LABORATORIO PRÁCTICO
FRANCISCO BADILLO CANTILLO LUIS RODRIGUEZ PALMERA HECTOR GARCIA ARBELÁEZ INSTRUMENTACIÓN – GRUPO GRUPO 203038_30
Ingeniero: J H ON JA J A I R O L E I V A J I ME NE Z
Tutor
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD UNAD
17 de Noviembre de 2017
INTRODUCCIÓN
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 necesarios Estudiante:
• • •
• • •
Protoboard Resistencias (según valores calculados en el diseño) Cables para conexión Fotorresistencias Capacitores varios valores Caimanes de conexión
Laboratorio Medidor de Lumens • • Multímetro digital Fuente de poder. •
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.
LUMENS FOTORRESISTENCIA lm Ohm
10 92 163 495 1215 2464 2903 3628 5250
11830 3130 1490 594 409 183 166 140 60
LUZ Vs RESISTENCIA 14000
) M12000 H O ( 10000 A I C N 8000 E T S I 6000 S E R 4000 R O T 2000 O F 0
0
1000
2000
3000
LUMENS (LM)
4000
5000
6000
2. Implemente un puente de Wheatstone, alimentado con 5VDC, para medir la variación de la fotorresistencia, equilibre el puente con la fotorresistencia a 0% de luz, varié la intensidad de luz hasta el máximo y obtenga una gráfica Intensidad de luz vs salida del puente (V). PUENTE DE WHEASTONE: Se utiliza para medir resistencias desconocidas mediante el equilibrio de los brazos del puente. Estos están constituidos por 4 resistencias que forman un circuito cerrado, siendo una de ellas la resistencia bajo medida.
En condición de equilibrio siempre se cumple qué:
= → = ∗ Para esta actividad vamos a tomar estos valores arbitrarios: Si
y =1,5Ω y =5Ω, averiguar para lograr el equilibrio del puente. (En
este caso la Rx vendría siendo la fotorresistencia)
= → = ∗ 5Ω =5Ω = 5Ω∗1, 1,5Ω Después de haber solucionado los cálculos, procedemos a hacer la simulación
En la siguiente grafica ya podemos ver el puente en equilibrio a 0% de luz.
Al no tener un medidor de lumens a la mano se realizaron las mediciones tomando como referencia la tabla del punto 1. LUZ
VOLTAJE
0
0
130
1,2
581
1,01
1035
0,8
Prueba 1
Prueba 2
Prueba 3
Tabla Luz Vs Voltaje
LUZ Vs VOLTAJE 1.4 1.2 1.2 1.01 1 0.8
E J 0.8 A T L O0.6 V 0.4
0.2 0 0 0
200
400
600
800
1000
LUZ
3. Compruebe el funcionamiento del puente de maxwell para la medición de capacitancias, realice los cálculos y compruébelos en la práctica. Se diseña el montaje del circuito.
1200
Datos de componentes en laboratorio C1 = 1µF R1 = 1,7 Ω R3 = 2,7 Ω Lx = ? Rx = ? R2 = 462 Ω
Montaje en protoboard.
Rx utilizada = 910 Ω Se halla la inductancia por medio de fórmulas utilizando los valores de los componentes usados.
= (∗ ) = = 462∗2,7 1,7 = 733,8 Ω Calculamos Lx
= ∗ ∗ = 462Ω∗2,7Ω∗1 = 1247
Simulación en Proteus 8 profesional para verificar equilibrio
Errores de medición. 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 Resistencias (según valores calculados en el diseño) Cables para conexión Amplificador Lm324 Potenciómetro de 5K Multímetro 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. Realice el paso a paso para medir en un osciloscopio el desfase entre dos señales. (Seleccione las señales a medir). Se simula desfase con condensador el cual adelanta la fase.
Comprobación de desfase
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). Potenciometro en 100% = puente en equilibrio 0V
Potenciómetro en 0% = puente en desequilibrio 0,33 V
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.
La amplificación en este caso deberá ser igual 27 veces aproximadamente. Tenemos la siguiente información. Vin = 0,33V Vout = 0,33 x 27,3 = 9,00 V R4 = 1K De la siguiente formula
= ( −) ∗1+2∗ Para calcular la resistencia de ganancia tenemos la siguiente formula:
) = ∗(2∗ −
= 0,33∗(2∗1000) 9−0,33 =76,12 Montaje físico
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 sistema de instrumentación completo. Insumos necesarios: Protoboard Resistencias (según valores calculados) Cables para conexión Foto resistencia Amplificador AD620 Multímetro Fuente de poder. LM3914 y LM35
Actividades a realizar: 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
= 5 La ganancia es de 2.2 49.4/2.2 = 23.4 0.Teóricamente 523.4en=los11.cálculos 7 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 es de y ); aplicando la fórmula propuesta en la datasheet del LM3914 (Voltaje dereferencia = 1.25 * ), obtendremos el rango de voltajes sobre el cual trabajara el
1+
1 1(1000 ℎ) 2 3.8 (3800ℎ 3914
Resolviendo la formula, obtendríamos el siguiente resultado:
1.25 ∗ (3.8 /1 + 1) = 6.
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; parasaberlo, solo basta dividir el número de salidas (10 en total) con el voltaje máximoque puede llegar a la entrada.En este ejemplo, será el resultado de dividir 5.31 / 10 = 0.5v. Cada led de la escalase encenderá entonces, cuando la entrada se incremente en 0.5v, como se puedever a continuación
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.
En la simulación nos queda de la siguiente manera:
Implemente un LM35 y visualice la medición de temperatura mediante leds, usando el LM3914.
Simulación En Proteus
Se comprobó el funcionamiento de los puentes de Wheatston. Y Maxwell Se aplicaron los conocimientos adquiridos en el curso de instrumentación y mediciones
Se realizaron varios proyectos en 3 laboratorios, estos por etapa, diseño y montaje para validar el funcionamiento. Se implementó la parte de programación, para poder complementar el proyecto. Se adquirieron las destrezas necesarias trabajar con los Amplificadores operacionales Lm324 y AD620
Se adquirieron las destrezas necesarias trabajar el LM3914 circuito integrado diseñado para visualizar el valor de una señal eléctrica comparada con un valor de referencia. Se adquirieron las destrezas necesarias trabajar el LM35 que es un sensor de temperatura de precisión Exploramos el programa proteus y aprendimos a generar simulaciones que son importantes en proyectos de este tipo. Se trabajó en equipo y se afianzo en aportar para un bien común.
