INFORME DE TRABAJO COLABOIRATIVO
COMPONENTE PRÁCTICO LABORATORIOS 1 -2 – 3 Grupo separado: 203038_16 TUTOR DE LABORATORIO MARIA VICTORIA DEDERLÉ TUTOR DE PLATAFORMA ELBER FERNANDO CAMELO
AUTORES: LUIS NORIEGA _Código_ 9146541 CRISTAN JULIAN AGUDELO _Código_ 1017208895 CHRISTIAN PAZ JARAMILLO _Código_ 1017125867
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA (UNAD) INSTRUMENTACIÓN 2017
Introducción El puente de Wheatstone es un circuito muy interesante y se utiliza para medir el valor de componentes pasivos como las resistencias, inicialmente inicial mente descrito en 1833 por Samuel Hunter Christie, no obstante, fue Charles Wheatstone quien le dio muchos usos cuando lo descubrió en 1843. Como resultado este circuito lleva su nombre. Es el circuito más sensitivo que existe para medir una resistencia Para la elaboración de la práctica los instrumentos que utilizaremos en el Laboratorios serán: multímetro, osciloscopio, entre otras, los cuales nos ayudaran a medir las diferentes tensiones, resistencias, y otras variaciones de electricidad que tengan los circuitos que manipulemos en la misma. Dichos instrumentos nos ayudan a mantener a circuitos y equipos en un óptimo funcionamiento basándonos en ecuaciones y comparaciones en lo que respecta al flujo de electricidad. Las mediciones eléctricas se realizan con aparatos especialmente diseñados según la naturaleza de la corriente; es decir, si es alterna, continua o pulsante. Los instrumentos se clasifican por los parámetros de voltaje, tensión e intensidad. De esta forma, podemos enunciar los instrumentos de medición como el Amperímetro o unidad de intensidad de corriente. El Voltímetro como la unidad de tensión, el Ohmímetro como la unidad de resistencia y los Multímetros como unidades de medición múltiples.
Introducción El puente de Wheatstone es un circuito muy interesante y se utiliza para medir el valor de componentes pasivos como las resistencias, inicialmente inicial mente descrito en 1833 por Samuel Hunter Christie, no obstante, fue Charles Wheatstone quien le dio muchos usos cuando lo descubrió en 1843. Como resultado este circuito lleva su nombre. Es el circuito más sensitivo que existe para medir una resistencia Para la elaboración de la práctica los instrumentos que utilizaremos en el Laboratorios serán: multímetro, osciloscopio, entre otras, los cuales nos ayudaran a medir las diferentes tensiones, resistencias, y otras variaciones de electricidad que tengan los circuitos que manipulemos en la misma. Dichos instrumentos nos ayudan a mantener a circuitos y equipos en un óptimo funcionamiento basándonos en ecuaciones y comparaciones en lo que respecta al flujo de electricidad. Las mediciones eléctricas se realizan con aparatos especialmente diseñados según la naturaleza de la corriente; es decir, si es alterna, continua o pulsante. Los instrumentos se clasifican por los parámetros de voltaje, tensión e intensidad. De esta forma, podemos enunciar los instrumentos de medición como el Amperímetro o unidad de intensidad de corriente. El Voltímetro como la unidad de tensión, el Ohmímetro como la unidad de resistencia y los Multímetros como unidades de medición múltiples.
Objetivos
Conocer funcionamiento de diferentes puentes de medición y sus Aplicaciones
Implementar unos diferentes puentes de medición, conocer sus Características prácticas.
Analizar las desviaciones de los resultados de las mediciones.
Determinar el error que se genera entre los cálculos teóricos y las Mediciones de los circuitos a montar.
Conocer el funcionamiento y la aplicación que se le puede dar a los puentes Para medición
Establecer las principales características que debe tener un sistema de Medición.
Experimentar como afectan pequeños cambios en los circuitos de medición La lectura final.
PRÁCTICA 1: SISTEMAS DE INSTRUMENTACIÓN Objetivo: Reconocer las generalidades de un sistema de instrumentación mediante el estudio de los diferentes equipos de medición y modelos de amplificador usados actualmente en los campos de la electrónica e instrumentación Insumos Requeridos
Protoboard Resistencias (según valores calculados en el diseño) Cables para conexión Foto resistencias Capacitores varios valores Medidor de Lumens Caimanes de conexión multímetro digital fuente de poder.
Espacio de apoyo: Foro en el entorno práctico. El tutor que orienta el componente práctico será el principal encargado de brindar apoyo en esta temática. Actividades a realizar: 1. Caracterice la respuesta de una foto resistencia a la intensidad de la luz, obteniendo la gráfica de luz vs resistencia, para ello se sugiere disponer de una fuente de luz led (linterna), si es posible un medidor de lumens; si no es posible contar con este último realizar mínimo 7 mediciones en las cuales se varié la intensidad de luz de menor a mayor. 2. Implemente un puente de Wheatstone, alimentado con 5VDC, para medir la variación de la foto resistencia, equilibre el puente con la foto resistencia a 0% de luz, varié la intensidad de luz hasta el máximo y obtenga una gráfica Intensidad de luz vs salida del puente (V). 3. Compruebe el funcionamiento del puente de maxwell para la medición de capacitancias, realice los cálculos y compruébelos en la práctica.
Desarrollo de actividad practica Puntos 1 &2
Puente de Wheatstone Marco Teórico Las mediciones más precisas de la resistencia se obtienen con un circuito llamado puente de Wheatstone, este circuito consiste en tres resistencias conocidas y una resistencia desconocida, conectadas entre sí en forma de diamante. Se aplica una corriente continua a través de dos puntos opuestos del diamante y se conecta un galvanómetro a los otros dos puntos. Cuando todas las resistencias se nivelan, las corrientes que fluyen por los dos brazos del circuito se igualan, lo que elimina el flujo de corriente por el galvanómetro, el puente puede ajustarse a cualquier valor de la resistencia desconocida, que se calcula a partir los valores de las otras resistencias. Se utilizan puentes de este tipo para medir la inductancia y la capacitancia de los componentes de circuitos. Para ello se sustituyen las resistencias por inductancias y capacitancias conocidas. Los puentes de este tipo suelen denominarse puentes de corriente alterna, porque se utilizan fuentes de corriente alterna en lugar de corriente continua. A menudo los puentes se nivelan con un timbre en lugar de un galvanómetro, que cuando el puente no está nivelado, emite un sonido que corresponde a la frecuencia de la fuente de corriente alterna. cuando se ha nivelado no se escucha ningún tono.
En la figura se muestra un puente de resistencias que puede utilizarse para determinar una resistencia desconocida. Para cualquier conjunto dado de resistencias R1, R2, R3 y R4, el voltaje de compensación ∆v del puente viene dado por:
= ( + − − ) Para hallar la resistencia desconocida Rx, en condición de equilibrio siempre se cumple que:
= ∗ Si los valores de R 1, R2, R3, se conocen con mucha precisión el valor de R x, puede ser determinado igualmente con mucha precisión, pequeños cambios en el valor de Rx romperán el equilibrio y serán claramente detectados por la indicación del galvanómetro, de forma alternativa, si los valores de R1, R2, R3, son conocidos y R 2 no es ajustable, la corriente que fluye a través del galvanómetro puede ser utilizada para calcular el valor de R x siendo este procedimiento más rápido que el de ajustar a cero la corriente a través del galvanómetro.
PUENTE EN EQUILIBRIO
PUENTE EN DESEQUILIBRIO
Las siguientes ecuaciones se realizaron para hacer los cálculos y hallar los valores de la Resistencia (potenciómetro) R1: 220 Ω R2: 331 Ω R3: 10000 Ω
R4: ¿?
10000Ω = ,Ω = ∗ = 331Ω∗220Ω ∗ 10000 = ,Ω = ∗ = 33115,045 ∗ 15045 = ,Ω = ∗ = 22010000 ∗ 15045 = ,Ω = ∗ = 220 331 R1 R2 R3 R4
220 Ω 331 Ω 10000 Ω
15045 , 4545
R1 y R3 Mismo voltaje; R2 y R4 Mismo voltaje R1 y R2 Misma corriente; R3 y R4; Misma corriente Como la práctica pretendía verificar los cambios dentro del Puente wheatstone, de acuerdo al cambio de los lúmenes, debíamos utilizar una fotoresistencia, para equilibrar el puente usamos un potenciómetro de 10kohmios, quedando calibrado en 7,56 k ohmios
Estos son los datos que tabulamos para el grafico. Al no contar con luxometro con buenas condiciones usamos unas baterías de poca carga utilizando lámpara led y obtuvimos estos datos LÚMENES 0,26 187 426 533 600 800 900 933 968 998 1000
VALOR DE RESISTENCIA 1,20 Ω 0,51 KΩ 1,46 KΩ 1,35 KΩ 1,27 KΩ 1,15KΩ 1,07 KΩ 1,15 KΩ 1,22 KΩ 170 KΩ 163 KΩ
GRAFICA
e incitamos la luz
Evidencia de taller
Desarrollo Puntos 3 puente de Maxwell
Es una red en puente de CA en la que una rama está compuesta de una inductancia y una resistencia en serie; la opuesta, de un condensador y una resistencia en paralelo; y las otras dos ramas, de resistencias. El puente se ilustra en la figura, y se usa para la medida de inductancias (en función de un condensador conocido) o capacidades (en función de una inductancia conocida), siendo la relación de equilibrio:
L/C = R2R4 = R1R3 Datos de componentes en laboratorio AB=(C_1=1μF
Y
R1=1,7Ω)
BC=(R_3=2,7Ω)
CD=(L_X=?
,
R_X=? )
DA=(R_2=462 Ω)
Montaje en Protoboard.
Se halla la inductancia por medio de fórmulas utilizando los valores de los componentes usados. AB=(C_1=1μF
Y
R1=1,7Ω)
BC=(R_3=2,7Ω)
CD=(L_X=?
,
R_X=? )
DA=(R_2=462 Ω) Ecuación: R_X=((R_2*R_3 ))/R_1 =
(462*2,7)/1,7=733,8 Ω
Calculamos Lx L_x=R_2*R_3*C_1=462*2,7*1μ=1247 H
Hallamos el factor Q del inductor: Q=wR2R3C1/R2R3/R1 = wR1C1 Q = wR1C1 = (2*(3.14))/10000*(1.7*1) = uF = 0,106
MARCO TEÓRICO PARA RECORDAR BOBINAS
CONDENSADORES ELECTROLITICOS
RESISTENCIAS
CODIGO DE COLORES DE LAS RESISTENCIAS
Simulación en Proteus
NOTA: Como se utilizó software, este proporciona datos muy exactos pues no hay factores que afecten o alteren la medición como temperatura, estática y demás; la única causa de error de medición en este caso sería la de la propia resistencia al ser medida por el multímetro digital
PRÁCTICA 2 ADECUACIÓN DE SEÑALES Objetivo: Comprender procesos que permiten la adecuación de señales analógicas para su posterior procesamiento o visualización. Insumos necesarios:
Protoboard
Fuente de poder
Cables para conexión
Amplificador Lm324
Potenciómetro de 5K Multímetro Resistencias (según valores calculados en el diseño)
Espacio de apoyo: Foro en el entorno práctico. El tutor que orienta el componente práctico será el principal encargado de brindar apoyo en esta temática. Actividades a realizar: 1. Realice el paso a paso para medir en un osciloscopio el desfase entre dos señales. (Seleccione las señales a medir). 2. Implemente un puente de wheatstone, aliméntelo con 1V, para la medición de un potenciómetro de 5K, mida la salida variando el potenciómetro desde el equilibrio (0V) hasta su desequilibrio máximo (VMax). 3. Amplifique la salida del puente de Wheatstone, mediante la implementación de un amplificador de instrumentación con amplificadores operacionales, obtenga una salida en escala de 0V-9V. 4. Grafique la variación del potenciómetro vs Voltaje a la salida del amplificador de instrumentación, evalué la linealidad de la gráfica obtenida.
1. Realice el paso a paso para medir en un osciloscopio el desfase entre dos señales. (Seleccione las señales a medir).
Medición real
2. Implemente un puente de wheatstone, aliméntelo con 1V, para la medición de un potenciómetro de 5K, mida la salida variando el potenciómetro desde el equilibrio (0V) hasta su desequilibrio máximo (VMax). Potenciómetro en 0% = desequilibrio 0Vdc Potenciómetro en 100% = desequilibrio MAX = 0,33 Vdc
Donde RX es el valor a comprobar
PUNTO DE EQUILIBRIO
PUNTO EN MÁXIMO DESEQUILIBRIO
3. Amplifique la salida del puente de Wheatstone, mediante la implementación de un amplificador de instrumentación con amplificadores operacionales, obtenga una salida en escala de 0V-9V.
Información. La amplificación = 27 veces. Vin= 0,33Vdc Vout= 0,33 x 27,3 = 9,00 Vdc R1 = 1K De la siguiente formula Vout = (v1-v2)(1+ 2R1/Rg) Para calcular la resistencia de ganancia tenemos la siguiente formula:Rg = (V1.(2.R1))/(Vout-V1) = (0,33(2.1000 Ω))/(9 -0,33) = Montaje físico
76,12 Ω
Simulación en Proteus con el puente wheatstone equilibrado
Simulación en Proteus con voltaje amplificado 27 veces
Vout= 0,33 x 27,3 = 9,00 Vdc _***_
PRÁCTICA 3 APLICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE INSTRUMENTACIÓN Objetivo: Implementar un sistemas de instrumentación completo. Insumos necesarios: • • • • • • • •
Protoboard resistencias (según valores calculados) Cables para conexión Foto resistencia Amplificador AD620 multímetro fuente de poder. LM3914 y LM35
Espacio de apoyo: Foro en el entorno práctico. El tutor que orienta el componente práctico será el principal encargado de brindar apoyo en esta temática. Actividades a realizar: 1. Implemente un puente de Wheatstone, alimentado con 500mV, para la medición de la luminosidad por medio de una foto resistencia, obtenga a la salida del amplificador de instrumentación un voltaje en escala de 4V-9V. 2. Visualice la salida del amplificador en leds mediante el uso del LM3914. 3. Implemente un LM35 y visualice la medición de temperatura mediante leds, usando el LM3914.
1. Implemente un puente de Wheatstone, alimentado con 500mV, para la medición de la luminosidad por medio de una foto resistencia, obtenga a la salida del amplificador de instrumentación un voltaje en escala de 4V-9V.
Simulación en Proteus
Rg = R5 La ganancia es de 2.2 x 49.4/2.2 = 23.4 es la ganancia 0.5dc v x 23.4 = 11.7 vdc Teóricamente en los cálculos y en la simulación nos dio perfecto. 2. Visualice la salida del amplificador en leds mediante el uso del LM3914. Primero hallamos el voltaje de referencia para la alimentación de los leds. Iniciamos con el valor de R1 es de 1k (1000 ohmios) y R2 es de 3.8k (3800 ohmios); aplicando la fórmula propuesta en la datasheet del LM3914 (Voltaje de referencia = 1.25 * (1+ R2/R1)), obtendremos el rango de voltajes sobre el cual trabajara el LM3914. Resolviendo la formula, obtendríamos el siguiente resultado: 1.25 * (3.8k / 1k + 1) = 6v. Esto significa que el LM3914, leerá en su entrada (pin 5) un voltaje entre 0 y 6vdc. También es bueno saber, cada cuanto voltaje se incrementará la escala; para saberlo, solo basta dividir el número de salidas (10 en total) con el voltaje máximo que puede llegar a la entrada. En este ejemplo, será el resultado de dividir 5.31 / 10 = 0.5v. Cada led de la escala se encenderá entonces, cuando la entrada se incremente en 0.5v, como se puede ver a continuación:
LED 1 LED 2 LED 3 LED 4 LED 5 LED 6 LED 7 LED 8 LED 9 LED 10
0.5 Vdc 1.0 Vdc 1.5 Vdc 2.0 Vdc 2.5 Vdc 3.0 Vdc 3.5 Vdc 4.0 Vdc 4.5 Vdc 5.0 Vdc
Voltaje de referencia y voltaje de entrada al pin 5 para su posterior salida. En este caso, no pudimos encontrar el sensor LM 35, es por eso que vamos a simular el ingreso de la variable en el PIN 5 (IN) del LM3914 el cual es el ping de SIG, y nos refleja a la salida la variable medida o resultado de la medición. Quedando un montaje del siguiente estilo
MONTURA DEL MISMO DESDE EL PROTOBOARD
Vamos incrementando el voltaje en el pin 5 (0.06 v)
Vamos incrementando el voltaje en el pin 5 ( 1 V)
Vamos incrementando el voltaje en el pin 5 (1.9V)
Vamos incrementando el voltaje en el pin 5 (2.5V)
Vamos incrementando el voltaje en el pin 5 (3.8V)
Voltaje máximo en el cálculo 5.8V
Implemente un LM35 y visualice la medición de temperatura mediante leds, usando el LM3914. SIMULACIÓN EN PROTEUS
