“Sensor de Presion

Sensores Transductores y Actuadores Laboratorio N°4 “SENSOR DE PRESIÓN” Integrantes: 1. Cuentas Simeón, Williams 2. Pérez Adauto, David 3. Sovero Astoamán , José Luis Ciclo: III Sección: C16-C Profesor: Ávila Profesor: Ávila Córdova, Córdova, Edwin Fecha de realización: 15/04/18 Fecha de presentación: 19/04/18

2018 - I

ÍNDICE 1. Objetivos...…………………………………………………...………….2 2. INTRODUCCIÓN………………………………………………..……...2 3. Marco Teórico………………………………………………………......2 3.1. Sensor de presión....…………………………………...……………2 3.2. Fundamentos de medida de presión……………………..………..2 3.2.1. Tipos de sensores…………...…………………………………….3 3.2.1.1. Sensores basados en puente……………………………….....3 3.3. Aplicaciones del potenciómetro………………………………..…...5 4. Desarrollo del laboratorio………………………………………………4 5. Conclusiones…………………………………………..………………..5 6. Recomendaciones………………………………..…………………….6 7. BIBLIOGRAFÍA...……………………………...………………………..6

Sensores y Actuadores - Sensor de Presión

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Sensor de Presión 1. Objetivos Usar los interruptores como sensores para el desarrollo del laboratorio Realizar pruebas de entrada de datos de interruptores en el laboratorio

Realizar la interconexión de un interruptor y el software LabView

2. Introducción En esta práctica se realizara el uso del sensor de presión, mediante el cual se aplicará presión en un simulador que tiene la forma de una jeringuilla misma que almacenará presión en su interior y esta presión será medida por el sensor de presión y llevada a un amplificador de señal para ser utilizada como medio de información del ejercicio en práctica. Los sensores de presión o transductores de presión, son muy habituales en cualquier proceso industrial o sistema de ensayo. Su objetivo es transformar una magnitud física en una eléctrica, en este caso transforman una fuerza por unidad de superficie en un voltaje equivalente a esa presión ejercida. De presión para aceite, líquido de frenos, etc. Los rangos de medida y precisión varían mucho en función de la aplicación.

1. Equipos Utilizados   

Plataforma NI Elvis II Computadora con sistema operativo Windows XP y programa Labview Módulo Quances

4. Marco Teórico 4.1. Sensor de Presión Los formatos son diferentes, pero destacan en general por su robustez, ya que en procesos industriales están sometidos a todo tipo de líquidos, existiendo así sensores de presión para agua, sensores. Los sensores de presión son dispositivos que transforman la magnitud física de presión por unidad de superficie en una señal normalizada, normalmente 4... 20 mA. Los rangos de medida son muy amplios, desde unas milésimas de bar hasta los miles de bar. Los sensores de presión sin amplificación de señal se llaman también transductores.


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4.2 Fundamentos de Medida de Presión ¿Qué es Presión? Presión es definida como fuerza por unidad de área que un fluido ejerce en sus inmediaciones. Puede medir esta fuerza al detectar la cantidad de deflexión en un diafragma situado en línea con el fluido. Determinada el área conocida del diafragma, la presión puede ser calculada. Los sensores de presión se venden con una escala que proporciona un método para convertir a unidades de ingeniería. La unidad SI para presión es el Pascal (N/m2), pero otras unidades comunes de presión incluyen psi, atmósfera, bar, pulgadas de mercurio, milímetros de mercurio y torr.

4.2.1 Métodos de Medidas de Presión Existen tres métodos para medir presión: absoluta, manométrica y diferencial. La presión absoluta está relacionada con la presión en forma aislada, en tanto que las presiones manométrica y diferencial están relacionadas con otra presión como atmosférica ambiental o la presión en un contenedor adyacente.

Presión Absoluta

Presión Manométrica

Presión Diferencial

Figura 1. Diagramas de Sensor de Presión para Métodos de Medidas Diferenciales

4.2.2 Tipos de Sensores de Presión Existe una variedad de diseños de sensor de presión debido a las diferentes condiciones, rangos y materiales de medida usados en la construcción del sensor. Los tipos comunes de sensor de presión son sensores basados en puente, amplificados o piezoeléctricos. La presión es medida al convertir el fenómeno físico en una forma intermedia, como desplazamiento, el cual puede ser medido por un transductor.

4.2.2.1 Sensores Basados en Puente Los transductores basados en puente Wheatstone o tensión son una manera común de medir desplazamiento. Los sensores que utilizan este tipo de diseño cumplen con una Sensores y Actuadores - Sensor de Presión

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variedad de requerimientos como precisión, tamaño, costo y robustez. Los sensores de puente son usados para aplicaciones de alta y baja presión y pueden medir presión absoluta, manométrica y diferencial. Los sensores basados en puente usan una galga extensiométrica para detectar la deformidad de un diafragma sometido a la presión aplicada.

3.2.2.2 Sensores de Presión Capacitivos Un transductor de presión de capacitancia variable mide el cambio en capacitancia entre un diafragma de metal y una fuente de metal fija. La capacitancia entre dos fuentes de metal cambia si la distancia entre estas dos fuentes cambia debido a la presión aplicada.

3.2.2.3 Sensores de Presión Amplificados Los sensores que incluyen circuitos integrados, como amplificadores, son denominados sensores amplificados. Estos tipos de sensores pueden ser construidos usando transductores basados en puente, capacitivos o piezoeléctricos. En el caso de un sensor amplificado basado en puente, la unidad por sí misma brinda resistores de terminación y la amplificación necesaria para medir la presión directamente con un dispositivo DAQ. Aunque la excitación debe ser proporcionada, la precisión de la excitación es menos importante.

3.3 Prueba del sensor de Presión Sensor de Presión Un sensor de presión está conectado al émbolo en el tablero QNET como se muestra en la Figura 2. Este es un sensor de presión manométrica y sus medidas Sensores y Actuadores - Sensor de Presión

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son relativas a la presión atmosférica. La señal de voltaje generado es proporcional a la cantidad de presión en el recipiente del émbolo. Así como el émbolo se empuja el aire se vuelve más comprimido y aumenta la lectura.

Figura 2 : Sensor de Presión del módulo Q net Fuente: Guía práctica de control Quanser

3.4 Funcionamiento del Sensor de Presión Estos sensores suelen estar basados en la deformación de un elemento elástico cuyo movimiento es detectado por un transductor que convierte pequeños desplazamientos en señales eléctricas analógicas, más tarde se pueden obtener salidas digitales acondicionando la señal. Pueden efectuar medidas de presión absoluta (respecto a una referencia) y de presión relativa o diferencial (midiendo diferencia de presión entre dos puntos) Generalmente vienen con visualizadores e indicadores de funcionamiento.

3.5 Sensor de presión en LabVIEW Para el sensor de presión, se decidió utilizar la tarjeta de adquisición de datos NI Elvis II, debido principalmente a la capacidad que tiene para evitar el ruido en las señales de entrada, además de que el propio sensor posee una salida diferencial. Dicha señal, será la señal de salida del sensor, que será de un rango que oscilará entre 0 y 212mV, dependiendo de la presión a la que esté sometido. El Panel Frontal de este instrumento virtual consistirá en dos áreas, que poseen agrupadas dentro de las mismas, tres bloques de control. Uno de los bloques, que se han introducido es el W aveformGraph.


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4. Desarrollo del laboratorio Procedimiento El Procedimiento a seguir para la instalación de los equipos es la siguiente. 1. Asegúrese de tener todos los equipos sin energía. 2. Inserte el módulo Quanser en el módulo ELVIS II verificando la correcta inserción de la ranura de conexión. 3. Encienda la PC que contiene instalado el software LABVIEW. 4. Conecte el cable de comunicación USB del módulo ELVIS II a la PC 5. Encienda el módulo ELVIS II y asegúrese de los leds del módulo estén encendidos como se muestran de la figura.


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4.1 PARTE I En la ventana de QNET debemos seleccionar Dev 1 y 250 HZ

Figura 1: Fuente: Elaboración propia

NOTA: Los coeficientes del polinomio de segundo orden lo genera automáticamente el programa y crea una curva que se ajuste a esos parámetros.

Luego Ingresamos los valores promedio en espacio previsto en la rúbrica

Figure 2: recopilación de datos de presión


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Nota: La curva resultante la observaremos en la opción calibración del sensor donde vemos dos formas una en cuadro cartesiano que viene dado en centímetro y el otro con un indicador numérico en este caso graficado como un barómetro con graduación vertical. A continuación simulamos una presión en la jeringuilla (medido en cm) el cual nos dará una variación en la presión reflejada en los indicadores.

Prueba 1 Parámetro

Valor

Unidades

medición del sensor en 6 cm

0.62

V


0.92


1.15

V V


1.42

V


1.92

V


2.38

V


2.80

V

Grafica 1- de la prueba 1


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Prueba 2

Parámetro medición del sensor en 6 cm

Valor 0.12

Unidades V

medición del sensor en 5 cm medición del sensor en 4 cm medición del sensor en 3 cm medición del sensor en 2 cm medición del sensor en 1 cm medición del sensor en 0 cm

0.15 0.36 0.66 1.04 1.68 2.4

V V V V V V

Los valores obtenidos vendrán a ser los coeficientes de la ecuación polinomial en dicha prueba.


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Prueba 3 Parámetro medición del sensor en 6 cm

Valor 0.12

Unidades V


0.12

V


0.27

V


0.56

V

medición del sensor en 2 cm medición del sensor en 1 cm

0.96 1.54

V V


2.36

V


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Prueba 4

Parámetro medición del sensor en 6 cm medición del sensor en 5 cm medición del sensor en 4 cm

Valor 0.26 0.35 0.62

Unidades V V V

medición del sensor en 3 cm medición del sensor en 2 cm medición del sensor en 1 cm

0.91 1.53 1.93

V V V


2.55

V


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Promedio de las Pruebas Realizadas Parámetro medición del sensor en 6 cm

Valor 0.28

Unidades V


0.385

V


0.6

V


0.887

V


1.36

V


1.88 2.52

V V

Error relativo: ………………………………… Error Absoluto: ………………………………..

Luego de la recopilación de datos Ingresamos los resultados A, B, C de la pestaña anterior en la pestaña “CALIBRATE SENSOR”


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a b c

Valor 6.62 -4.26 0.67

Unidades Cm/v^2 Cm/v cm

obs -

Prueba rehecha al Sensor de Presión Parámetro medición del sensor en 6 cm

Valor 0.30

Unidades V


0.41

V


0.58

V


0.91

V


1.34

V


1.86 2.53

V V


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6. Aplicaciones Los sensores de presión son muy utilizado en la industria para el movimiento de prácticamente cualquier líquido y en multitud de industrias como ácidas, derivadas del petróleo, disolventes, pinturas, tintas, concentradas de frutas, chocolate, industrias químicas, alimentarias.

Galgas Extensiométrica Su aplicación se liga directamente en la medida de esfuerzos y deformaciones por la acción de una presión, esto se da en estructuras tales como Aviones, Trenes, Puentes, Grúas, Hormigón, Ejes. • Construcción: para comprobar el asentamiento del hormigón al tiempo de ser construido • Estructuras: medición en deformación de puentes, grúas, infraestructuras, etc. • Industria: Ensayos de Resistencia en Motores, bombas, estructuras, etc. • Robótica: medición del esfuerzo de agarre de un robot • Vibraciones en máquinas • Medición de pesos. La monitorización y regulación de presión con instrumentos electrónicos Las aplicaciones con transmisores son innumerables y se utilizan por ejemplo en la extracción de agua potable en pozos o plantas de saladoras, instalaciones de refrigeración, máquinas herramienta, etc. ● Los sensores de presión miniatura son sensores de presión pequeños que gracias a su reducido tamaño son los más indicados en aplicaciones donde el tamaño es de vital importancia, principalmente se aplican en ensayos, para que sus dimensiones afecten lo mínimo posible en los resultados del ensayo. ● Por tratarse de sensores especiales cuentan con características únicas como compensación en diferentes rangos de temperatura, membranas especiales, formatos minúsculos para introducir en dimensiones muy reducidas, alta precisión, frecuencias de respuesta muy elevadas, etc.

6. Conclusiones -

Con los resultados adquiridos de la ecuación anterior, nos movemos hacia la pestaña opción calibración del sensor e ingresamos los valores del resultado del ajuste de la curva polinómica.

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Esta metodología ayuda a los alumnos a comprender el objetivo de los sistemas de instrumentación comprobando la operatividad de los captadores (mediante la obtención de sus características); realizando un tratamiento de la señal (mediante un modelo matemático) y además tendrán un primer contacto con la instrumentación virtual que será estudiada en temas posteriores.

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7. Observación Sensores y Actuadores - Sensor de Presión

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8. Recomendaciones ● Los alumnos deben realizar las prácticas en el laboratorio y deben cambiar los valores en la tabla para observar los diferentes resultados que se registran. Asegurarse que el jumper 7 este en la posición correcta indicada anteriormente ● Los alumnos deben realizar las prácticas en el laboratorio y deben cambiar los valores en la tabla para observar los diferentes resultados que se registran. Asegurarse que el jumper 9 este en la posición correcta indicada anteriormente. Asegurarse que el émbolo de la jeringuilla esté en posición inicial de “seis”

9. Bibliografía


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