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INSTRUMENTACION
COMPONENTE PRACTICO
Presentado por:
Oscar Andrés Soto Ocampo CC.9861847 Andres Felipe Cháe! CC.14"67169 #atalia $ri%e &oro &oro &'.98()116)471 Ale*andro Correa Al!ate CC. 16+)(++7 ,ie-o erman /0o! CC.944"6(1) r0po +()()8217 +()()8218 &0tor 3oan Se%astián %0stos
$niersidad nacional a%ierta a distancia 5$#A, 'nstr0mentacin +(17
1
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INSTRUMENTACION
Tabla de contenido
'#&O,$CC'#.......................................................................................................+ O3;&'
A?;S................... S;>A?;S............................ .................. ..............................19 .....................19 P=C&'CA ): AP?'CAC'# ,; ?OS S'S&;/AS ,; '#S&$/;#&AC'#... '#S&$/;#&AC'#...... .....+6 ..+6
+
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INSTRUMENTACION
Tabla de contenido
'#&O,$CC'#.......................................................................................................+ O3;&'A?;S................... S;>A?;S............................ .................. ..............................19 .....................19 P=C&'CA ): AP?'CAC'# ,; ?OS S'S&;/AS ,; '#S&$/;#&AC'#... '#S&$/;#&AC'#...... .....+6 ..+6
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INSTRUMENTACION
INTRODUCCIÓN
;l p0ente de @heatstone @heatstone es 0n circ0ito m0 interesante interesante se 0tili!a para medir el alor de componentes pasios como las resistencias inicialmente descrito en 18)) por Sam0el B0nter Christie no o%stante 0e Charles @heatstone D0ien le dio m0chos 0sos c0ando lo desc0%ri en 184). Como res0ltado este circ0ito llea s0 nom%re. ;s el circ0ito más sensitio D0e eEiste para medir 0na resistencia Para Para la ela% ela%ora oraci cin n de la prác práctitica ca los los instr instr0m 0men ento toss D0e D0e 0til 0tili! i!ar arem emos os en el ?a%oratorios serán: m0ltmetro osciloscopio entre otras los c0ales nos a0daran a medir las dierentes tensiones resistencias otras ariaciones de electricidad D0e ten-an los circ0itos D0e manip0lemos en la misma. ,ichos instr0mentos nos a0dan a mantener a circ0itos eD0ipos en 0n ptimo 0ncionamiento %asándonos en ec0aciones comparaciones en lo D0e respecta al l0*o de electricidad. ?as medici medicione oness eléctr eléctricas icas se reali!a reali!an n con aparat aparatos os especi especialm alment ente e disead diseados os se-Gn la nat0rale!a de la corrienteH es decir si es alterna contin0a o p0lsante. ?os instr0mentos se clasiican por los parámetros de olta*e tensin e intensidad. ,e esta esta orm orma a pode podemo moss en0n en0nci ciar ar los los inst instr0 r0me ment ntos os de medi medici cin n como como el Ampermetro o 0nidad de intensidad de corriente. c orriente. ;l
)
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INSTRUMENTACION
O!ETI"OS
'.
Conoce Conocerr 0nc 0nciona ionamie miento nto de dieren dierentes tes p0ente p0entess de de medi medici cin n s0s Aplicaciones
''.
'mplem 'mplement entar ar 0nos dieren dierentes tes p0ente p0entess de de medi medici cin n conocer conocer s0s caractersticas prácticas.
'''. '''.
Anali! Anali!ar ar las las des desiaci iacione oness de de los los res0l res0ltad tados os de de las las medi medicio ciones. nes.
'<. '<.
,eterm ,etermina inarr el error error D0e se -ene -enera ra entre entre los cálc0l cálc0los os ter terico icoss las las mediciones de los circ0itos a montar.
<.
Conoce Conocerr el 0nc 0ncion ionami amient ento o la aplicac aplicacin in D0e D0e se se le p0ede p0ede dar a los p0ente p0entess para medicin
<'.
;sta%l ;sta%lecer ecer las princi principale paless carac caracter terst stica icass D0e D0e de%e de%e tene tenerr 0n sistem sistema a de medicin.
<''. <''.
;Eperi ;Eperiment mentar ar como como aect aectan an peD0e peD0eos os cam% cam%ios ios en en los circ0it circ0itos os de medici medicin n la lect0ra inal.
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INSTRUMENTACION
#R$CTICA 1% SISTEMAS DE INSTRUMENTACIÓN Objetivo: Reconocer las generalidades de un sistema de instrumentación mediante el estudio de los diferentes equipos de medición y modelos de amplificador usados actualmente en los campos de la electrónica e instrumentación Insumos necesarios: • • • • • • • • •
Protoboard Resistencias (según valores calculados en el diseño) Cables para conexión oto resistencias Capacitores varios valores !edidor de "umens Caimanes de conexión mult#metro digital fuente de poder$
Espacio de apoyo: oro en el entorno pr%ctico$ &l tutor que orienta el componente pr%ctico ser% el principal encargado de brindar apoyo en esta tem%tica$ Actividades a realizar: '$ Caracterice la respuesta de una foto resistencia a la intensidad de la lu obteniendo la gr%fica de lu vs resistencia para ello se sugiere disponer de una fuente de lu led (linterna) si es posible un medidor de lumens* si no es posible contar con este último realiar m#nimo + mediciones en las cuales se vari, la intensidad de lu de menor a mayor$ -$ .mplemente un puente de /0eatstone alimentado con 123C para medir la variación de la foto resistencia equilibre el puente con la fot o resistencia a 45 de lu vari, la intensidad de lu 0asta el m%ximo y obtenga una gr%fica .ntensidad de lu vs salida del puente (2)$
"
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INSTRUMENTACION
). Compr0e%e el 0ncionamiento del p0ente de maEIell para la medicin de capacitancias realice los cálc0los compr0é%elos en la práctica.
Sol&cion
#&nto 1 ' 2
#&ente de ()eat*tone
Ma+co Te,+ico ?as mediciones más precisas de la resistencia se o%tienen con 0n circ0ito llamado p0ente de @heatstone este circ0ito consiste en tres resistencias conocidas 0na resistencia desconocida conectadas entre s en orma de diamante. Se aplica 0na corriente contin0a a traés de dos p0ntos op0estos del diamante se conecta 0n -alanmetro a los otros dos p0ntos. C0ando todas las resistencias se nielan las corrientes D0e l0en por los dos %ra!os del circ0ito se i-0alan lo D0e elimina el l0*o de corriente por el -alanmetro el p0ente p0ede a*0starse a c0alD0ier alor de la resistencia desconocida D0e se calc0la a partir los alores de las otras resistencias. Se 0tili!an p0entes de este tipo para medir la ind0ctancia la capacitancia de los componentes de circ0itos. Para ello se s0stit0en las resistencias por ind0ctancias capacitancias conocidas. ?os p0entes de este tipo s0elen denominarse p0entes de corriente alterna porD0e se 0tili!an 0entes de corriente alterna en l0-ar de corriente contin0a. A men0do los p0entes se nielan con 0n tim%re en l0-ar de 0n -alanmetro D0e c0ando el p0ente no está nielado emite 0n sonido D0e corresponde a la rec0encia de la 0ente de corriente alternaH c0ando se ha nielado no se esc0cha nin-Gn tono. 6
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;n la i-0ra se m0estra 0n p0ente de resistencias D0e p0ede 0tili!arse para determinar 0na resistencia desconocida. Para c0alD0ier con*0nto dado de resistencias 1 + ) 4 el olta*e de compensacin J del p0ente iene dado por: Δ V =
(
R3
R 1+ R 3
−
R4 R2− R 4
)
Para hallar la resistencia desconocida E en condicin de eD0ili%rio siempre se c0mple D0e: R 2∗ R3 R X = R1
Si los alores de 1 + ) se conocen con m0cha precisin el alor de E p0ede ser determinado i-0almente con m0cha precisin peD0eos cam%ios en el alor de E romperán el eD0ili%rio serán claramente detectados por la indicacin del -alanmetro de orma alternatia si los alores de 1 + ) son conocidos + no es a*0sta%le la corriente D0e l0e a traés del -alanmetro p0ede ser 0tili!ada para calc0lar el alor de E siendo este procedimiento más rápido D0e el de a*0star a cero la corriente a traés del -alanmetro.
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#&ente en e-&ilib+io
#&ente de*e-&ilib+ado
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?as si-0ientes ec0aciones se reali!aron para hacer los cálc0los hallar los alores de la esistencia 5potencimetro 1: ++( K +: ))1 K ): 1(((( K 220 ))1 4: LM 1(((( 1"(4"4"4" R 2∗ R3 331 Ω∗10000 Ω R4 = = =15,045 Ω
+1 +2 +3 +.
R1
R1=
R2=
R3=
R2∗ R3 R4
R1∗ R 4 R3
R1∗ R 4 R 2
=
=
=
331∗10000 15,045
220∗15045 10000
220∗15045 331
220 Ω
=220006,6 Ω
=0,33 Ω
=9,99 Ω
1 ) /ismo olta*e H + 4 /ismo olta*e 1 + /isma corrienteH ) 4H /isma 9 corriente
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Como la práctica pretenda eriicar los cam%ios dentro del P0ente Iheatstone de ac0erdo al cam%io de los lGmenes de%amos 0tili!ar 0na otoresistencia para eD0ili%rar el p0ente 0samos 0n potencimetro de 1(Nohmios D0edando cali%rado en 7"6 N ohmios -
;stos son los datos D0e ta%0lamos para el -raico. Al no contar con l0Eometro 0samos 0na aplicacin llamada ?0E de Pla Store. 'ncitamos la l0! 0tili!ando lámpara led o%t0imos estos datos
/1
/2
/3
l&
1746
4(6
116
oltae
1.1)
1.(7
1.(1
#&ente en e-&ilib+io4
1(
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#+i/e+a /edici,n4
11
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Se5&nda /edici,n4
1+
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INSTRUMENTACION
Te+ce+a /edici,n 1)
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6+ica l9/ene* * oltae4
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INSTRUMENTACION
Lumens vs Voltaje 2000 1800 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 m-1
m-2 luz
m-3 volaje
#&nto 34 #&ente de Ma:;ell
Ma+co te,+ico
;s 0na red en p0ente de CA en la D0e 0na rama está comp0esta de 0na ind0ctancia 0na resistencia en serieH la op0esta de 0n condensador 0na resistencia en paraleloH las otras dos ramas de resistencias. ;l p0ente se il0stra en la i-0ra se 0sa para la medida de ind0ctancias 5en 0ncin de 0n condensador conocido o capacidades 5en 0ncin de 0na ind0ctancia conocida siendo la relacin de eD0ili%rio:
?C +4 1) 1"
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INSTRUMENTACION
Se disea el monta*e del circ0ito.
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INSTRUMENTACION
,atos de componentes en la%oratorio
AB =( C 1=1 μF Y R 1=1,7 Ω )
(
BC = R 3=2,7 Ω
)
CD =( L X =? , R X =? )
(
DA = R 2=462 Ω
)
/onta*e en proto%oard.
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INSTRUMENTACION
Compro%acin D0e el p0ente /aEIell esta en eD0ili%rio.
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INSTRUMENTACION
R: &tliada4
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INSTRUMENTACION
Se halla la ind0ctancia por medio de rm0las 0tili!ando los alores de los componentes 0sados. AB =( C 1=1 μF Y R 1=1,7 Ω )
(
BC = R 3=2,7 Ω
)
CD =( L X =? , R X =? )
(
DA = R 2=462 Ω
)
;c0acin: R X =
( R ∗ R ) 2
R1
462∗2,7 1,7
3
=
=¿
733,8 Ω
Calc0lamos ?E L x = R 2∗ R3∗C 1= 462∗2,7∗1 μ =1247 H
Si/&laci,n en #+ote&* 8 >+oe*ional >a+a e+iica+ e-&ilib+io 5,atos de la práctica
+(
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INSTRUMENTACION
E++o+e* de /edici,n4 Como se 0tili! sotIare este proporciona datos m0 eEactos p0es no
ha actores D0e aecten o alteren la medicin como temperat0ra estática demásH la Gnica ca0sa de error de medicin en este caso sera la de la propia resistencia al ser medida por el m0ltmetro di-ital.
#R$CTICA 2% ADECUACIÓN DE SE?A@ES Objetivo: Comprender procesos que permiten la adecuación de señales analógicas para su posterior procesamiento o visualiación$ Insumos necesarios: • • • • • • •
Protoboard resistencias (según valores calculados en el diseño) Cables para conexión 6mplificador "m7-8 Potenciómetro de 19 mult#metro fuente de poder$
+1
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INSTRUMENTACION
Espacio de apoyo: oro en el entorno pr%ctico$ &l tutor que orienta el componente pr%ctico ser% el principal encargado de brindar apoyo en esta tem%tica$ Actividades a realizar: '$ Realice el paso a paso para medir en un osciloscopio el desfase entre dos señales$ (eleccione las señales a medir)$ -$ .mplemente un puente de ;0eatstone alim,ntelo con '2 para la medición de un potenciómetro de 19 mida la salida variando el potenciómetro desde el equilibrio (42) 0asta su desequilibrio m%ximo (2!ax)$ 7$ 6mplifique la salida del puente de /0eatstone mediante la implementación de un amplificador de instrumentación con amplificadores operacionales obtenga una salida en escala de 42<=2$
Sol0cin.
1. se sim0la desase con condensador el c0al adelanta la ase.
++
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INSTRUMENTACION
/onta*e isico
Compro%acin de desase
+)
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INSTRUMENTACION
Se mide el desase en osciloscopio -enerador real.
24 Implemente un puente de wheatstone, aliméntelo con 1V, para la medicin de un potencimetro de !", mida la salida variando el
+4
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INSTRUMENTACION
potencimetro desde el e#uilibrio $%V& hasta su dese#uilibrio m'(imo $V)a(&*
Potenciometro en ( deseD0ili%rio (
Sim0lacin en Prote0s. +"
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P0nto de eD0ili%rio
INSTRUMENTACION
,eseD0ili%rio maEimo
+6
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INSTRUMENTACION
34 Ampli+i#ue la salida del puente de heatstone, mediante la implementacin de un ampli+icador de instrumentacin con ampli+icadores operacionales, obten-a una salida en escala de %V. /V*
"a amplificación > -+ veces$ ?enemos la siguiente información$ 2in> 4772dc 2out> 477 x -+7 > =44 2dc R' > '9 3e la siguiente formula 2out > (v' V 1. ( 2. R 1) Vout −V 1
0,33 ( 2.1000 Ω) 9 −0,33
761+
Ω
Montae *ico
Si/&laci,n en #+ote&* con el >&ente ;)eat*tone e-&ilib+ado4 +7
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INSTRUMENTACION
Si/&lacion en >+ote&* con oltae
a/>liicado 27 ece* Vout0 %, ( 23, 0 /,%% Vdc
+8
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INSTRUMENTACION
#R$CTICA 3% A#@ICACIÓN DE @OS SISTEMAS DE INSTRUMENTACIÓN Objetivo: .mplementar un sistemas de instrumentación completo$ Insumos necesarios: • • • • • • • •
Protoboard resistencias (según valores calculados) Cables para conexión oto resistencia 6mplificador 63B-4 mult#metro fuente de poder$ "!7='8 y "!71
Espacio de apoyo: oro en el entorno pr%ctico$ &l tutor que orienta el componente pr%ctico ser% el principal encargado de brindar apoyo en esta tem%tica$ Actividades a realizar: '$ .mplemente un puente de /0eatstone alimentado con 144m2 para la medición de la luminosidad por medio de una foto resistencia obtenga a la salida del amplificador de instrumentación un voltae en escala de 82<=2$ -$ 2isualice la salida del amplificador en leds mediante el uso del "!7='8$ 7$ .mplemente un "!71 y visualice la medición de temperatura mediante leds usando el "!7='8$
+9
Sol&ci,n% 1. .mplemente un puente de /0eatstone alimentado con 144m2 para la medición de la luminosidad por medio de una foto resistencia obtenga a la salida del amplificador de instrumentación un voltae en escala de 82<=2$
!ontae en protoboard
)(
6limentación de 144m2
Sim0lacin en Prote0s perecta
Cálc0los matematicos )1
- " ?a -anancia es de +.+ E 49.4+.+ +).4 es la -anancia (."dc E +).4 11.7 dc &ericamente en los cálc0los en la sim0lacin nos dio perecto.
Alimentacion del p0ente Iheatstone 5"((m< alimentacin del ampliicador51"
)+
Se -enero el olta*e independiente de los 1"dc tampoco nos dio res0ltado sicamente.
+.
))
iniciamos con el alor de 1 es de 1N 51((( ohmios + es de ).8N 5)8(( ohmiosH aplicando la orm0la prop0esta en la datasheet del ?/)914 5
142B 348 F 1 G 1H J4 ;sto si-niica D0e el ?/)914 leerá en s0 entrada 5pin " 0n olta*e entre ( 6dc. &am%ién es %0eno sa%er cada c0anto olta*e se incrementará la escalaH para sa%erlo solo %asta diidir el nGmero de salidas 51( en total con el olta*e máEimo D0e p0ede lle-ar a la entrada. ;n este e*emplo será el res0ltado de diidir ".)1 1( (.". Cada led de la escala se encenderá entonces c0ando la entrada se incremente en (." como se p0ede er a contin0acin: Led 1 = 0.5v Led 2 = 1.0v Led 3 = 1.5v Led 4 = 2.0v Led 5 = 2.5v Led 6 = 3.0v Led 7 = 3.5v Led 8 = 4.0v Led 9 = 4.5v Led 10 = 5.0v
)4
Vamos incrementando el voltaje en el pin 5 (0.06)
0.09V
)"
1."<
1.9<
)6
+."<
)7
7$ .mplemente un "!71 y visualice la medición de temperatura mediante leds usando el "!7='8$
Sim0lamos la temperat0ra am%iente en Prote0s nos indica 6V por led
"4V -rados en Prote0s
)8
Alimentacin 18<
+4 VC en sico
)9
4+VC sicos.
Alcan!amos 48 VC en la%oratorio sico. 4(
41
CONC@USIONES
• •
•
•
•
•
•
•
•
Se compro% el 0ncionamiento de los p0entes de @heatston. W /aEIell Se aplicaron los conocimientos adD0iridos en el c0rso de instr0mentacin mediciones Se reali!aron arios proectos en ) la%oratorios estos por etapa diseo monta*e para alidar el 0ncionamiento. Se implement la parte de pro-ramacin para poder complementar el proecto. Se adD0irieron las destre!as necesarias tra%a*ar con los Ampliciadores operacionales "m7-8 y 63B-4 Se adD0irieron las destre!as necesarias tra%a*ar el ?/)914 circ0ito inte-rado diseado para is0ali!ar el alor de 0na seal eléctrica comparada con 0n alor de reerencia. Se adD0irieron las destre!as necesarias tra%a*ar el ?/)" D0e es 0n sensor de temperat0ra de precisin ;Eploramos el pro-rama prote0s aprendimos a -enerar sim0laciones D0e son importantes en proectos de este tipo. Se tra%a* en eD0ipo se aian!o en aportar para 0n %ien comGn.
4+
