ACTIVIDAD Fase 3 Colaborativa
INSTRUMENTACION 203038_6
CAMIO INFANTE !ECTOR FA"IO ACEVEDO #!EIDER $UINTERO #ARMINSON MURIO
E"ER FERNANDO CAMEO TUTOR
U%iversi&a& Na'io%al Abierta ( a Dista%'ia )UN AD* ESCUEA DE CIENCIAS "ASICAS+ TECNOO,IA E IN,ENIERIA
Ma(o -. 20-6
O"#ETIVOS
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Diseñar e implementar un puente de Wheatstone Realizar medición de un potenciómetro Implementar un sensor de humedad del suelo Implementar un sensor de PH del suelo Diseñar y simular en software CAD un sistema de instrumentación en el cual mida una de las variales investi!adas
INTRODUCCION
/aso Disear e i1le1e%tar /e%te &e 45eatsto%e reali'e la 1e&i'i7% &e % ote%'i71etro &e -09+ &isee el 'ir'ito a'o%&i'io%a&or &e seal )etaa &e :iltra&o ( a1li:i'a'i7%* ara 'o%vertir la 'orrie%te &e sali&a e% % volta;e 'o% es'ala &e 0 < = VDC>
Esquema planteado
Para otener los valores entre " y # se utiliza un puente de wheatstone y un amplificador operación en confi!uración no inversor$ la cone%ión no inversora &'( )e encuentra conectada a la salida del puente de wheatstone *ue esta alanceado correctamente a trav+s de , resistencias de valor fi-o y una resistencia variale representada en un potenciómetro de ."/0 1a entrada inversora se encuentra conectada a una resistencia fi-a y una resistencia variale representada en un potenciómetro de ."/ para para realimentar la entrada inversora del amplificador operacional y as2 otener los valores de volta-e entre " y # voltios0
/aso 2 I%vesti?e ( roo%?a 'o1o i1le1e%tar % se%sor &e 51e&a& &el selo ( % se%sor &e ! &el selo
Detector de humedad3 Permite conocer si al!4n terreno o material esta h4medo o no y se puede conocer el resultado ya sea a trav+s de diodos led$ !alvanómetro u otro componente *ue permita mostrar los resultados0 )e proponen 5 posiles circuitos3 1.
Consiste en hacer pasar una corriente entre los dos electrodos *ue miden la humedad y se puede reconocer el !rado de humedad dependiendo la cantidad de resistencia *ue pon!a el material medido al puente de Wheatstone0
50 6l si!uiente circuito tiene dos leds *ue alternan el encendido dependiendo *ue tan h4medo se encuentre el terreno a pruea$ como se puede oservan hay una resistencia *ue est7 conectada a la punta de pruea la cual varia la frecuencia de oscilación del IC y se ver7 en los led0
6ste circuito est7 compuesto de3 • • • • • •
8emporizador 9990 , resistencia de . / . capacitor C5 de "0.u: . capacitor C. de ." u: 5 diodos led ;ater2a de #<
8emporizador 9993 6ste circuito inte!rado es un temporizador muy com4n y utilizado$ permite modular una señal en frecuencia0
Fuente: http://unicrom.com/detector-de-humedad-con-555/
=edidor de PH del suelo3 Para medir el PH del suelo nos es de !ran ayuda el puente de Wheastone e*uilirado por R,$ el posile diseño es el si!uiente3
Donde tenemos una nueva formula3 Ph> conductancia de la muestra&R%( ? @ &constante puede ser una profundidad( @> d&separacion electrodos(A&Area de los electrodos(
Fuente: https://www.youtube.com/watch?v=37m9Ss!"#$
)ensor de Humedad
6l circuito inte!rado 999 es de a-o costo y de !randes prestaciones0 Inicialmente fue desarrollado por la firma )i!netics0 6n la actualidad es construido por muchos otros faricantes0 6ntre sus aplicaciones principales cae destacar las de multivirador estale &dos estados metaestales( y monoestale &un estado estale y otro metaestale($ detector de impulsos$ etc+tera06n !eneral el B6 999 es un controlador altamente estale capaz de producir retardos de tiempo u oscilación astante e%actos0 Para operarlo ener!ice el circuito e introduzca los puntos de pruea &proadores cales( en la tierra alrededor de la planta0 Al mismo tiempo *ue hace esto el 16D comenzar7 a destellar a una frecuencia proporcional a la humedad del suelo0 A m7s humedad m7s r7pido el destello y viceversa0 )i no hay humedad el 16D no destellar70 6n este circuito la frecuencia de los pulso es controlada por la resistencia entre los proadores0 1a resistencia entre estos$ depende de la humedad *ue estos detectan0 A m7s humedad$ menos resistencia y viceversa0
)ensor de PH
/aso 3
I%vesti?ar sobre los se%sores sa&os ara la 1e&i'i7% &e las si?ie%tes variables te1eratra+ eso+ 51e&a& e i%te%si&a& l1@%i'a>
Sensores de TEMPERATURA
1os sensores de temperatura son dispositivos *ue transforman los camios de temperatura en camios en señales el+ctricas *ue son procesados por e*uipo el+ctrico o electrónico0 6ntre sus tipos tenemos3 8ermistor3 6l termistor est7 asado en *ue el comportamiento de la resistencia de los semiconductores es variale en función de la temperatura0 6%isten los termistores tipo B8C y los termistores tipo P8C0 6n los primeros$ al aumentar la temperatura$ disminuye la resistencia0 6n los P8C$ al aumentar la temperatura$ aumenta la resistencia0 6l principal prolema de los termistores es *ue no son lineales se!4n la temperatura por lo *ue es necesario aplicar fórmulas comple-as para determinar la temperatura se!4n la corriente *ue circula y son complicados de calirar0 R8D &resistance temperature detector (3 n R8D es un sensor de temperatura asado en la variación de la resistencia de un conductor con la temperatura0 1os metales empleados normalmente como R8D son platino$ core$ ni*uel y molideno0
De entre los anteriores$ los sensores de platino son los m7s comunes por tener me-or linealidad$ m7s rapidez y mayor mar!en de temperatura0 8ermopar3 6l termopar$ tami+n llamado termocupla y *ue recie este nomre por estar formado por dos metales$ es un instrumento de medida cuyo principio de funcionamiento es el efecto termoel+ctrico0 n material termoel+ctrico permite transformar directamente el calor en electricidad$ o ien !enerar fr2o cuando se le aplica una corriente el+ctrica0 6l termopar !enera una tensión *ue est7 en función de la temperatura *ue se est7 aplicando al sensor0 =idiendo con un volt2metro la tensión !enerada$ conoceremos la temperatura0 1os termopares tienen un amplio ran!o de medida$ son económicos y est7n muy e%tendidos en la industria0 6l principal inconveniente estria en su precisión$ *ue es pe*ueña en comparación con sensores de temperatura R8D o termistores0
SENSORES DE PESO
Son aquellos dispositivos electrónicos desarrollados con la fnalidad de detectar los cambios eléctricos provocados por una variante en la intensidad de un peso aplicado sobre la báscula o balanza, inormación que a su vez transmite hacia un indicador de peso o controlador de peso.
SENSORES DE humedad
1os sensores de humedad relativatemperatura y humedad relativa est7n confi!urados con circuitos inte!rados *ue proporcionan una señal acondicionada0 6stos sensores contienen un elemento sensile capacitivo en ase de pol2meros *ue interacciona con electrodos de platino0 6st7n calirados por l7ser y tienen una intercamiailidad de '9 HR$ con un rendimiento estale y a-a desviación0 =edición de la humedad relativa &RH( 1a medición de la humedad relativa consiste en la relación entre la presión parcial del vapor de a!ua en el !as de *ue se trate y la presión de saturación del vapor$ a una temperatura dada0 Por lo tanto la humedad relativa es función de la temperatura0 1a medición es e%presada como un porcenta-e0 1a humedad relativa es un par7metro utilizado principalmente en aplicaciones amientales &e-0 acondicionamiento de aire( o mediciones meteoroló!icas ya *ue impacta directamente en el confort humano0 Cuando los niveles de humedad relativa son a-os puede producirse electricidad est7tica *ue dañe al e*uipamiento electrónico0 Bo e%iste una tecnolo!2a de medición *ue sea apropiada para todas las aplicaciones0 Al!unas de las tecnolo!2as t2picamente usadas son3 8+cnicas para la medición de humedad relativa 1as mediciones de humedad relativa puede ser hecha por sensores asados en3 psicometr2a$ desplazamiento$ resistivos$ capacitivos y por asorción de l2*uido0
SENSORES DE INTENSIDAD LUMÍNICA
)e llaman )ensores :otoel+ctricos o :otoceldas0 6s un dispositivo electrónico *ue responde al camio en la intensidad de la luz0 6stos sensores re*uieren de un componente emisor *ue !enera la luz$ y un componente receptor *ue percie la luz !enerada por el emisor0 8odos los diferentes modos de sensado se asan en este principio de funcionamiento0 6st7n diseñados especialmente para la detección$ clasificación y posicionado de o-etosE la detección de formas$ colores y diferencias de superficie$ incluso a-o condiciones amientales e%tremas0 1os sensores de luz se usan para detectar el nivel de luz y producir una señal de salida representativa respecto a la cantidad de luz detectada0 n sensor de luz incluye un transductor fotoel+ctrico para convertir la luz a una señal el+ctrica y puede incluir electrónica para condicionamiento de la señal$ compensación y formateo de la señal de salida0 6l sensor de luz m7s com4n es el 1DR F1i!ht Dependant Resistor o Resistor dependiente de la luz0 n 1DR es 7sicamente un resistor *ue camia su resistencia cuando camia la intensidad de la luz0 6%isten tres tipos de sensores fotoel+ctricos$ los sensores por arrera de luz$ refle%ión sore espe-o o refle%ión sore o-etos0
)ensores de 8emperatura
1os sensores de temperatura son dispositivos *ue transforman los camios de temperatura en camios en señales el+ctricas *ue son procesados por e*uipo el+ctrico o electrónico0 Hay tres tipos de sensores de temperatura$ los termistores$ los R8D y los termopares0 6l sensor de temperatura$ t2picamente suele estar formado por el elemento sensor$ de cual*uiera de los tipos anteriores$ la vaina *ue lo envuelve y *ue est7 rellena de un material muy conductor de la temperatura$ para *ue los camios se transmitan r7pidamente al elemento sensor y del cale al *ue se conectar7n el e*uipo electrónico0 8ermistor 6l termistor est7 asado en *ue el comportamiento de la resistencia de los semiconductores es variale en función de la temperatura0 6%isten los termistores tipo B8C y los termistores tipo P8C0 6n los primeros$ al aumentar la temperatura$ disminuye la resistencia0 6n los P8C$ al aumentar la temperatura$ aumenta la resistencia0 6l principal prolema de los termistores es *ue no son lineales se!4n la temperatura por lo *ue es necesario aplicar fórmulas comple-as para determinar la temperatura se!4n la corriente *ue circula y son complicados de calirar0 =7s sore el termistor R8D & resistance temperature detector ( n R8D es un sensor de temperatura asado en la variación de la resistencia de un conductor con la temperatura0 1os metales empleados normalmente como R8D son platino$ core$ ni*uel y molideno0
De entre los anteriores$ los sensores de platino son los m7s comunes por tener me-or linealidad$ m7s rapidez y mayor mar!en de temperatura0 8ermopar 6l termopar$ tami+n llamado termocupla y *ue recie este nomre por estar formado por dos metales$ es un instrumento de medida cuyo principio de funcionamiento es el efecto termocel+ctrico0 n material termoel+ctrico permite transformar directamente el calor en electricidad$ o ien !enerar fr2o cuando se le aplica una corriente el+ctrica0 6l termopar !enera una tensión *ue est7 en función de la temperatura *ue se est7 aplicando al sensor0 =idiendo con un volt2metro la tensión !enerada$ conoceremos la temperatura0 1os termopares tienen un amplio ran!o de medida$ son económicos y est7n muy e%tendidos en la industria0 6l principal inconveniente estria en su precisión$ *ue es pe*ueña en comparación con sensores de temperatura R8D o termistores0
)ensores de Humedad3
)i ien el !rado de concentración de a!ua en el amiente$ no influye mayormente sore la vida normal de un ser humano &salvo en el confort($ saemos *ue s2 resulta relevante para ciertos procesos industriales$ ya sean *u2F micos$ f2sicos o ioló!icos0 1as mol+culas de a!ua camian la lon!itud de materiales or!7nicos$ la conductividad y peso de materiales hi!roscópicos y asorentes *u2micos$ y en !eneral la impedancia de casi cual*uier material0 6stos camios son utilizados por los m+todos o principios de medición de los instrumentos para la medición de humedad0 As2$ el contenido de a!ua puede ser medido removiendo el a!ua &vapor( de una muestra y medir el camio de peso0 Gtros principios fundamentales son la evaporación de una superficie de a!ua con una corriente de !as &psicrometr2a( y el enfriamiento de una muestra de !as hasta *ue la condensaciones detectada0 u+ tipo de medidor utilizarJ n in!eniero cuya principal preocupación es evitar la condensación en su sistema$ estar7 interesado en el punto de roc2o de un flu-o
de !as0 n *u2mico estar7 interesado en la cantidad de vapor de a!ua$ mientras *ue en una imprenta o una ode!a la humedad relativa es de mayor importancia0 6n el mercado e%iste !ran variedad de instrumentos *ue son utilizados para la medición de humedad$ desde los hi!rómetros$ hi!rotermómetros$ meteorómetros$ as2 como tami+n diferentes m+todos *ue van desde primarios hasta secundarios incluyendo a los asados en m+todos fundamentales0 6stos instrumentos de medición pueden partir de diferentes t+cnicas para otención de la humedad relativa$ ya sea por comparación$ por c7lculos$ por talas$ etc0 Partiendo de *ue no e%iste una tecnolo!2a de medición *ue sea apropiada para todas las aplicaciones$ las mediciones de humedad relativa pueden ser hechas por sensores asados en3 psicometr2a$ deformación$ resistivos$ capacitivos y al!unos otros tipos para aplicaciones m7s espec2ficas0
)ensor Intensidad 1um2nica
n sensor de luz detecta la iluminancia0 =iden la cantidad de luz *ue lle!a a una c+lula fotoFel+ctrica &7sicamente una resistencia(0 1a resistencia es a-a con luz y alta con oscuridad &sensor de oscuridad(0 )e pueden usar de diversas formas3 Pueden medir intensidad$ Pueden orientarse$ enfocarse$ prote!erse0 )u colocación influye0 6s decir$ n )ensor fotoel+ctrico es un dispositivo electrónico *ue responde al camio en la intensidad de la luz0 6stos sensores re*uieren de un componente emisor *ue !enera la luz$ y un componente receptor *ue KveL la luz !enerada por el emisor0 8odos los diferentes modos de sensado se asan en este principio de funcionamiento0 6st7n diseñados especialmente para la detección$ clasificación y posicionado de o-etosE la detección de formas$ colores y diferencias de superficie$
/aso . Disear ( si1lar e% so:tare CAD % siste1a &e i%str1e%ta'i7% e% el 'al 1i&a %a &e las variables i%vesti?a&as revia1e%te ( obte%?a %a sali&a ara1etriBa&a &e 0V e &ebe ser visaliBa&a 1e&ia%te le&s sa%&o % M3=-.>
Esquemas de cone!"n de un LM#$%& El circuito integrado !"#1$ consta de una serie de amplifcadores operacionales en modo comparador, con los cuales se activara una escala de leds en pasos que dependerá del volta%e de reerencia a%ustado en el circuito integrado sualmente el 1=,#.M se puede alimentar con volta-es desde " a .Nv$ pero t+cnicamente se puede lle!ar hasta los 59v de alimentación0
&plicando la ormula ' las especifcaciones propuestas en la datasheet del !"#1$ tenemos( 6l valor de R. es de .05/ &.5"" ohmios( y R5 es de ,0#/ &,#"" ohmios(
Volta;e &e re:ere%'ia ->2 G )-H R2R-*
'(olta)e de re*erenc!a + %,-. / '%0 R-1R%22 &%ustándolo a valores comerciales tenemos(
(re*+ 1.)* + ".- / 1.) 0 1 2 *v. Esquema de cone3ión !"* sensor de temperatura El !"* es un sensor de temperatura digital. & dierencia de otros dispositivos como los termistores en los que la medición de temperatura se obtiene de la medición de su resistencia eléctrica, el !"* es un integrado con su propio circuito de control, que proporciona una salida de volta%e proporcional a la temperatura. a salida del !"* es lineal con la temperatura, incrementando el valor a razón de 14m5 por cada grado cent6grado. El rango de medición es de 7**89 7 **4m5 a 1*489 1*44 m5. Su precisión a temperatura ambiente es de 4,*89. os sensores !"* son relativamente habituales en el mundo de los afcionados a la electrónica por su ba%o precio, ' su sencillez de uso.
Calculo R% + .(1.34%3 56 R%+ %337 •
Esquema de cone3ión &:-)4 amplifcador de instrumentación
9alculo de la resistencia ;< para el control de ganancia 5olta%e de entrada má3ima es 1.* 5
RG =
49.4 k Ω
G− 1
49.4 k Ω =
3.3−1
=
21.5 k Ω
49.4 k Ω
RG
+1
=rueba de circuito con un volta%e de entrada de > **5
=rueba de circuito con un volta%e de entrada de 4 5
=rueba de circuito con un volta%e de entrada de **v
=rueba de circuito con un volta%e de entrada de 144 5
=rueba de circuito con un volta%e de entrada de 1*4 5
CONCLUSIONES
RE8ERENCIAS