Realizacion de un Telurímetro

Medidas Electrónicas I Universidad Tecnológica Nacional, Regional Paraná

2016

Grattier, Grattier, Gonzalo José. e-mail: [email protected] Mare, Alesandro. e-mail: [email protected] Perero, Juan Manuel. e-mail: [email protected] e-mail: [email protected]

Cátedra: Medidas Electrónicas 1

Docentes: Mg, Ing. José M. Triano. Ing. Lucas Maggiolini.

Ab st rac t: This t: This project involves the design and implementation of a telurimeter, that is to say a ground resistance meter. It was done in two successive stages using an TL072 operational and an INA122 instrumentation operational. In the first stage we implement the signal generator circuit. This signal is used to inject it into ground and measure the grounding resistance. In the second stage we implemented the receiver or measuring circuit. In the first stage we have two sub-stages: step signal generator and current source. In the second stage we have four sub-stages: increase input impedance, Nutch filter, amplifier and filtering. It was obtained an instrument with two current scales to measure different range of resistance and two working frequencies, with a precition of 5% Key words: grounding resistance, instrumentation operational, Nutch filter, operationals.

Grattier, Mare, Perero.

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Resumen: Este proyecto consiste en el diseño e implementación de un telurímetro, es decir un medidor de resistencia de puesta a tierra. El mismo fue realizado en dos etapas sucesivas utilizando operacionales TL072 y un operacional de instrumentación INA122. En la primera etapa implementamos el circuito generador de señal. Dicha señal es la que utilizaremos para inyectar a tierra y medir la resistencia de puesta a tierra. En la segunda etapa implementamos el circuito receptor o de medición. Dentro de la primera etapa contamos con 2 sub-etapas: etapa de generación de señal cuadrada y etapa de fuente de corriente. Dentro de la segunda etapa contamos con 4 sub-etapas: etapa de aumento de impedancia de entrada, etapa filtro Nutch, etapa amplificadora y etapa de filtrado. Se obtuvo un instrumento de dos escalas de corriente para medir distintos rangos de resistencia y dos frecuencias de trabajo, con una precisión de 5% Palabras Palabras clave: filtro clave: filtro Nutch, operacionales, operacional de instrumentación, resistencia de puesta a tierra.


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Índice General: Introducción.

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Estado de la Técnica (estudio de mercado).

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Desarrollo.

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Diseño del circuito. Fuente de corriente. Etapa de adaptación y adecuación de la señal del telurímetro.

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Componentes utilizados en el circuito. Página 10 Generador de señal. Página 10 Circuito de entrada de la señal por tierra. Página 11 Alimentación del circuito. Página 11 Análisis y respuestas de transistores y amplificadores operacionales. Página 11 Implementación real del telurímetro. Linealidad del Instrumento. Linealidad de la fuente de corriente. Linealidad de detección de la señal inyectada vs salida Comparación contra instrumento patrón Calculo de error y clase el telurímetro implementado Análisis de costos Conclusión y Discusión. Bibliografía. Anexo.


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Índice de Figuras: Figura 1 – Fuente de Corriente. Figura 2 - a – Circ. hasta filtro Notch. Figura 2 - b – Circ. a partir de filtro Notch. Figura 3 – Cambio de diseño respecto al 1° Operacional de entrada. Figura 4 – Partes del circuito de medición. Figura 5 – Ganancia y CMRR vs frecuencia del INA122. Figura 6 – Máxima tensión de salida vs frecuencia del TL072. Figura 7 – Graficas de linealidad de la fuente de corriente. Figura 8 – Graficas de linealidad del censado. Figura 9.1 – Parte del manual de usuario del instrumento patrón. Figura 9.2 – Parte del manual de usuario del instrumento patrón. -

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Índice de Ecuaciones: Ecuación 1 – Ganancia del operacional. Ecuación 2 – Resultado del cálculo de la ganancia. Ecuación 3 – Error en la de la ganancia por Rg. -

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Índice de Tablas: Tabla 1 Tabla 2 Tabla 3 Tabla 4

– Tabla de linealidad de la fuente de corriente. – Tabla de linealidad del censado. – Comparación de instrumentos. – Costos aproximados de los elementos utilizados. -


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Introducción . Con el presente trabajo se desea lograr el diseño y construcción de un telurímetro utilizando como material base un artículo brindado por la cátedra de “Medidas Electrónicas I”. Se busca también la orientación hacia la investigación referente al tema para lograr la mejor forma implementación del instrumento, teniendo en cuenta dispositivos a utilizar, frecuencia de trabajo, disponibilidad comercial y realizando un análisis de los operacionales de instrumentación utilizados. Así también, identificar y comprender los diferentes métodos, que actualmente se utilizan en la medición de resistividad de suelos, para los sistemas de puesta a tierra, del conocimiento de los conceptos ligados a ellos, para una mayor comprensión del tema.

Estado de la Técnica. En cuestión al funcionamiento de un medidor de puesta a tierra se encontró que para llevar a cabo la medición se inyecta mediante una jabalina a tierra una señal, que tiene como característica de ser de corriente constante. Realizando una medición de tensión y sabiendo la relación de proporcionalidad entre los parámetros mencionados, resulta sencilla la determinación de la resistencia de tierra. Las características de la señal inyectada dependerán en muchos casos del tipo de medición de tierra que se realice, dimensiones involucradas en la medición y parámetros que afecten la medición. Debido a las distintas variables, como común se encontró la realización de una señal alterna, evitando las señales continuas y frecuencias múltiplos de la utilizada en la red eléctrica (50 Hz). Pese a esto, se sabe que la mayoría de las señales eléctricas periódicas carecen de contenido armónico en frecuencias pares y que a mayor frecuencia del armónico, menor es la potencia que representa de la total. Con lo antes dicho se quiere justificar el hecho de usar frecuencias de 600 o 700 Hz como lo sugiere el circuito del telurímetro presentado en la revista “NUEVA ELECTRÓNICA”. Con respecto a las frecuencias no se encontró un parámetro concluyente que limitará a un rango acotado, utilizándose desde frecuencias relativamente bajas, a partir de 50 Hz hasta los 25 KHz, salvo por el efecto de los múltiplos de 50. Actualmente se encuentran instrumentos medidores de resistividad de tierra con la capacidad de realizar lo que se llama método de medición por impulsos, destinados a la evaluación de sistemas de protección contra descargas atmosféricas. Este método se denomina así, puesto que la corriente de los rayos conlleva impulsos de muy alta frecuencia. Al intentar definir una corriente de inyección, tampoco se halló algo conciso, oscilando los valores de 2 mA a 100 mA. Es completamente lógico abstenerse de utilizar corrientes elevadas, ya que no se debe olvidar que al inyectar esta señal se estará generando un potencial en tierra, que además puede llegar a ser peligroso si es elevado. Al intentar una búsqueda de circuitos similares, se encontró poca información que


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pudiera ponerse en una forma clara y concisa, es decir, que no se hallaron circuitos completos que pudieran presentarse como en la revista utilizada, además de que mucha de la información recabada consistía en páginas de fabricantes, los cuales no presentan demasiados detalles acerca del diseño esquemático del circuito. Algunos de los papers recurridos, en los cuales carece de sentido realizar una explicación detallada sobre sus desarrollos puesto que abarcan tanto hardware como software en forma muy abarataba, pueden encontrarse en la bibliografía. Para realizar algún tipo de contrastación, se mostrarán las características de algunos de los telurímetros analizados. El MRU-101 de Amperis que inyecta una tensión máxima de 40 V a 128 Hz, una corriente de prueba máxima de 250 mA y tiene 5 rangos de medición de resistencia entre 0.6 Ω y 20 K Ω con una precisión de ±2%. El EM-4055 de MEGABRAS inyecta al terreno tensiones entre 0 y 60 V a dos frecuencias diferentes 270 y 1470 Hz y calcula resistencias entre 0.01 Ω y 20 KΩ con una precisión del 2%. El MD-1000R de MEGABRAS presenta unos niveles de inyección de 250, 500 y 1000 Vdc y realiza mediciones de resistencia hasta 20 G Ω. El GC1000 de ED&D inyecta a terreno una corriente de 25 o 30 A con una frecuencia de 50 o 60 Hz, cuenta con una precisión del 2%. El ET 3000 de PCE posee 3 rangos de medición de resistencia entre 0,01 Ω hasta 2000 Ω con una precisión del 2%, inyecta una corriente de 2 mA y efectúa la prueba a 820 Hz. El Earth-Insulation Tester de Metrel inyecta al terreno una tensión sinusoidal de 40 Vp y 125 Hz, una corriente de prueba menor a 20 mA y un rango de medición de resistencia entre 0 y 19.99 KΩ. El MiniSting de AGI capaz de inyectar corrientes de da de 1-2-5-1020-50-100-200-500 mA, una tensión máxima de 800 Vpp y un rango de medición de resistencia entre 0.1 mΩ y 400 kΩ Como puede verse, el rango de las distintas magnitudes en juego es bastante amplio, esto debido a la aplicación específica que tienen los distintos instrumentos.


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Desarrollo .

Diseño del circuito. El diseño del circuito se base casi en su totalidad en un circuito propuesto en la revista “NUEVA ELECTRÓNICA N°255”, proporcionada por la cátedra. Como ya se mencionó antes, se tiene que inyectar a la tierra una señal cuadrada de corriente constante, para generar dicha señal se implementa la fuente de corriente que podría armarse utilizando “espejos de corriente” u otro circuito que cumpla con los requisitos. Por comodidad y simplificación a la hora del diseño, se tomó la fuente de corriente del telurímetro propuesto, ver figura 1. La siguiente parte del circuito consistirá en la captura de la señal, su procesamiento y adaptación a la forma que se decida visualizarlo.

Fig.- 1 – Fuente de Corriente.

Fuente de corriente. La fuente de corriente consiste en un oscilador de onda cuadrada en el cual a la salida se le colocan zeners para recortar a un cierto valor de corriente. Después de los diodos, se entrar en la etapa que generará la señal de cuadrada de corriente. Para tener una segunda medición, se agrega la posibilidad de generar 2 frecuencias distintas, lo que permitirá, en caso de una medición poco fiable, llegar a otra medición y conjeturar sobre lo obtenido. Dada la función de este circuito, se plantea el uso de operacionales comunes, aun disponiendo de amplificadores de instrumentación, ya que las ventajas de estos no contribuirían a mejorar el rendimiento de esta etapa del instrumento, los problemas


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críticos que se puedan afectar el funcionamiento, que bien se puede calibrar mediante los potenciómetros, serán originados por las tolerancias de las resistencias y probablemente la asimetría en los parámetros de los transistores, pese a que sean complementarios. La generación de la onda cuadráda se basa en el circuito RC conectado junto al operacional, con los valores dispuestos se obtuvieron las frecuencias 616 Hz y 1232 Hz. Luego se realiza un recorte con los zeners cuya tensión es de 3,3 V y al realizar una calibración la corriente de salida es de aproximadamente 3 y 30 mA.

Etapa de adaptación y adecuación de la señal del telur ímetro. Una vez realizada la inyección de la señal, se tiene que recibir e interpretar algún tipo de respuesta que permita obtener la resistencia de la tierra. En este caso será una la señal cuadrada con una amplitud proporcional a dicha resistencia. El problema yace que no solo se capturará dicha señal, sino que también ruidos de distintos tipos que afectarán la medición. Este efecto se intenta mitigar con la implementación de distintos filtros y circuitos con alto CMRR (relación de rechazo de modo común). Esta esta etapa al estar basada en el circuito de la revista, resulta bastante similar, se realizaron ciertos cambios que no afectan sustancialmente su funcionamiento, pero agregan o sustituyen características que podrían llegar a ser necesarias, (como la visualización de la medición a partir de la tensión). (Circuito completo en figura 2-a y 2-b)

Fig.- 2-a – Circ. hasta filtr o Notch.


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Fig.- 2-b – Circ. a partir de filt ro Notc h. La lectura de la señal inyectada se realiza mediante una jabalina conectada a una primera sub-etapa del circuito en cuestión (figura 3), en ella originalmente se encontraba un operacional, que su función consistía en elevar la impedancia de entrada del circuito y filtrar muy bajas frecuencias (menores a 5 Hz) gracias al capacitor en la entrada. A es operacional, se lo reemplazo por un amplificador de instrumentación en modo diferencial, entre la entrada y la referencia. Junto a la ventaja de tener una mayor CMRR, según la resistencia que se disponga a utilizar, se le dará una ganancia a la salida de este.

Fig.- 3 – Cambio de diseño respecto al 1° Operacion al de entrada. Grattier, Mare, Perero.

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Luego del operacional de instrumentación se incorpora un filtro Notch, calculado para filtrar ruido de 50 Hz, ya que como las redes de energía eléctrica de la zona trabajan a dicha frecuencia, habrá una gran cantidad de interferencia afectando a la medición. Cabe destacar que este filtro deformará la señal producto de las cargas y descargas de los capacitores, lo que se llega a atribuir dicho efecto a la respuesta transitoria del filtro realizado, ya que su respuesta en frecuencia no demuestra tales efectos. En la salida del Notch, se colocó un amplificador operacional, para amplificar la señal en modo no inversor. Siguiendo a la sub-etapa antes nombrada, se armará un rectificador de onda completa, que junto con un filtro rectificaran la señal obtenida como una tensión continua, capaz de ser medida con un voltímetro. Previamente no se efectúa cambios en estructura circuital del telurímetro presentado en la revista, pero luego del rectificador se agrega un circuito adaptador de la señal para, en lugar de medir tensión, utilizar un amperímetro o galvanómetro y medir corriente para interpretar la medición.

Fig.- 4 – Partes del circu ito de medición.

Componentes utilizados en el circuito. Generador de señal. Para esta etapa, los componentes utilizados consistieron en resistencias con 1 % de tolerancia y capacitores de poliéster, para minimizar tanto errores por magnitudes reales, como por régimen de trabajo (frecuencia, temperatura, etc.). Para los operacionales se seleccionaron los TL072, que se caracterizan por tener entrada FET, por ende tiene mayor impedancia de entrada que uno de tecnología BJT. Los diodos zener usados, son de 3.3 V, al igual que en la implementación de la revista, ya que variar la tensión de estos repercutía en la cantidad de corriente del Grattier, Mare, Perero.

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generador, y bajo estos valores se acerca a lo requerido. Es recomendable que para los transistores se elijan como mínimo 2 complementarios, para evitar una asimetría en la señal generada, en el mejor de los casos se puede buscar 2 apareados, con lo que se evitaran más tipos de imperfecciones. Los utilizados fueron BC327 y 337 Como la corriente del generador es pequeña, los requerimientos de potencia de los componentes son pequeños y no presenta complicaciones.

Circuito de entrada de la señal por t ierra. La segunda parte del circuito tampoco tiene requerimientos de potencia, lo cual es ventajoso al elegir los componentes. Nuevamente las resistencias de 1% y capacitores de poliéster fueron utilizados. El amplificador de instrumentación elegido fue un INA122, aunque también puede ser reemplazado por un AD620. Con respecto a estos dos componentes, el AD620 es el más costoso, pero la respuesta del circuito linealmente es considerablemente mejor. Los demás operacionales usados fueron los TL072, a los que ya se nombraron anteriormente. Los diodos del generador de señales deben ser acordes a la señal que se desea rectificar, en nuestro caso, con 2 1N4148 se obtiene un resultado favorable en la rectificación. El filtro a la salida del circuito, se implementó de forma tal que el ripple generado en la rectificación no produjera problemas en la medición.

Alimentación del circuito. En principio se había propuesto la utilización de una fuente partida de ±12 V, pero al encontrarse que las fuentes disponibles carecían de un ripple despreciable, optamos por utilizar 2 baterías y conectarlas de modo tal de tener ± 9 V. La diferencia de 3 V resultante, no presento problemas, ya que el cambio se ve mitigado por los zeners en el circuito generador de la señal de corriente al recortar la onda cuadrada.

Análisis y respuestas de transistores y amplificadores operacionales. Lo importante a la hora de conectar el circuito implementado es como va a responder cuando esté funcionando, por eso mismo, debemos saber si los componentes elegidos trabajan correctamente, o por lo menos como se espera bajo las condiciones de funcionamiento. La cuestión crítica en un instrumento de medición diseñado, no pasa por el ancho de banda o la ganancia, sino que cobra gran importancia el rechazo al ruido, ergo, es conveniente tener un alto CMRR. Analizando el datasheet del INA122 se encuentra que la ganancia de operacional está definida por la siguiente expresión: G = 5 + 20 k Ω /Rg


(1)

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Siendo Rg la resistencia que se le conecta al integrado para darle una ganancia determinada, si no se pone, Rg tiende a infinito y la ganancia a 5. Dado el caso de realizar una calibración, dispusimos como Rg un preset multivuelta de 100 [k Ω], que al terminar la calibración quedo en aproximadamente 30 [k Ω]. Con esto nos queda que la expresión 2 (2) El error de dicha ganancia va a ser producido por el propio error de este operacional de instrumentación y por la tolerancia del preset. Esta última se considera que es de un 20%. Dada esta tolerancia, el error de la ganancia recalculada se puede ver en la expresión (3) (3) Finalmente, el error sacado del datasheet del propio operacional para la ganancia especificada puede interpolarse entre 0,1 (G=5) y 0,5 (G=100). Se puede considerar que para una ganancia de aproximadamente 10, el error será de 0,2. El siguiente parámetro a describir del INA está relacionado con el ancho de banda, y puede llegar a ser imperante en un instrumento de medición, la relación de rechazo de modo común bajará dramáticamente a medida que aumenta la frecuencia. Según las gráficas de la figura 5, la CMRR es de aproximadamente 45 dB (612 Hz) y 35 dB (1233 Hz). El ancho de banda en el que el INA funciona con la ganancia configurada, por tabla es aproximadamente de 40 KHz.

Fig.- 5 – Gananci a y CMRR vs frecu encia del INA122. Grattier, Mare, Perero.

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Los amplificadores TL072, también tienen características parecidas al INA, pero al ser otro tipo de dispositivo se analizan otras características en el datasheet del TL. Si bien la CMRR del TL da como valor típico 100 y el INA 93, no se encontró una gráfica de evolución de la relación en función de la frecuencia. El ancho de banda estará limitado en gran medida por la tensión máxima que pueda dar a la salida el TL (Figura 6).

Fig.- 6 – Máxima tensió n de salid a vs fr ecuencia del TL072. Con respecto a los transistores BC327/337, lo importante para su uso es el ancho de banda, el cual es de 100 MHz según su datasheet.

Implementación real del telurímetro y calibración Si bien el circuito realizado se presentó como funcional, ciertas complicaciones o errores aparecen a la hora de la comprobación del funcionamiento, algunos insignificantes. Una de ellas fue inevitablemente el desfasaje de frecuencia en la señal generada, el cual no presenta problemas a no ser que se acerque demasiado a una frecuencia múltiplo de 50 Hz que pueda ser afectada por un armónico de la red eléctrica pública. La medición de esta frecuencia puede ser realizada con un multímetro o frecuencímetro, en nuestro caso usamos el primero, pero indefectiblemente bajo carga, puesto que en circuito abierto se obtenían resultados inconsistentes. Una complicación agravante es el exceso de ganancia que pueda llegar a dar los operacionales, puesto que en caso de llegar a la tensión de alimentación, la saturación recortará la señal entrante, afectando la medición. Para solucionar esto se calibraron las ganancias para que al medir con el voltímetro a la salida se obtuvieran tensiones bajas que mantuvieran una relación simple respecto a resistencia de tierra medida. Dicha calibración se logró mediante la conexión de resistencias simulando la resistencia de tierra. Para realizarla, se tomó la escala de 10 [Ohm] fijando la fuente de corriente en 30 [mA]. En base a esto, se decidió calibrar la ganancia del operacional de instrumentación, para que a la tensión medida a la salida del Grattier, Mare, Perero.

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instrumento se la multiplicase por el factor 2 para obtener el valor de resistencia. Al calibrar la 1° escala, la de 100 [Ohm] se reajusto la corriente para que el factor a multiplicar por el resultado fuera 20, lo que llevo a tener como corriente constante aproximadamente 3,6 [mA].

Linealidad del Instrumento Un aspecto fundamental a la hora de la medición de magnitudes lineales, es que el instrumento de medición pueda mantener dicha linealidad en los rangos de las escalas que posee, de otra forma, tendrá un considerable error si las alinealidades son muy grandes. En el circuito implementado, se debe evaluar esta característica en dos puntos, uno es el generador de corriente constante al conectar distintas magnitudes de resistencias y el siguiente es la respuesta del frente a la tensión generáda en el borne “T” por la resistencia de tierra Linealidad de la fuente de corriente

Debido a la naturaleza del ya nombrado generador, la alinealidad que presenta es la que perjudica al instrumento, dificultando o llevando a un error principalmente en la parte baja de las escalas. A continuación se presentarán tablas de la corriente medida al conectar distintas resistencias junto con una gráfica que represente dicha tabla. El caso ideal sería que la corriente se mantuviese constante para cualquier resistencia, en la gráfica se observaría una recta completamente horizontal, pero en nuestro caso veremos una con pendiente.


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Tabla de linealidad de la fuente de corriente Escala de 100 [Ω] Resistencia [Ω]

Escala de 10 [Ω]

Corriente [mA]

Resistencia [Ω]

Corriente [mA]

0

3,67

0,13

30

1

3,64

0,37

29,8

2,2

3,63

0,53

29,7

4,7

3,63

1

29,7

8,23

3,62

2,2

29,5

10

3,61

4,7

28,9

15

3,6

8,2

28,2

22

3,57

10

27,7

39

3,52

15

26,8

75

3,4

82

3,38

100

3,33

Tabla.- 1 – Tabla de linealidad de l a fuente de cor riente

Fig.- 7 – Graficas de linealidad d e la fuente de cor riente


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Linealidad de detección de la señal inyectada vs salida

La respuesta del circuito puede presuponerse a simplemente a la aplicación de un factor a la tensión de salida, pero puede que esta no sea completamente lineal respecto a la tensión de entrada que es detecta por el borne T. Para realizar la evaluación de esta parte del instrumental, se decidió por inyectar una señal cuadrada a la que se le varió la tensión en el mismo rango que la tensión generada por la corriente inyectada a la resistencia medida por el telurímetro. Al terminar de relevar los datos y realizar una gráfica, se concluye que esta parte del circuito en el rango trabajado es prácticamente lineal.


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Linealidad del circuito receptor señal a la entrada [mV] Salida obtenida [mV] 10 72 20 140 30 208 40 276 50 344 60 412 70 479 80 547 90 614 100 683 110 751 120 819 130 887 140 956 150 1020 160 1090 170 1150 180 1220 190 1290 200 1360 210 1420 220 1490 230 1560 240 1620 250 1690 260 1760 270 1830 280 1890 290 1950 300 2030 310 2100

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Fig.- 8 – Graficas de li nealidad del censado

Tabla.- 2 – Tabla de linealidad del censado


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Comparación contra instrumento patrón El instrumento patrón utilizado fue un telurímetro el cual pertenece al laboratorio de electrónica. Este es un UNI-T modelo 512, el cual puede realizar mediciones de resistencia a tierra sobre cables, instalaciones eléctricas y equipo anti-truenos, además de poder medir también voltajes de tierra. Del manual de usuario de dicho instrumento se obtuvo la figuras 9, que muestra un relevamiento de datos correspondientes a las mediciones (rangos, error, etc.).

Fig.- 9.1 – Parte del manual de usu ario del in strumento patrón


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Fig.- 9.2 – Parte del manual de usu ario del in strumento patrón Para realizar una comparación en el “campo”, lo que hicimos fue realizar una medición de puesta a tierra de la facultad UTN, en su patio trasero. Se utilizaron 2 juegos de jabalinas, uno propio del patrón y las otras utilizadas para nuestro telurímetro, las cuales son un alambre de cobre de aproximadamente 15 cm de largo y 5 mm de diámetro. El método de medición utilizado fue el de los tres puntos y en la experiencia, además de presentarse similitudes en los datos, también se observó una particularidad referente a las jabalinas. La evaluación de la tierra se realizó ubicando una jabalina a 10 m de la puesta a tierra y la otra en sentido diagonal a 17 m, formando un triángulo rectángulo. El resultado de ambos instrumento con sus respectivas jabalinas fue de 0,26 Ohm. La particularidad se presentó al intercambiar las jabalinas de los instrumentos, es decir usamos las jabalinas del patrón con nuestro telurómetro y las de este con el patrón. De esta forma el telurímetro implementado siguió marcando lo aproximadamente lo mismo (0,24 Ohm), pero el patrón arrojo casi la mitad (0,14 Ohm). La única conclusión que se pudo teorizar fue que el patrón está diseñado para usar las jabalinas con las que viene el instrumento, y la razón por la que el nuestro mantuvo la medida simplemente es por las características de funcionamiento que posee, ya sea corriente o frecuencia de funcionamiento.


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Calculo de error y clase el telurímetro implementado

La comparación con el patrón en todas las escalas se realizó con la conexión de resistencias para abarcar todo el rango que mide nuestro medidor de tierra. La tabla 3 muestra los resultados de dicha comparación. Tabla 3 Mediciones Patrón 0,14 0,37 0,54 1,06 2,2 4,7 8,17 9,74 15,01 21,97 38,57 74,17 81,27

ERROR PORCENTUAL

Telurímetro 100 [Ω]

10 [Ω] 0,154 0,372 0,526 1,002 2,08 4,3 7,18 10,76

‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐

1,22 2,34 4,82 8,26 9,8 15 21,4 37,4 69,8 75,4

100 [Ω]

‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐

10 [Ω]

‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐

15% 6% 3% 1% 1% 0% ‐3% ‐3% ‐6%

10% 1% ‐3% ‐5% ‐5% ‐9% ‐12% 10% ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐ ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐

‐7% ‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐‐

Tabla.-3 – Comparación de inst rumentos Analizando los datos, si se trabaja en el tercio medio de las escalas, se obtiene un error de del 5%, por ende se concluye que tenemos un instrumento de clase 5


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Análisis de costos El análisis de costos se realizó en una tabla gracias al programa proteus. (Tabla 4) Bill Of Materials for Telurimetro primera parte Design Title Author Document Number Revision

Telurimetro primera parte

martes, 06 de septiembre de 2016 lunes, 17 de octubre de 2016 56

Design Created Design Last Modified Total Parts In Design

Stock Code

Unit Cost

Category

Quantity References

Value

Capacitors

10

C1‐C10

1nF

$2,00

Resistors Resistors Resistors Resistors Resistors Resistors Resistors

6 1 1 1 1 13 1

R1‐R2,R4‐R5,R7‐R8 R3 R6 R9 R10 R11‐R23 R24

100k 1k 18k 330 3.3k 10k 1M

$3,00 $3,00 $3,00 $3,00 $3,00 $3,00 $3,00

Resistors

1

R25

33K

$3,00

Integrated Circuits 2

U1,U3

TL072

$10,00

Integrated Circuits 1

U2

INA122

$75,00

Transistors

1

Q1

BC548

$3,00

Transistors

1

Q2

BC558

$3,00

Diodes

2

D1‐D2

1M150ZS5

$1,50

Diodes

4

D3‐D6

1N4148

$1,00

Miscellaneous Miscellaneous Miscellaneous Miscellaneous

1 1 3 3

J1 J2 J3‐J5 RV1‐RV3

CONN‐SIL2 CONN‐SIL3 CONN‐SIL1 1k

$1,00 $1,00 $1,00 $7,50

Miscellaneous

2

SW1‐SW2

SW‐SPDT

$4,00

Totals Category

Quantity Unit Cost


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Medidas Electrónicas I Universidad Tecnológica Nacional, Regional Paraná Modules Capacitors Resistors Integrated Circuits Transistors Diodes

0 10 25 3 2 6

$ 0,00 $ 20,00 $ 75,00 $ 95,00 $ 6,00 $ 7,00

Miscellaneous

10

$ 35,50

Total

56

$ 238,50

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Tabla.-4 – Costos aproximados de los elementos utilizados


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Discusión y Conclusión. Durante el transcurso de la investigación y desarrollo del instrumento se generaron cuestiones ajenas al circuito implementado, como tener una escala de medición excesivamente grande para medir resistencia de tierra, para lo cual se tuvo que realizar un reajuste de parámetros. Una vez concluido con el trabajo se logra contar con un instrumento con la capacidad de medir puesta a tierra, no con la calidad de un patrón, pero que arroja un resultado al menos cercano, que puede ser considerado como orientativo. Si se quisiera optimizar el instrumento, se puede realizar un análisis sobre cómo se diseñó el circuito impreso de mismo, puesto que las características de las pistas y planos de contactos, llegan a tener un efecto sobre ruido y filtrado de frecuencias. Además también se puede realizar un blindaje del circuito para impedir el paso de ruido externo. También se puede incorporar un display y una lógica digital, junto con un conversor A/D independizando el diseño de un voltímetro externo.


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2016

Bibliografía. - Mg. Ing. José M. Triano (2016). “APUNTE DE MEDICIÓN DE LA RESISTENCIA DEL SUELO” (Cátedra de Medidas electrónicas I) - Revista “NUEVA ELECTRÓNICA N° 215” Proporcionada por (Cátedra de Medidas electrónicas I) -Ing. Ignacio Agulleiro. “TÉCNICAS MODERNAS PARA LA MEDICIÓN DE SISTEMAS DE PUESTA A TIERRA EN ZONAS URBANAS” -(22/09/2016) “METODO DE MEDICION POR IMPULSO PARA MEDIR RESISTENCIA DE TIERRA” Página: http://www.midebien.com/consejos-practicos-para-medir-bien/metodomedicion-impulso-medir-resistencia-tierra - “TELURÍMETRO MRU-200 CON MÉTODO DE MEDICIÓN POR IMPULSO” Página: http://www.sonel.pl/es/telurimetro-mru-200-con-metodo-de-medicion-porimpulso.html -“MEDIDOR CONTRA TIERRA” Página: https://www.pce-instruments.com/espanol/instrumentomedida/medidor/medidor-contra-tierra-kat_70098_1.htm - UNNE. (2010) “DISEÑAN TELURÍMETRO EFICAZ Y DE BAJO COSTO” Página: http://www.argenpress.info/2010/05/argentina-disenan-telurimetro-eficazy.html - Casadiegos Agudelo, Mantilla Villalobos, Quintero Parra (2008). “DISEÑO Y CONSTRUCCION DE UN PROTOTIPO MEJORADO PARA MEDICIÓN DE RESISTIVIDAD DE SUELOS” Página: http://repositorio.uis.edu.co/jspui/bitstream/123456789/3321/2/126093.pdf - PCE-Instrument. “TELURÓMETROS” Página: http://www.pce-iberica.es/instrumentos-de-medida/metros/telurometros.htm - Amperis, “TELURÓMETROS” Página: https://www.amperis.com/productos/telurometros/ - I.E. Esp. Jorge Humberto Sanz Alzate (2011), “METODOLOGÍA PARA LA CONSTRUCCION DE UN TELURÓMETRO DE FRECUENCIA VARIABLE” Página:http://repositorio.utp.edu.co/dspace/bitstream/handle/11059/2339/621317S32 8.pdf;jsessionid=0C15C6FA11C67B1C622324F2CE89DC9E?sequence=1


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2016

- UNI-T. “UT512 USERS MANUAL” Página: http://toolboom.com/content_file/product/828484/UT521.pdf


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ANEXO

B C 3 2 7 / 3 2 8

BC327/328 Switching and Amplifier Applications • Suitable for AF-Driver stages and low power output stages • Complement to BC337/BC338

TO-92

1

1. Collector 2. Base 3. Emitter

PNP Epitaxial Silicon Transistor Absolute Maximum Ratings

Ta=25°C unless otherwise noted

Symbol

Parameter

Value

Units

Collector-Emitter Voltage : BC327 : BC328

-50 -30

V V

Collector-Emitter Voltage : BC327 : BC328

-45 -25

V V

VEBO

Emitter-Base Voltage

-5

V

IC

Collector Current (DC)

-800

mA

PC

Collector Power Dissipation

625

mW

TJ

Junction Temperature

150

°C

TSTG

Storage Temperature

-55 ~ 150

°C

VCES

VCEO

Electrical Characteristics Symbol BVCEO

Ta=25°C unless otherwise noted

Parameter

Test Condition

Collector-Emitter Breakdown Voltage : BC327 : BC328

IC= -10mA, IB=0

Collector-Emitter Breakdown Voltage : BC327 : BC328

IC= -0.1mA, VBE=0

BVEBO

Em itter -B ase Break down Volt age

I E= -10µ A, IC=0

ICES

Collector Cut-off Current : BC327 : BC328

VCE= -45V, VBE=0 VCE= -25V, VBE=0

BVCES

Min.

Typ.

Max.

Units

-45 -25

V V

-50 -30

V V

-5

V -2 -2

-100 -100

100 40

nA nA

hFE1 hFE2

DC Current Gain

VCE= -1V, IC= -100mA VCE= -1V, IC= -300mA

630

VCE (sat)

Collector-Emitter Saturation Voltage

IC= -500mA, I B= -50mA

-0.7

V

VBE (on)

Base-Emitter On Voltage

VCE= -1V, IC= -300mA

-1.2

V

f T

Current Gain Bandwidth Product

V CE= -5V, IC= -10mA, f=20MHz

100

MHz

Cob

Output Capacitance

V CB= -10V, IE=0, f=1MHz

12

pF

hFE Classification Classification

16

25

40

hFE1

100 ~ 250

160 ~ 400

250 ~ 630

hFE2

60-

100-

170-

©2002 Fairchild Semiconductor Corporation

Rev. B1, August 2002

Sample & Buy

Product Folder

Support & Community

Tools & Software

Technical Documents

TL071, TL071A , TL071B TL072, TL072A , TL072B , TL074, TL074A , TL074B SLOS080M –SEPTEMBER 1978–REVISED JUNE 2015

T L 0 7 x x L o w -N o is e J F E T -In p u t O p e r a ti o n a l A m p li fi e r s 1 Features

3 Description

•

Low Power Consumption

•

Wide Common-Mode and Differential Voltage Ranges Low Input Bias and Offset Currents Output Short-Circuit Protection Low Total Harmonic Distortion: 0.003% Typical Low Noise Vn = 18 nV/√Hz Typ at f = 1 kHz High-Input Impedance: JFET Input Stage

The TL07xx JFET-input operational amplifier family is designed to offer a wider selection than any previously developed operational amplifier family. Each of these JFET-input operational amplifiers incorporates well-matched, high-voltage JFET and bipolar transistors in a monolithic integrated circuit.

1

• • • • • • • • •

Internal Frequency Compensation Latch-Up-Free Operation High Slew Rate: 13 V/μs Typical Common-Mode Input Voltage Range Includes VCC+

The devices feature high slew rates, low-input bias and offset currents, and low offset-voltage temperature coefficient. The low harmonic distortion and low noise make the TL07xseries ideally suited for high-fidelity and audio pre-amplifier applications. Offset adjustment and external compensation options are available within the TL07x family. Device Information (1) PA RT NUMB ER

• • •

Motor Integrated Systems: UPS Drives and Control Solutions: AC Inverter and VF Drives Renewables: Solar Inverters

• • •

Pro Audio Mixers DLP Front Projection System Oscilloscopes

B ODY SIZE (NOM)

SOIC (14)

8.65 mm × 3.91 mm

SOIC (8)

4.90 mm x 3.90 mm

TL07xxFK

LCCC (20)

8.89 mm × 8.89 mm

TL07xxJG

PDIP (8)

9.59 mm x 6.67 mm

TL074xJ

CDIP (14)

19.56 mm × 6.92 mm

TL07xxP

PDIP (8)

9.59 mm x 6.35 mm

TL07xxPS

SO (8)

6.20 mm x 5.30 mm

TL074xN

PDIP (14)

19.3 mm × 6.35 mm

TL074xNS

SO (14)

10.30 mm × 5.30 mm

TL07xxPW

TSSOP (8)

4.40 mm x 3.00 mm

TL074xPW

TSSOP (14)

5.00 mm × 4.40 mm

TL07xxD

2 Applications

PA CK AGE

(1) For all available packages, see the orderable addendum at the end of the data sheet.

Logic Symbols TL071 TL072 (each amplifier) TL074 (each amplifier)

OFFSET N1 IN+

+

IN+

+

IN−

−

OUT IN−

−

OUT

OFFSET N2

1

An IMPORTANT NOTICE at the end of this data sheet addresses availability, warranty, changes, use in safety-critical applications, intellectual property matters and other important disclaimers. PRODUCTION DATA.

®

INA122

I N A 1 2 2

I N A 1 2 2

Single Supply, Micro Power INSTRUMENTATION AMPLIFIER APPLICATIONS

FEATURES 

LOW QUIESCENT CURRENT: 60 µA





WIDE POWER SUPPLY RANGE Single Supply: 2.2V to 36V Dual Supply: –0.9/+1.3V to ±18V

PORTABLE, BATTERY OPERATED SYSTEMS



INDUSTRIAL SENSOR AMPLIFIER: Bridge, RTD, Thermocouple



COMMON-MODE RANGE TO (V–)–0.1V





RAIL-TO-RAIL OUTPUT SWING

PHYSIOLOGICAL AMPLIFIER: ECG, EEG, EMG



LOW OFFSET VOLTAGE: 250µV max



MULTI-CHANNEL DATA ACQUISITION



LOW OFFSET DRIFT: 3 µV/°C max



LOW NOISE: 60nV/ √ Hz



LOW INPUT BIAS CURRENT: 25nA max



8-PIN DIP AND SO-8 SURFACE-MOUNT

DESCRIPTION The INA122 is a precision instrumentation amplifier for accurate, low noise differential signal acquisition. Its two-op-amp design provides excellent performance with very low quiescent current, and is ideal for portable instrumentation and data acquisition systems. The INA122 can be operated with single power supplies from 2.2V to 36V and quiescent current is a mere 60µA. It can also be operated from dual supplies. By utilizing an input level-shift network, input commonmode range extends to 0.1V below negative rail (single supply ground).

V+ 7 INA122

3

+ VIN

6 8

VO + – V – ) G VO = (VIN IN

100kΩ

G=5+

25kΩ RG 25kΩ

Package options include 8-pin plastic DIP and SO-8 surface-mount packages. Both are specified for the –40°C to +85°C extended industrial temperature range.

1 V – IN

200k RG

A single external resistor sets gain from 5V/V to 10000V/V. Laser trimming provides very low offset voltage (250µV max), offset voltage drift (3 µV/ °C max) and excellent common-mode rejection.

2

100kΩ

5

Ref

4 V–

International Airport Industrial Park • Mailing Address: PO Box 11400, Tucson, AZ 85734 • Street Address: 6730 S. Tucson Blvd., Tucson, AZ 85706 • Tel: (520) 746-1111 • Twx: 910-952-1111 Internet: http://www.burr-brown.com/ • FAXL ine: (800) 548-6133 (US/Canada Only) • Cable: BBRCORP • Telex: 066-6491 • FAX: (520) 889-1510 • Im mediate Product Info: (800) 548-6132

©1997 Burr-Brown Corporation

SBOS069

PDS-1388B

Printed in U.S.A. October, 1997

Realizacion de un Telurímetro

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