice la linealidad del RTD y su posible valor en 0OC (100Ω aproximadamente). Durante el ejercicio, el paso de corriente es del orden de 1mA y la resistencia total del circuito es de 5KΩ aprox. Por lo tanto, una pequeña variación de resistencia no afecta en gran manera la corriente del circuito, de modo que la caída de voltaje en las terminales, representa el valor de la resistencia con mayor exactitud. La corriente a 1mA en el RTD representa una potencia de 0.1 mW disipados en el RTD, de modo que el efecto de autocalentamiento producirá un incremento de temperatura de 0.02OC. Casi imperceptible.
62
Dl 2312 PRACTICA
Ejercicio 38. Características de un Termistor NTC. Método para medición de resistencia. Se han escogido Termistores de resistencia alta (330KΩ-500KΩ) para evitar errores por autocalentamiento, dado que la disipación de potencia por el calor es despreciable (del orden de 0.02mW a 20ºC). V
Figura 39
R = (Rdial + 1KΩ Ω ) 99 Nota:
Hay una resistencia de 1KΩ en el cable conector a la salida del potenciometro, la resistencia total en el circuito será, el valor de la lectura en el disco + 1KΩ.
Conecte el circuito como se muestra en la figura 39, coloque el interruptor del puente de Wheatstone en OUT para desconectar las resistencias de 12KΩ y Rx del circuito, ponga la lectura del disco del portenciómetro a 500 aproximadamente. Energize la fuente de alimentación, ajuste el control del potenciometro hasta que el voltaje indicado por el voltmetro sea 0.05V y después observe la lectura del disco y la temperatura conectando el voltmetro temporalmente al jack “IN” del transductor de temperatura. Registre los valores de las lecturas del disco y las temperaturas en la tabla 24.
63
Dl 2312 PRACTICA Ahora conecte 12V a la entrada del calentador a intervalos de 1 minuto, observe los valores del disco para producir 0.05V a través de la resistencia, además de la temperatura. Escriba los valores en la tabla 24. Tiempo (min) Temperatura (oC) Lectura del dial para 0.05V Resistencia del Termistor
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tabla 24 Trace la gráfica de la resistencia contra la temperatura, en los ejes dados. 110k 108k Resist (Ω Ω)
106k 104k 102k 100k 0
10
20
30
40
50
Temp ºC
Observe la linealidad de la gráfica. La unidad no es adecuada para aplicaciones donde se requiera una indicación exacta de la temperatura. Pero es más adecuada para aplicaciones en circuitos de protección y alarma donde se prevé detectar un cierto valor de temperatura. La inercia térmica de este dispositivo es baja, debido a su tamaño y al material con que fue hecho, por eso es capaz de reaccionar rápidamente a cambios bruscos de temperatura. La resistencia del termistor B, esta montada fuera del encapsulado que se calienta, no permanece constante, debido principalmente a la conducción de calor desde el calentador a lo largo de la tarjeta base, lo cuál reduce su resistencia. No podemos emplear el mismo procedimiento para medir la resistencia del termistor A, porque ambos el potenciometro de 10 vueltas y el termistor B están conectados a 0V. Podemos medir su resistencia usando el método puente de Wheatstone, pero no habrá forma de medir la temperatura de la unidad.
64
Dl 2312 PRACTICA
G
Figura 40
Conecte el circuito como se muestra en la figura 40 y ponga el interruptor del puente de Wheatstone a OUT. Use el voltmetro digital o el galvanómetro. Balance el puente del termistor A condicionado para (a) frío y (b) calor y calcule su resistencia en cada condición. Termistor NTC (Frío) = R3 en balance = R1 en balance = Resistencia en el termistor B =
R3 *12κΩ R1
Termistor NTC (calor) = R3 en balance = R1 en balance = 10,000 - R3 Resistencia en termistor B =
R3 *12κΩ R1
Cuando se requieren circuitos de alarma o protección, se usan dos termistores conectados en un circuito puente, como esta en la figura 41.
65
Dl 2312 PRACTICA + R DC
T1 A Salida B
-
T2
R
Figura 41
Los dos termistores y las dos resistencias de valor similar R, se conectan en un circuito puente, como el de la figura 41. Cuando esté en frío, no habrá salida entre las conexiones AB, debido a que el puente estará balanceado bajo ésta condición. Cuando la temperatura asciende, la resistencia en el termistor descenderá, el voltaje de la conexión A aumentará y el de la conexión B caerá, por lo tanto una salida más grande que la obtenida por un circuito termistor. Notas:
66
Dl 2312 PRACTICA Ejercicio 39. Características del Termistor NTC utilizado para un circuito de alarma (doble termistor).
V
Figura 42
Una de las múltiples aplicaciones que puede tener un termistor NTC, es activar una alarma ante una diferencia de temperatura existente entre dos medios distintos. En esta practica se utilizara el interior de la caja como un medio y el exterior como otro (temperatura ambiente). Monte el circuito de la figura 42. Ajuste el potenciometro a la mitad de su recorrido (2.5V en el Voltmetro digital) y el conmutador de histéresis del comparador en OFF. Cuando conecte la alimentación, el Buzzer no sonará. Conecte la resistencia calefactora para aumentar la temperatura interior. Al cabo de algunos minutos el Buzzer sonará porque se alcanzo la temperatura de disparo. Mida la temperatura interior en el jack "IN". Para esa temperatura interior, se obtendrá un voltaje que al superar los 2.5V, entregará un voltaje de 12V a la salida del comparador, activando el BUZZER.
67
Dl 2312 PRACTICA Compruebe que el dispositivo de alarma se activa para distintas valores de temperatura, solo variando el voltaje de salida del potenciometro. Complete la tabla 25, midiendo la temperatura interior y exterior a intervalos de un minuto. Tiempo (min) 1V 1.5V 2V 2.5V 3V
1
2
3
4
5
Temp. (°C)
Tabla 25
68
6
7
8
9
10
Alarma de Temperatura
Dl 2312 PRACTICA Ejercicio 40. Características del termopar tipo “K”.
V
Figura 43
Conecte el circuito de la figura 43, coloque el voltmetro en el rango de 2V y sitúelos los controles de ganancia "fine" y "coarse" del amplificador, a 0.25 y 10 respectivamente. Conecte la fuente de alimentación (ON). Una las entradas A, y B para ajustar el control offset del amplificador para obtener cero en el voltmetro digital. Ahora las salidas del termopar, conéctelas nuevamente al amplificador correspondiente, como se muestra en la figura 43. El voltaje de salida, deberá ser cero con las terminales fría y caliente (hot y cold) a la misma temperatura. Observe la temperatura dentro y fuera del encapsulado (unión fría). Colocando el voltmetro a escala de 20V, mida el voltaje en "IN", del transductor de temperatura y la salida REF del termopar tipo "K". Registre los valores en la tabla 26. Conecte la fuente de 12V al elemento térmico, observe los valores de voltaje de salida a intervalos de 1 minuto y los valores de voltaje que representan las temperaturas de las uniones "caliente" y "fría" del termopar Registre los valores en la tabla 26. Tiempo (min) Temp ºK
0
1
U. caliente U. Fría Diferencia
Salida Termopar (mV)
Tabla 26
69
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Dl 2312 PRACTICA Realice la gráfica del voltaje de salida contra la diferencia de temperatura entre las uniones fría y caliente.
200
150
Voltaje de Salida (mV)
100
50
0 0
5
10
20
25
30
35
40
45
Diferencia de Temperatura
Observe la linealidad. ¿Cuál es la relación en mV/ºC? El valor real dependerá de la ganancia del amplificador en las posiciones utilizadas. Notas:
70
Dl 2312 PRACTICA Ejercicio 41. Características de una Celda fotovoltáica. V
Figura 44
Arme el circuito como se muestra en la figura 44. Con la fuente de alimentación conectada a (ON) ajuste el potenciometro de 10KΩ para obtener cero volts a la salida del amplificador de potencia. Escriba el voltaje de salida de la celda fotovoltáica: (a) con el encapsulado transparente cubierto, es decir con la celda a obscuras (b) con la célula expuesta a la luz ambiental. Ahora ajuste el control del potenciometro para incrementar el voltaje de salida en el amplificador de potencia, en pasos de 1V. En cada paso, anote el voltaje de salida de la celda y registre los valores en la tabla 27. Voltaje en el Filamento de la Lamp. (a) Voltaje en la celda fotovoltáica
(b) 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tabla 27 Las lecturas indicarán un aumento en el voltaje de salida de la celda, a medida que aumenta la intensidad de luz. No podemos establecer una proporcionalidad exacta entre la salida y el nivel de luz, pero sí, algunas de las características principales del dispositivo.
71
Dl 2312 PRACTICA Ejercicio 42. Características del Fototransistor.
V
Figura 45
Construya el circuito de la figura 45, y coloque el control del potenciometro de carbón 10KΩ, en posición 2, para que la resistencia de carga del fototransistor sea aproximadamente 2KΩ. Con el circuito energizado (ON), coloque el control del potenciometro de plástico conductivo 10kΩ, a modo de obtener un voltaje nulo a la salida del amplificador. Apunte el voltaje de salida del colector: (a) con el encapsulado transparente, cubierto. (b) con el fototransistor expuesto a la luz ambiental. Ahora incremente el voltaje de salida del amplificador, a intervalos de 1V y observe el voltaje colector del fototransistor. Registre los valores en la tabla 28. Voltaje en el Filamento de la Lamp (a)
(b)
1
Voltaje Colector del fototransistor Tabla 28
72
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Dl 2312 PRACTICA Trace la gráfica correspondiente al Voltaje colector contra el voltaje de la lampara. 5 4 Voltaje Colector
3 2 1 0
1
2
3
4
5
6
7
Voltaje de la lampara incandescente
¿Porque hay un mínimo de 0.7V aproximadamente?
Notas:
73
8
9
10
Dl 2312 PRACTICA Ejercicio 43. Detector de Intensidad Luminosa.
Figura 46.
Conecte el circuito mostrado en la figura 46 y ajuste el potenciometro deslizante de 10KΩ a modo que la resistencia de carga de la celda fotoconductiva sea aproximadamente 2KΩ. Ajuste el potenciometro de 100KΩ para que el voltaje que llegue al comparador haga sonar al Buzzer (por ejemplo 1V). Al aumentar la intensidad luminosa (girando el potenciometro de 10KΩ) el voltaje de salida de la celda irá disminuyendo; al caer por debajo de 1V, el Buzzer comenzara a sonar. Nota: Mediante un voltmetro digital, puede observar como el voltaje de salida en la célula cae al aumenta el voltaje del filamento, debido a la reducción de la resistencia en la célula. Notas:
74
Dl 2312 PRACTICA Ejercicio 44. Características de un Fotodiodo PIN.
V
Figura 47
Arme el circuito de la figura 47 y con el voltaje de la lampara a cero, observe el voltaje de salida del amplificador diferencial: (a) con el encapsulado de la lampara cubierto. (b) con el fotodiodo PIN, expuesto a la luz ambiente. Registre los valores en la siguiente tabla. Voltaje Filamento de la Lampara Voltaje actual a Amplificador (Volts)
la
Salida
(a)
(b) 1
2
3
4
5
6
7
8
9
del
Tabla 29 Observe que el voltaje de salida se incrementa cuando la iluminación se incrementa también. Si fuera necesario, el voltaje puede incrementarse por una amplificación adicional.
75
10
Dl 2312 PRACTICA Ahora conecte la salida del fotodiodo PIN al buffer y un amplificado de ganancia variable (figura 48).
V
Figura 48
Coloque los controles de ganancia "coarse" a 100, y "fine" a 0.3. cerciorase de que el offset este a cero para una entrada cero, y ajuste el control si es necesario. Use el voltmetro. Repita la prueba del fotodiodo, variando los voltajes de salida en la lampará desde 0 a 10V en pasos de 1V. Registre los valores en la tabla 30. Voltaje del filamento de la Lampara Salida del Amplificador (Volts)
(a)
(b) 1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Tabla 30 Observe que el voltaje de salida es proporcional a la iluminación, cuando ésta ultima aumenta, el voltaje también. El valor máximo del voltaje de salida se puede adaptar a cualquier valor deseado por debajo de 10V, ajustando la ganancia del amplificador. El máximo está limitado a 10V por la saturación del amplificador. Notas:
76
Dl 2312 PRACTICA Ejercicio 45. Características del LVDT (Linear Variable Differential Transformer)
V Figura 49
En este ejercicio mediremos la salida rectificada usando el voltmetro digital, después se amplificará para ser medido por el medidor m.c.m, donde se aprecia mejor la variación en el voltaje de salida, producido por el núcleo. Conecte el circuito como se muestra en la figura 49 y energize el sistema. Sitúe los controles de ganancia "coarse" a 100 y "fine" a 0.2. Ajuste el control offset para un cero a la salida y escriba los valores obtenidos en la tabla 31. Ajuste la posición del núcleo girando el tornillo de posición central, es decir, voltaje de salida cero (o mínimo valor). Observe el voltaje de salida y registre los valores en la tabla 31. Gire cuatro vueltas al tornillo en el sentido de las manecillas del reloj, hágalo a intervalos de una vuelta. Haga lo mismo en el sentido contrario. Escribiendo los valores de voltaje de salida en la tabla 31.
-4
Posición del Núcleo (Vueltas desde el centro) Voltaje de Salida
Voltmetro digital Voltmetro m.c.m
Tabla 31
77
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
Dl 2312 PRACTICA Trace la gráfica del voltaje de salida como una función de la posición del núcleo. .
Voltaje De Salida (mV)
10 8 6 4 2 0 0
-4
-3
-2
-1
0
1
2
3
4
Posición del núcleo (vueltas desde su posición central
Si cuenta con un osciloscópio de dos canales, podrá observar el cambio de fase del circuito al conectarlo de acuerdo a la figura 50, vea también la forma de onda de la señal cuando cruza el núcleo su posición central.
ch1
Figura 50
78
ch2
Dl 2312 PRACTICA Ejercicio 46 Características de una Resistencia Variable El transductor de posición de resistencia variable, no es más que una resistencia que cambia de valor al oprimir la barilla plateada.
V
Figura 51
Conecte el circuito de la figura 51, y mida una vez con el medidor m.c.m, y otra vez con el volmetro digital. Alimente el circuito, la lectura del voltmetro indicará 5V. Tome un vernier y mida la longitud de la barra plateada, presiónela y vea la variación de voltaje a la salida. ¿Nota la disminución hasta cero volts?.
79
Dl 2312 PRACTICA Figura 52.
Vernier Tome medidas a 5, 4, 3, 2, 1 volts e inserte los valores en la tabla. volts
m.c.m. Digital Longitud
5
4
3
2
1
Tabla 32. Represente la gráfica posición / voltaje: 18 16 14 Posición (mm)
12 10 8 6 4 1
2
3
Voltaje (V)
¿La relación es Lineal? Notas:
80
4
5
Dl 2312 PRACTICA Ejercicio 47. Características del Strain Gauge.
Figura 53
Conecte el circuito como se muestra en la figura 53 y coloque los controles "coarse" a 100 y "fine" a 0.5. energize el circuito y sin colocar carga alguna en la galga, ajuste el control offset del amplificador, y obtenga el voltaje cero. Ponga una moneda sobre la plataforma del eje y escriba el voltaje de salida. Inserte el valor en la tabla 33. Agregue peso colocando una moneda adicional. Repita el proceso y escriba los valores en la tabla. Monedas Voltaje de Salida
0
1
2
Tabla 33
81
3
4
5
6
Dl 2312 PRACTICA Grafique el voltaje de salida contra el número de monedas. 18 16 14 Voltaje Salida
12 10 8 6 4 1
2
3
Numero de Monedas
¿Es lineal la respuesta? Notas:
82
4
5
Dl 2312 PRACTICA Ejercicio 48 Características del Sensor de flujo de Aire
V Figura 54
Conecte el circuito como se muestra en la figura 54, colocando el control " coarse" a 10 y él "fine" a 1.0. Compruebe que el control de la bomba este en OFF. Energize el sistema. Ajuste el offset del amplificador continuamente durante este tiempo, colocando el control "course" a 100 cuando se acerque a las condiciones de estabilidad. Coloque el control Flow/Press en Flow, y compruebe que el control offset está colocado para una tensión de salida cero. Observe los voltajes en las salidas + y – del transductor, anotando los valores en la tabla 34. Cambie la bomba a ON y nuevamente observe los voltajes bajo las condiciones de estabilidad, inserte los valores en la tabla. Bomba OFF Bomba ON Voltaje de salida (+) Voltaje de salida (-) Voltaje del Amplificador
0 Tabla 34
83
Dl 2312 PRACTICA Ejercicio 49. Características de un Transductor de Presión.
Figura 55
Arme el circuito de la figura 55 y ponga los controles del amplificador "coarse" a 10 y él "fine" a 1.0. Asegure que el interruptor de la bomba este en OFF. Conecte la alimentación y ajuste el control offset a cero. La unidad se calibra para el valor de la corriente a presión atmosférica. Cambie el control Flow/Press a Press y conecte la bomba (ON). El voltaje a la salida del amplificador incrementará. Escriba el valor de éste voltaje. Voltaje de Salida (Bomba off) = 0V Voltaje de Salida (Bomba on) = Observe que se requiere una gran amplificación debido a la pequeña magnitud de salida desde el dispositivo.
84
Dl 2312 PRACTICA Ejercicio 50. Características de un Sensor de Gas. En este ejercicio se usara el humo de un cigarro como única fuente. Aunque puede usar algún otro tipo de gas o humo.
V
Figura 56
Conecte el circuito como se muestra en la figura 56, energize el sistema y ajuste el offset del amplificado 1 con ganancia en 1 a modo de obtener 6V en la entrada "-" del amplificador diferencial (en este caso, se usará el amplificador como fuente de alimentación) y ajuste el potenciometro de 10KΩ para tener 10V en la terminal "supply" del sensor de gas. El interruptor latch de alarma debe estar en posición ON. Ahora coloque el humo del cigarro arriba del sensor durante un corto periodo de tiempo. La lectura indicada por la escala del voltmetro cambiara y el altavoz sonara por el oscilador de alarma. Escriba el voltaje de salida del sensor de gas antes de recibir el humo = (ud. necesita esperar cerca de un minuto o dos para que se obtenga la estabilidad en el voltaje de salida, después la terminal "heater" se conecta a la alimentación). Voltaje de Salida differential (antes de recibir el humo) = Voltaje de Salida sensor de gas (después de recibir el humo) = Voltaje de Salida del differential (después de recibir el humo) = Notas:
85
Dl 2312 PRACTICA Ejercicio 51. Características de un Transductor Optoeléctrico de Ranura y aplicaciones para medición y contéo de velocidad. V
Figura 57.
Adapte el circuito como se muestra en la figura 57 y ajuste el potenciometro de 10KΩ a una posición en contrasentido a las manecillas del reloj, de forma que se obtenga a la salida un voltaje cero. Energize el sistema y observe el voltaje de salida en el jack del sensor optoelectrónico ranurado y a la vez establezca el estado del LED indicador: (a) con el haz interrumpido por el disco de aluminio (b) con el haz que cruce a través del orificio que esta en el disco de aluminio Nota: Puede girar la flecha de motor manualmente, usando cualquiera de los discos montados. Haz Voltaje de Salida Estado del L.E.D.
Bloqueado
Sin bloqueo
Tabla 35. El Counter/Timer en "count" y "free run". El display debe mostrar cero, en caso de que no, presione "reset". Ahora gire el eje hacia atrás y hacia delante para que el orificio pase a través de la ranura. Observe el display del contador. Debe de notarse el incremento en "1", cada vez que la ranura este en línea con el haz.
86
Dl 2312 PRACTICA ¿Lo hace? De ésta forma se ilustra el uso del sensor optoelectrónico como transductor para aplicaciones de contéo. Ahora gire el potenciometro en sentido opuesto a las manecillas del reloj. El motor hará girar el eje. Ponga la velocidad a un valor bajo. La posición 2.5 del control deberá ser para esto. El valor del contador aumentará una vez por cada revolución del eje y se puede utilizar para medir la velocidad del eje. Presione "reset " y manténgalo presionado. Suelte el botón a un tiempo, utilice un reloj o cronometro, y realice el contéo tras un minuto. Este valor representa la velocidad del eje en revoluciones por minuto (r.p.m.). Escriba los valores en la tabla 36. Repita el procedimiento para velocidades ligeramente superiores y registre. Posición de Control
2.5
30
3.5
4.0
Velocidad de la flecha en r.p.m.. Tabla 36. Ahora en el counter/timer, free run/1s, coloque a 1s (1 segundo). Coloque el control del potenciometro 10KΩ en posición 5, para que la velocidad del motor sea mayor. Presione el botón "reset". El contador cuenta las revoluciones cada segundo y el valor del contéo se congela al final del tiempo. El display muestra el contéo, representa el número de revoluciones por segundo en el eje. Presione "reset" nuevamente y el valor visto deberá corresponder al valor anterior. Inserte el valor en la tabla 37. Repita el procedimiento con las posiciones del potenciometro que se indican en la tabla 37, y para cada posición anote la velocidad del eje como se visualiza en el contador. Posición del potenciometro 1 Corriente (amper) Revoluciones por segundo (rev/seg)
2
3
4
5
6
7
8
Tabla 37 Las combinaciones del transductor y el contador permiten que la velocidad se determine rápidamente.
87
Dl 2312 PRACTICA Ponga la velocidad del eje a 1800 r.p.m. (30 rev/seg) y anote la posición del potenciometro que se requiere para obtenerla. Posición del potenciometro para una velocidad de 1800 r.p.m. = ¿Le resultó fácil encontrar la velocidad requerida? Conserve las conexiones del circuito de alimentación para el motor, le serán útiles en los ejercicios restantes. Notas:
88
Dl 2312 PRACTICA Ejercicio 52 Características del Transductor Optoreflexivo y el Disco de Código Gray. V
Figura 58.
Conecta el circuito como se muestra en la figura 58, y con la alimentación conectada (ON), escriba los voltajes de cada jack de salida correspondientes a cada L.E.D. en OFF y en ON (Rote el disco manualmente). Salida A Salida B Salida C
L.E.D.OFF L.E.D. ON. L.E.D. OFF L.E.D. ON. L.E.D.OFF L.E.D. ON.
Voltaje Voltaje Voltaje Voltaje Voltaje Voltaje
de de de de de de
Salida Salida Salida Salida Salida Salida
= = = = = =
Tabla 38 Ahora gire el eje hasta que éste en posición con todos los L.E.D. apagado (OFF). Gire la flecha del motor y anote el ángulo para el cual todos los LED´s permanecen apagados. Este deberá ser de 45º. ¿Se obtiene?
89
Dl 2312 PRACTICA Con el eje inicialmente en posición en la que todos los led´s están apagados (OFF); gire el eje en el sentido contrario a las manecillas del reloj (mirando el lado codificado del disco) y anote el estado de los LED´s en cada cambio de posición. Interprete el L.E.D. apagado (OFF) como estado lógico 0 y el L.E.D. encendido (ON) como estado lógico 1. Inserte los valores en la tabla 39. Posición 0
C
B
A
1 2 3 4 5 6 7 Tabla 39 ¿La secuencia anterior coincide con la que se muestra en la figura 59?
Posición 0 1 2 3 4 5 6 7 Figura 59
90
C 0 0 0 0 1 1 1 1
B 0 0 1 1 1 1 0 0
A 0 1 1 0 0 1 1 0
Dl 2312 PRACTICA Ejercicio 53 Características del Transductor Inductivo.
Figura 60.
Conecte el circuito de la figura 60, colocando la ganancia del amplificador de corriente alterna a 100, la constante de tiempo del filtro pasa bajo en 1s (1 segundo) y los controles "coarse" y "fine" del amplificador a 100 y a 0.2 respectivamente. Energize el sistema y ajuste el amplificador para que la salida sea cero y el sensor inductivo este en reposo (repita este paso, cada determinado tiempo para evitar mediciones erróneas). Conecte el motor según la figura 61, para hacer girar la rueda de hierro del transductor inductivo.
Figura 61.
Haga rotar el motor y presione el botón RESET cada 2.5 volts (leídos en la escala del voltmetro), escribiendo las lecturas en la tabla 40. Lectura del voltmetro Lectura del Contador
0
2.5
Tabla 40 ¿Es lineal la relación voltaje-velocidad de éste sensor?
91
5
7.5
10
Dl 2312 PRACTICA Ejercicio 54. Características de un Transductor de Efecto Hall
Figura 62
Conecte el circuito de la figura 62, colocando las ganancias "coarse" y "fine" a 10 y a 1.0 respectivamente. Gire la flecha manualmente a modo de que el imán este en el eje horizontal para que no exista campo magnético que corte el dispositivo de efecto Hall. Observe el voltaje en las salidas + y -, con el voltmetro digital. Ahora gire el disco para que el imán este directamente encima del dispositivo de efecto Hall. Esta disposición provocará un voltaje máximo en los jacks de salida. Escriba los voltajes en ambas terminales de salida (con respecto a 0V) Voltaje de Salida (Sin campo magnético) (+) = Voltaje de Salida (Sin campo magnético) (-) = Voltaje de Salida (Con campo magnético max) (+) = Voltaje de Salida (Con campo magnético max) (-) = Coloque el imán en posición horizontal y ajuste el offset del potenciometro para que la salida del amplificador leído desde el m.c.m sea cero. Ahora sitúe el imán directamente encima del dispositivo Efecto Hall y escriba los voltajes de Salida Voltaje de Salida (Sin campo magnético) = 0V Voltaje de Salida (Con campo magnético max.) = Estas lecturas indican las características básicas del dispositivo del efecto hall, y valida sus posibles aplicaciones como sensor de proximidad.
92
Dl 2312 PRACTICA El dispositivo también es adecuado para aplicaciones en medición de velocidad. Conecte la salida del amplificador a la entrada del Counter/Timer y coloque los controles en "count" y "1s" respectivamente. Aplique una entrada al motor para que la flecha rote lentamente, presione "reset" y observe el valor indicado en el display, el cual representa la velocidad de la flecha en rev/seg. Cambie la entrada del contador, de la salida del amplificador a la salida del optotransductor. Presione el botón reset del contador y observe el valor en el display. Este corresponde a la velocidad del eje medida por el optotransducer. Para compararla con la lectura anterior inserte los valores en la tabla 41. Repita el procedimiento para otros valores de velocidad. Velocidad del eje (Rev/seg). Efecto Hall Velocidad del eje (Rev/seg). Optoranurado Tabla 41. ¿Son comparables los valores? Los dispositivos de Efecto Hall, son validos para aplicaciones en detección de proximidad, desplazamiento angular o lineal y medidas de intensidad del flujo magnético o de corriente. Notas:
93
Dl 2312 PRACTICA Ejercicio 55. Características del Tacogenerador de DC de imán permanente.
V
Figura 63.
Arme el circuito mostrado en la figura anterior colocando los controles del Counter/Timer en "Count" y “Free Run” y los del amplificador, "coarse" y "fine" a 10 y 1.0. Aplique una entrada al motor y ponga la velocidad del eje a 5 rev/seg, como se indica en el contador después de presionar el botón "reset". Observe los voltajes de salida indicados por los dos voltmetros y registre los valores en la tabla 42. Repita el procedimiento para otros valores de la velocidad en el eje, y escríbalos en la tabla. Velocidad del eje (Rev/min)
5
10
Voltaje de Salida (digital) Voltaje de Salida (m.c.m) Tabla 42.
94
20
30
40
Dl 2312 PRACTICA Realice la gráfica de salida proporcional, voltaje contra velocidad del eje. ¿Es proporcional la relación voltaje-velocidad, del eje?.
10 Voltaje de Salida (volts)
8 6 4 2 5
10
15
20
25
30
35
Velocidad del eje
Ahora calibre el medidor m.c.m para que indique la velocidad directamente. La velocidad máxima del eje es del orden de 40 rev/seg, es decir, 2400 rev/min. Primero calibrará la escala para que 10V representen 2000 rev/min. Con el eje fijo, ajuste el control offset del amplificador, para leer cero. Aplique una entrada al motor y ponga la velocidad del eje a 2000 rev/min (rev/seg). Ajuste la ganancia "fine" para que el m.c.m indique 10V. La escala de voltaje se calibra para que 10V representen rev/min. Revise estos valores con los obtenidos en el optotransductor y contador. Lectura del Voltmetro = 6V Velocidad del eje (6x20=1200 rev/min)=rev/seg Velocidad del eje del optotransductor = Lectura del Voltmetro =3V Velocidad del eje (3x20=600 rev/seg)=10rev/ec Velocidad del eje del optotransductor = ¿Son compatibles las lecturas? Ahora calibre el voltmetro para que 10V representen 1000 rev/min. Compruebe la calibración. Notas:
95
Dl 2312 PRACTICA Ejercicio 56. Características del Micrófono Dinámico. En este ejercicio usará el display del LED´s, debido a que la velocidad de respuesta de los demás medidores es demasiado alto. Se podría utilizar el medidor m.c.m pero requiere de una alimentación de AC a través del buffer, para que no cargue el circuito. Las lecturas obtenidas serán bajas debido a la inercia del sistema de bobina móvil, pero el medidor indicará un voltaje de salida desde el micrófono.
Figura 64
Arme el circuito de la figura 64 colocando el control de ganancia del amplificador a 100. Conecte la alimentación y observe el display de led´s, cuando el micrófono sea golpeado ligeramente y más fuerte después. Cada LED iluminado representa un voltaje de 0.5.V. Los 10 L.E.Ds. indicaran un voltaje representativo de 5V. ¿Es posible encender todos los L.E.Ds? Hable, tosa o cante cerca de la unidad. Verá que el display responderá para algún sonido que ud. mande. ¿Lo hace? Conecte el m.c.m a la salida del amplificador a través del buffer 1 y golpee suavemente el micrófono, para que se enciendan todos los Led´s y registre la lectura máxima. Voltaje de Salida Máximo (Display de Leds) =5V Voltaje Máximo de Salida (m.c.m) El m. c. m, debe indicar un voltaje menor. Notas:
96
Dl 2312 PRACTICA Ejercicio 57. Características del receptor ultrasónico. Figura 65
Arme el circuito indicado por la figura 65, con la ganancia del amplificador AC a 1000, el filtro pasa bajo a 10ms y los controles "coarse" y "fine" a 100 y 0.5 respectivamente. Alimente el circuito, ajuste el OFFSET del amplificador con el emisor Ultrasónico desconectado y conectado nuevamente. Observe la barra de LED´s mientras mantiene su mano o cualquier otro objeto sobre los dispositivos ultrasónicos y acérquela o aléjela de ellos. La barra de led´s debe iluminarse, indicando que ha recibido la señal de frecuencia de 40kHz procedente del transmisor ultrasónico. ¿Es así? Varíe la amplitud de salida con respecto a la distancia en que pone su mano entre el transmisor-receptor? ¿Cuál es el efecto de mantener la mano quieta? Mantenga un objeto delgado con un lapicero aproximadamente a 50mm arriba del haz y muévalo horizontalmente a la derecha o a la izquierda y para una distancia en la que exista una respuesta de salida, registre su valor. Altura del objeto desde el transmisor–receptor = Distancia sobre la cuál se recibe respuesta =
97
Dl 2312 PRACTICA Ponga una hoja de papel o algún otro objeto sobre la unidad del transmisor rompiendo la trayectoria del sonido. ¿Hay ahora algún tipo de respuesta de salida ahora, si coloca la mano? ¿Responde el dispositivo con pequeños golpes, como fue en el caso del micrófono dinámico? El ejercicio anterior, amplifico una señal recibida, la rectifico, filtro las frecuencias altas y después amplifico las frecuencias bajas para que responda el display. El cambio de frecuencias, produce la modulación en amplitud originada por el movimiento de la mano (efecto Doppler). Los dispositivos de pulsos ultrasónicos se pueden utilizar en mediciones de distancia, a través de reflejar la superficie tomando el tiempo entre la transmisión y recepción de una señal pulso. Notas:
98
Dl 2312 PRACTICA Ejercicio 58 Características del Altavoz de Bobina Móvil.
Figura 66
Ajuste su sistema de acuerdo al diagrama de la figura 66. Varíe la posición de la resistencia de 10KΩ a su escala total. Esto modificará la frecuencia del convertidor V/F desde cero, hasta un valor máximo de 5kHz y con un tono correspondiente en la bocina (speaker). ¿Se comprueba? Nota: La forma de onda de salida es cuadrada, no senoidal por lo que el tono producido, no es un tono puro.
99
Dl 2312 PRACTICA Ejercicio 59 Características del Buzzer Figura 67.
V
Implemente el circuito anterior. Coloque el control de la resistencia de 100KΩ, para un voltaje de salida cero. Energize y ajuste el control del cursor a modo de ir incrementando gradualmente el voltaje aplicado al buzzer. Escriba el voltaje al cuál el buzzer comienza a trabajar. Voltaje mínimo para el cual el buzzer trabaja = Ahora incremente el voltaje aplicado a un máximo disponible. ¿Incrementa la frecuencia de sonido, al aumentar el voltaje? ¿Incrementa la magnitud del sonido, al aumentar el voltaje?
100
Dl 2312 PRACTICA Ejercicio 60. Características de un Solenoide de DC.. Figura 68
Conecte el circuito mostrado en la figura 68, ajustando la resistencia de 100KΩ para un voltaje de salida cero. Alimente el circuito y gire el control del potenciometro para incrementar gradualmente el voltaje aplicado a la bobina del solenoide. Observe el voltaje al cuál se atrae el núcleo de hierro del solenoide. Este valor es voltaje de recorrido o de arrastre. Nota: El núcleo comenzará a moverse a un voltaje inferior al valor de voltaje de recorrido (haulage), pero el voltaje de arrastre ocurre cuando se mueva todo el núcleo. Voltaje de Arrastre = Repita el proceso colocando su dedo sobre la flecha del actuador a modo de aplicar una pequeña carga y observe el voltaje requerido ahora para el arrastre. Se requiere un voltaje alto. ¿Es correcto? Con la bobina excitada, reduzca el voltaje aplicado gradualmente y observe el valor al cuál el núcleo regresa a su posición neutral "voltaje de liberación". Voltaje de Liberación = Repita el procedimiento con su dedo en el eje y aplique una pequeña presión. Observe cual es el voltaje necesario para la liberación del núcleo. La liberación debe presentarse ahora con un voltaje alto. ¿Es correcto?
101
Dl 2312 PRACTICA
102
Dl 2312 PRACTICA Ejercicio 61. Características del Relevador de DC.
V
Figura 69
Arme el circuito de la figura previa, y coloque el control de la resistencia para una salida de voltaje cero. Conecte el voltaje de alimentación. El relevador debe estar sin energía. Observe el voltaje en los contactos N.C. y N.O. y registre los valores en la tabla 43. Un voltaje de 5V representa contacto cerrado y 0V contacto abierto. Escriba el estado de los contactos en la tabla. Aplique 10V al relevador y observe los voltajes en los contactos N.C y N.O. Complete la columna de contactos. Relevador Voltaje en la Bobina Estado 0V
cerrado
10V
abierto
Contacto NC NA NC NA
Contactos Voltaje
Estado
Tabla 43 La bobina del relevador tendrá características de voltaje de arrastre y liberación parecidos a los del solenoide.
103
Dl 2312 PRACTICA Determine los voltajes de liberación y arrastre para este dispositivo, incrementando y decrementado gradualmente el voltaje aplicado. Escuchará un click cuando el relevador cambie su estado, notará el cambio a través del Voltmetro digital. Voltaje de arrastre en el relevador = Voltaje de Liberación en el relevador =
104
Dl 2312 PRACTICA Ejercicio 62. Características de una Válvula de Aire Electrónica.
Figura 70
7 El diagrama de la figura 70, ilustra el funcionamiento de una válvula de aire. Coloque el control del potenciometro a 0V y la válvula de aire en "ON". Encienda la bomba. "ON" el control de la bomba de aire "Flow/Press" en Press. La válvula de aire esta cerrada y el actuador neumático no opera. Ajuste el potenciometro a 10V a la válvula de aire, el actudor neumático se desplaza, mover el control de la bomba "Flow" , el actudor neumático deja de operar. La presión de la bomba se aplicará al actuador neumático y la flecha del actuador botará. ¿Se cumple? Verifique que la variación del voltaje aplicado hace que para el actuador neumático se active. ¿Es así? Ahora desconecte la bomba (OFF). La operación de la válvula de aire no tiene efecto alguno sobre el actuador neumático, porque no es presión. La válvula de aire tendrá voltajes de liberación o arrastre. Determine estos valores para el dispositivo. Con la bomba (OFF), apague y encienda la válvula de aire para las mediciones. La válvula de aire en "ON" e incremente el voltaje y observe el voltaje al cual aparece la conmutación. Escuchará el "click" cuando el dispositivo este conectado. Voltaje de arrastre en la válvula de aire = Voltaje de Liberación en la válvula de aire =
105
Dl 2312 PRACTICA Ejercicio 63. Características del Motor de imán Permanente.
V
Figura 71
Arme el circuito y coloque el control de la resistencia a cero volts. Además sitúe a "count" y "Free Run", el contador. Energize y aplique 10V al motor ajustando el potenciometro. El motor debe de trabajar a una alta velocidad. Déjelo trabajar durante un corto periodo de tiempo y observe las lecturas en el Voltmetro digital. La lectura en volts representa la corriente en amperes tomados para el motor, dado que es una reducción de voltaje a través de una resistencia de 1Ω. Presione el botón reset del contador y observe el valor mostrado. Este representa la velocidad del motor en rev/seg. Registre los valores. Repita el procedimiento, observando la lectura de la velocidad y corriente para un voltaje de motor de 9V, 8V, 7V y 6 V. Escriba los valores en la tabla 44. Voltaje aplicado al motor Ampers comunes Velocidad rev/se
6
7
Tabla 44 Grafique la velocidad (rev/seg) contra el voltaje aplicado. 40
106
8
9
10
Dl 2312 PRACTICA Velocidad (rev/seg)
30 20 10 0 0
1
2
3
4
5
Voltaje Aplicado
Analice sus resultados. ¿Existe proporcionalidad entre la velocidad y el voltaje? La carga del motor es muy constante. ¿Es así? Coloque el voltaje aplicado a 6V y observe la velocidad y corriente que toma sin carga. Ahora mueva sus dedos lentamente para que su dedo medio se coloque entre el disco efecto Hall y la superficie del panel, esto ejercerá una pequeña presión al motor. Observará que la corriente es aproximadamente 0.4 (leyendo de 0.4V en le Voltmetro digital) y entonces observe la velocidad presionando el botón reset. Sin carga:
Corriente =
Velocidad =
Con carga:
Corriente = 0.4A
Velocidad =
Coloque el control de la resistencia de 10KΩ a un voltaje de salida cero. Ahora conecte por medio de un cable la terminal C de la resistencia 10KΩ, a -12V en lugar de +12V. Lentamente incremente el voltaje de salida aplicado al motor. ¿Qué efecto tiene sobre la dirección de giro. ? ¿La dirección de giro cambio? ¿Es el mismo grado de velocidad? ¿La corriente sin carga es la misma? El ejercicio ilustra las características básicas de un motor DC de imán permanente. Las características son típicas para el tamaño de éste dispositivo. Para un tamaño mayor, no debe haber gran reducción en la velocidad con carga. Notas:
107
Dl 2312 PRACTICA
DE LORENZO OF AMERICA CORP. S.A DE C.V Impreso en México - Derechos reservados V.2.3 01/2003 DE LORENZO S.R.L. V. le Romagna, 20 20089 Rozzano (MI) Tel. (02) 82544412/3 – Telefax 8255181 Telex 321122 DELOR l Pensilvanyia 189 Napoles Méx. D.F.(5543*4560) E-mail:
[email protected]
[email protected] www.delorenzogroup.com
108
