INSTRUMENTACIÓN MECATRÓNICA
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CARACTERÍSTICA ESTÁTICA DE UN SENSOR FSR 402 Lenin González, Cristian Changoluiza UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE, DEPARTAMENTO DE ENEGIA Y MECÁNICA, SANGOLQUI-ECUADOR a
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I. I NTRODUCCIÓN A manipulación y obtención de señales de medición es fundament fundamental al para la automati automatizaci zación ón de cualquier cualquier proceso, y para ello existen infinidad de sensores que debido a efectos externos pueden cambiar sus propiedades físicas y químicas, obteniendo así una señal cuantificable. El sensor FSR 402 es un elemento de caracter resistivo, a manera de transductor que permite transformar una fuerza en una señal eléctrica. Este Este trabaj trabajoo prepar preparato atori rioo contie contiene ne un estudi estudioo teóric teóricoo y practico de las características estáticas de un sensor de fuerza acondicionado con un electronico, así como también un desarrollo experimental que permita la comparación de los valores teóricos y los valores prácticos.
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II. D ESARROLLO DE CONTENIDOS Característica estática de un sensor FSR 402 A. Objetivos:
Figure Figure 1. Sensor Sensor FSR 402
La variación de resistencia del sensor esta determi terminad nadaa por la curva curva exper experime imenta ntall dada dada por el fabricante que se muestra a continuacion;
1) Objetivo general: a -Determinar la característica estática de un sensor FSR 402 2) Objetivos especificos: a - Tomar omar datos datos experi experimen mental tales es de un sensor sensor someti sometido do a distintos valores de carga - Comparar los datos prácticos con los teóricos para la obtención de errores. B. Marco teórico:
Sensor FSR402: Es un elemento sensor de la familia de los sensores resistivos. Los force sensing resistor resistorss (FSR), (FSR), son resitore resitoress robustos robustos de lámina lámina delgada de polímero(PTF), que exhibe un corportamiento de coeficiente negativo. Esto significa una disminución de la resistencia con el aumento de una fuerza. La sensibilidad del sensor a sido optimizada para su uso en el control de dispiositivos eléctricos tactiles en electrónica automotríz, sistemas médicos, industria, y aplicaciones robóticas.extenciométrica.
Figure 2. Curva de variación variación de resitencia vr fuerza fuerza del sensor FSR402
Esta variación de resistencia es necesario acondicionarla para obtener una respuesta en voltage, por
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lo que es necesario un circuito de acondicionamiento para la amplificación de voltage en la salida del sensor. Sabiendo que: V out =
Rm∗V Rm+Rfcm
Siendo el voltage de salida una relación no lineal debido a que la varición de la resistencia es inversa a la fuerza aplicada.
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F. Informe de laboratorio
Presente el informe con los elementos que en este documento deben estar (de acuerdo a las indicaciones del profesor guía de laboratorio). Calcule el peso de la masa desconocida de acuerdo a la resistencia obtenida. Añada como anexo al informe las hojas de datos escaneadas y correctamente revisadas.
III. D ESARROLLO A. Circuito de acondicionameinto
Figure 3. Acondicionamiento de un sensor FSR402
Vout= voltage de salida: V= voltage de alimentación (5V recomendado por el fabricante): Rm= resistencia de acondicionameinto : Rfcm= sensor : a Figure 4. Circuito de acondicionamiento del sensor FSR402
C. Trabajo preparatorio
- Comprar y traer un sensor FSR402 - Desarrollar un circuito acondicionador para obtener una señal de voltage a partir de la variación de resistencia del sensor
B. Datos obtenidos
D. Equipos y materiales
• Soporte para la aplicación de la fuerza al sensor FSR402 • Multímetro • Sensor FSR402 • Circuito de acondicionamiento • Grupo de pesas E. Procedimiento
• Coloque el sensor en el soporte de aplicación de pesas. • Vaya aplicando pas pesas deacuerdo a los valores indicados en la tabla de carga. • Obtener los valores de resistencia, a travez del óhmetro del multímetro, anote los resultados. • Obtenga los valores de voltage para cada peso, anote los resultados. • Obtenga la resistencia para una masa desconocida
Table I DATOS OBT ENIDOS Masa (gr) 0 50 70 90 110 130 150 170 190 210 260 310 360
Resistencia(k Ω) 400 300 243 73 53 42 31 26 18 16 6.1 4.47 4
Voltage (V) 0.17 0.48 0.7 1.3 1.47 1.58 2.20 2.25 2.45 3.02 3.5 3.6 3.68
Los resultados del Cuadro 1, son los obtenidos experimentalmente en el laboratorio, representan la variacion de resistencia y de voltage que proporcionada por el sensor FSR402 .
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Table II C ÁLCULO DE ERRORES Masa (gr) 0 50 70 90 110 130 150 170 190 210 260 310 360
V teórico (V) 0.18 0,5 0,8 1,2 1,5 1,6 2,1 2,2 2,5 3 3,5 3,6 3,7
Vpráctico (V) 0.17 0.48 0.7 1.3 1.47 1.58 2.20 2.25 2.45 3.02 3.5 3.6 3.68
Error 5.55 4 12.5 8.33 2 1.25 4.761 2.272 2 0.66 0 0 0
Figure 5. Aproximación exponencial Peso vs Resistencia
IV. C ONCLUCIONES - Determinamos en la figura 5 que los primero valores De donde se obtiene los valores de la aproximación exponen- tomados tienen el máximo error de linealidad en el valor cial de la respuesta de nuestro sensor. óhmico de 250, esto se debe a que en valores pequeños de medida de fuerza la sensibilidad aumenta ya que la derivada R = 370.73e 0.014m en ese punto aumenta. De donde para nuesro valor de masa desconocida - Observamos que la salida en voltaje tiene forma exponencial se obtuvo una resistencia R=30.2k cóncava esto se debe a que la ecuación típica del sensor es Remplasando este valor en la aproximación ande la misma familia de curvas. terior se obtiene el valor de su masa: - Observamos que la respuesta en voltaje obtenidos en el m = −71.42ln( 370R.73 ) laboratorio tuvieron alta precisión y poca exactitud, esto se m = 179.09gr debe a que los instrumentos usados en el laboratorios, además del método usado para tomar nos datos fue mínimamente aceptable. -Se logró determinar que el fondo de escala encontrado en el laboratorio fue de 4, que es lo que se quiso lograr en el circuito acondicionador de señal con una ganancia de 10/3, además la compensación del offset dio gracias a que las medidas se las hicieron directamente sobre el sensor. - La poca exactitud se debe a que el sistema principalmente propuesto en el laboratorio, no dejaba que el sensor comience a variar, y al colocar pesas sobre el mismo en desorden, ayudaba a no concentrar todo el peso en el centro de gravedad. Citation: [1], [2], [3] −
Figure 6. Aproximación polinomial Peso vs Voltage
Esta gráfica representa la caracteristica estática del sensor FSR402, la cual fue interpolada a una aproximación polinomial. V = 2 ∗ 10
5
−
m2 + 0.0174m − 0.1667
Con la masa calculada anteriormente podemos obtener el valor del voltage de salida para la masa desconocida. V = 2 ∗ 10
5
−
(179.09)2 + 0 .0174 ∗ (179.09) −
0.1667 V = 2 .85V
De donde se observa que el voltage aroximado para los 180 gr esta en un rango de 2.5 a los 3 V
R EFERENCES [1] F. Delorme et al., “Butt-jointed DBR laser with 15 nm tunability grown in three MOVPE steps,” Electron. Lett., vol. 31, no. 15, pp. 1244–1245, 1995. [2] B. D. Cullity, Introduction to Magnetic Materials. Reading, MA: Addison-Wesley, 1972. [3] M. Shell. (2008) IEEEtran homepage. [Online]. Available: http: //www.michaelshell.org/tex/ieeetran/
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