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INFORME DESARROLLO PRÁCTICAS DE LABORATORIOEdgar Alonso Pérez74082588UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNADINSTRUMENTACIÓN2021INTRODUCCIÓNCon el desarrollo de las siguientes prácticas de laboratorio se buscacomprender el funcionamiento y la implementación de los sensores, estolo llevaremo...

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INFORME DESARROLLO PRÁCTICAS DE LABORATORIO

Edgar Alonso Pérez 74082588

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD INSTRUMENTACIÓN 2021

1

INTRODUCCIÓN Con el desarrollo de las siguientes prácticas de laboratorio se busca comprender el funcionamiento y la implementación de los sensores, esto lo llevaremos a cabo por medio del software tinkercad y proteus los cuales nos ayudaran en la simulación.

2

RÁCTICA 1 – Corresponde a Resultado de aprendizaje 1: Identificar los diferentes tipos de sensores y sus principales características, mediante la comprensión de conceptos y análisis de instrumentos de medida para ser seleccionados en situaciones problema que así lo ameriten. 1. Caracterización de sensores: Sensor de temperatura, fuerza, otro.

porcentaje de intensidad de luz ohmios en la resistencia 0 180000 10 3560 20 2680 40 1490 60 1060 80 669 100 506

3

ohmnios en la esistencia 200000 180000 160000 140000 120000 100000 80000 60000 40000 20000 0 0

20

40

60

80

100

120

Observamos que a mayor intensidad de luz es menor la resistencia esto quiere decir que en un circuito la fotorresistencia a menor intensidad de luz deja pasar mayor corriente y nos activa por ejemplo un bombillo. TMP, encuentre la relación entre temperatura y voltaje.

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temperatura en grados -40 -20 1 31 70 101 125

voltaje mV 99.9 300 519 809 1.200 1.500 1.750

Título del gráfico 7 6 5 4

3 2 1 -500

0

500 Series1

1000

1500

2000

Series2

con el sensor de temperatura observamos que a mayor temperatura mayor es el voltaje esto nos permite medir la temperatura mediante una señal eléctrica determinada 2. En el software Tinkercad, implemente un puente de Wheatstone, alimentado con 5VDC, para medir la variación de la fotoresistencia, equilibre el puente con la fotoresistencia a 0% de luz, varié la intensidad de luz hasta el máximo y obtenga una gráfica Intensidad de luz vs salida del puente (V). 5

R1=100Ω R3=100Ω R2=500Ω RX=? 𝑅𝑋 = RX=500Ω

𝑅1 ∗ 𝑅2 = 𝑅3

100Ω ∗ 500Ω = 500Ω 100Ω

porcentaje en el potenciómetro 100

voltaje de salida 0.0 6

80 60 40 20

0.20 0.50 1 2

voltage de salida 2,5

2

1,5

1

0,5

0 0

20

40

60

80

100

120

En la gráfica podemos observar que el puente de Wheatstone si el voltaje de entrada es del 100% el voltaje de salida es de cero y si se disminuye el voltaje de entrada el voltaje de salida tiende a negativo3. En el Software Tinkercad, Compruebe el funcionamiento del puente de maxwell para la medición de capacitancias, realice los cálculos y compruébelos en la práctica

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Equilibrio

𝐺=0

1

𝑅𝑋

+ 𝑗𝑤𝐶𝑥 =

𝑅𝑥 =

𝑅1 ∗ 𝑅2 𝑅3

𝑅3

(

1

𝑅2 𝑅1

+ 𝑗𝑤𝐶1|) 𝐶𝑥 =

𝑅3 ∗ 𝐶1 𝑅2

Cálculos R1=20Ω R2=1k R3=330Ω Rx=? C1=470µF Cx=? 𝑅𝑥 =

(20Ω)(1000Ω) = 330Ω

20000Ω = 60.60Ω 330Ω

Rx=60.60Ω

𝐶𝑥 =

330Ω ∗ 470𝜇𝐹 1000Ω

=

𝐶𝑥 = (0.33)(0,00047𝐹) =

0,0001551𝐹 = 155𝜇𝐹 8

Cx=155 𝜇𝐹

4. Realice un único video (puede ser la consolidación de varios) en el cual sustente cada uno de los pasos realizados (1 al 3). https://www.youtube.com/watch?v=oepd5x0T8fw

PRÁCTICA 2 – corresponde al Resultado de aprendizaje 2: Aplicar las técnicas de acondicionamiento de señales analógicas, mediante su análisis matemático y simulación.

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1. En el Software Tinkercad, Implemente un puente de wheatstone, aliméntelo con 5V, para la medición de la fotoresistencia, equilibre el puente de Wheatstone cuando la luz tenga su valor máximo y evidencie la variación de la salida del puente al disminuir la intensidad de la luz.

Hallamos el valor de la resistencia arrojada por la fotorresistencia, necesitamos el valor del voltaje de alimentación, la corriente máxima que maneja la fotorresistencia y el valor de la resistencia Rx para esto tenemos 𝑆𝑉 la siguiente formula. 2𝑚𝐴 = 𝑅3+𝑅𝑥 En este caso tenemos Corriente máxima que maneja la fotorresistencia = 2mA Voltaje de alimentación = 5V Valor de la resistencia arrojada por la fotorresistencia = 506Ω = Rx 𝑅3 + 𝑅𝑥 =

5𝑉 2𝑚𝐴

𝑅3 + 506Ω =

5𝑉 2𝑚𝐴

𝑅3 + 506Ω = 2500 𝑅3 = 2500 − 506Ω = 1994Ω

R3=1994Ω Para el puente de wheatstone el valor de R1=R3 y el valor de R2=Rx para que el puente quede equilibrado R1=2kΩ R2=506Ω R3=2kΩ Rx=506Ω 10

Observamos que la fotorresistencia en un máximo de iluminación no deja pasar voltaje y que a medida que la iluminación disminuye deja pasar gradualmente voltaje hasta que en total ausencia de iluminación deja pasar totalmente voltaje. 2. En el software Tinkercad, Amplifique la salida del puente de Wheatstone del punto 1, mediante la implementación de un amplificador de instrumentación conformado por amplificadores operacionales, obtenga una salida en escala de 0V-5V. 𝑅3 𝑅1.1 = 𝑅4 𝑅1.2 RA=RB yR1.1=R1.2 Ahora consideramos que nuestro circuito es simétrico RA y RB=10KΩ

𝐴𝑐𝑙 =

𝑅1 10 +1 = 2 +1 = 10 𝑅2

Ganancia Acl=2 Tenemos que la ganancia de modo común Acm =-1

𝐴𝑐𝑚 = ±2(0.0001) = 0.0002

∆𝑅 = (0.0001) 𝑅

𝑉𝑜 = ±2(481𝑚𝑉) = 962

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Un amplificador de instrumentación nos permite filtrar el ruido y amplificar la señal, esto nos da una aparto de medición más exacto. 3. En el software Tinkercad, Implemente un sistema de medición de temperatura con el sensor TMP, diseñe la etapa de amplificación de tal manera que obtenga 5V para una temperatura de 90°C. 4. Para 90° el tmp nos entrega 1.40v

Vout=5V R2=R3=10k Vo=5V K=1

G=2.571

5𝑣 = 1.40𝑣 ∗ 1 (1 + 𝐺) 5𝑣 = (1 + 𝐺 ) 1.40𝑣 5𝑣 𝐺= −1 1.40𝑣 𝑅𝐺 =

RG=19.447

2 ∗ 𝑅3 20 = 1. 𝐺

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Podemos observar como con un amplificador de instrumentación podemos obtener una salida estable para una determina temperatura5. En el software Proteus, Multisim o similar, implemente un filtro activo pasabajo de segundo orden (use AO de propósito general como LM324 o TL084), con una banda de corte de 500Hz. Verifique el funcionamiento con el osciloscopio. Para el orden dos 𝑎1 = 1.4142 𝑏1 = 10000 Al elegir el valor del capacitor debe de ser en uF,nF o pF

𝐶1 = 10𝑛𝐹 Calculamos el valor del capacitor 𝐶2

𝐶2 = 𝐶1 (

𝐶2 = 10𝑛𝐹 (

4 ∗ 𝑏1 ) (𝑎1 )2

4 ∗ 𝑏1 ) = 20𝑛𝐹 𝑎𝑔𝑟𝑎𝑔𝑎𝑚𝑜𝑠 𝑢𝑛 10% = 22𝑛𝐹 (1.4142)2 𝐶2 = 22𝑛𝐹

Calculamos las resistencias R1 y R2

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𝑅1 = 𝑅2 =

𝑅1 =

𝑅1 =

𝑎1 ∗ 𝐶2 ± √ (𝑎1 )2 ∗ (𝐶2 )2 − 4 ∗ 𝑏1 ∗ 𝐶1 ∗ 𝐶2 4 ∗ 𝑥 ∗ 𝑓𝑐 ∗ 𝐶1 ∗ 𝐶2 2

√2 ∗ 22𝑛𝐹 + √(√2) ∗ (22𝑛𝐹)2 − 4 ∗ 10000 ∗ 10𝑛𝐹 ∗ 22𝑛𝐹 4 ∗ 𝑥 ∗ 500ℎ𝑧 ∗ 10𝑛𝐹 ∗ 22𝑛𝐹 2

√2 ∗ 22𝑛𝐹 − √(√2) ∗ (22𝑛𝐹)2 − 4 ∗ 10000 ∗ 10𝑛𝐹 ∗ 22𝑛𝐹 4 ∗ 𝑥 ∗ 500ℎ𝑧 ∗ 10𝑛𝐹 ∗ 22𝑛𝐹

R1=29.294K R2=15.721K

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filtro activo pasabajo de segundo orden (use AO de propósito general como LM324 o TL084) vemos en la simulación que funciona correctamente. 6. En el software Proteus, Multisim o similar, implemente un sistema de medición de temperatura con un LM 35, mediante una etapa de amplificación con un amplificador de instrumentación AD620 garantice un voltaje de 5V a 70°C. El AD623 da menos errores LM35 1°C=0.01VDC Función de transferencia de ganancia 𝑉𝑜 5𝑉 = 7.14 = 𝑉𝑖 0.70𝑉 RG 𝑅𝐺 = RG=16279Ω

100𝑘 ∗ 0.70𝑉 5𝑉 − 0.70𝑉

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a. Conecte la salida de la etapa de amplificación a la entrada del filtro del paso 4. b. Conecte a la entrada no inversora del amplificador de instrumentación (estaba a tierra) el generador de señales y 16

configure una señal cuadrada de 400Hz con la menor amplitud posible. c. Verifique la salida del filtro.

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7. Realice un único video sustentando el desarrollo de los pasos de la práctica 2. https://www.youtube.com/watch?v=cULpg_53zkg

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PRÁCTICA 3 – corresponde al Resultado de aprendizaje 3: Implementar sistemas de instrumentación, integrando sensores, técnicas de acondicionamiento y visualización de señales para su aplicación en procesos de planta. 1. En el software Proteus, Multisim o similar, implemente un sistema de medición de temperatura con un LM 35, mediante una etapa de amplificación con un amplificador de instrumentación AD620 garantice un voltaje de 5V a 37°C.

37° =0.37V 𝑅𝐺 = 𝐺=

49.4𝐾Ω 𝐺 −1

𝑉𝑜𝑢𝑡 5𝑉 = 13.51𝑣 = 𝑉𝑖𝑛𝑡 0.37𝑣

𝑅𝐺 =

49.4𝐾Ω = 3.948Ω 13.51 − 1

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Podemos evidenciar que el sistema de medición de temperatura si funciona correctamente. a. Implemente una etapa de conversión análoga digital (ADC) de 8 bits usando un integrado ADC0804 y visualización con diodos Led. Pruébelo con la señal de salida del punto 1.

20

El ADC0804 es un convertidor de señal analógica a digital de 8 bits. Este ADC0804 cuenta con un solo canal de entrada analógica con una salida digital de ocho bits que puede mostrar 256 valores de medidas diferentes.

21

𝑉𝑖𝑛 = 𝑁 (

𝑉𝑟𝑒𝑓 ) 𝑏𝑖𝑡𝑠

𝑉𝑖𝑛 = 𝑁 (

5𝑣 ) 255

22

El convertidor correctamente

de

señales

analógicas

a

digitales

está

funcionando 23

b. Implemente un sistema de visualización mediante Leds para el sistema de medición de temperatura del punto 1, usando el integrado LM3914. LM3914 se refiere a un circuito integrado diseñado para visualizar el valor de una señal eléctrica comparada con un valor de referencia.

Podemos observar que el circuito esta funcionado correctamente

2. Realice un único video sustentando el desarrollo de los pasos de la práctica 3.  Link del video (youtube, otro) máximo 5 minutos. https://www.youtube.com/watch?v=0jya0t4sSC8

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CONCLUSIONES

Después de desarrollar las prácticas de laboratorio podemos concluir la importancia de conocer el funcionamiento de los sensores y las maneras de implementarlos correctamente para poder tener unas mediciones más exactas a la hora de trabajar con ellos.

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BIBLIOGRAFÍA Medición de Presión Creus, S. A. (2008). Instrumentación industrial (7a. ed.). (pp. 95-100) Barcelona, ES: Marcombo. Recuperado de https://elibronet.bibliotecavirtual.unad.edu.co/es/ereader/unad/45913?page=116 Medición de Temperatura Granda, M. M., y Mediavilla, B. E. (2015). Instrumentación electrónica: transductores y acondicionadores de señal: transductores de temperatura. España: Editorial de la Universidad de Cantabria. (pp. 217 - 281). Recuperado de https://elibronet.bibliotecavirtual.unad.edu.co/es/ereader/unad/53391?page=238 Medición de otras variables Creus, S. A. (2008). Instrumentación industrial (7a. ed.) Barcelona, ES: Marcombo. (pp. 301 - 360) Recuperado de https://elibronet.bibliotecavirtual.unad.edu.co/es/ereader/unad/45913?page=322

Circuitos eléctricos en equilibrio Instrumentación y mediciones (2014). Recuperado de Bogotá, Colombia: UNAD. (pp. 1 - 38). Recuperado de: http://hdl.handle.net/10596/4960 Amplificación Granda, M. M., y Mediavilla, B. E. (2015). Instrumentación electrónica: transductores y acondicionadores de señal: Amplificadores de instrumentación. España: Editorial de la Universidad de Cantabria. (pp. 117 136). Recuperado de https://elibronet.bibliotecavirtual.unad.edu.co/es/ereader/unad/53391?page=138 Filtrado Granda, M. M., y Mediavilla, B. E. (2015). Instrumentación electrónica: transductores y acondicionadores de señal: Síntesis de Filtros analógicos activos. España: Editorial de la Universidad de Cantabria. (pp. 175 - 201). 26

https://elibroRecuperado de net.bibliotecavirtual.unad.edu.co/es/ereader/unad/53391?page=196 Conversión análoga – digital Instrumentación y mediciones (2014). Recuperado de Bogotá, Colombia: UNAD. (pp. 112 – 135). Recuperado de http://hdl.handle.net/10596/4960 okheim, R. L. (2008). Electrónica digital: principios y aplicaciones (7a. https://elibroed.). Páginas 475-500. Recuperado de net.bibliotecavirtual.unad.edu.co/es/ereader/unad/101887?page=490 OVI – Circuitos eléctricos en equilibrio. Camelo, E. (2018). Circuitos eléctricos en equilibrio. http://hdl.handle.net/10596/22848

Recuperado de

OVI – El amplificador de instrumentación. Camelo, E. (2018). El amplificador de instrumentación. Recuperado de http://hdl.handle.net/10596/22842

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