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Universidad Autónoma de Nuevo LeónFacultad de Ingeniería Mecánica y EléctricaLaboratorio de sensores y actuadoresPráctica N°Descripción de la estación detrabajoCarlos Eduardo Cordero Pérez1843131 IMTCSemestre Enero-JunioProf. MC. Antonio Cayetano Lozano GarcíaCd. Universitaria, mes 02 del 2020Prácti...

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Universidad Autónoma de Nuevo León Facultad de Ingeniería Mecánica y Eléctrica

Laboratorio de sensores y actuadores

Pr áct i caN° 1 Descr i pci óndel aest aci ónde t r abaj o

Car l osEduar doCor der oPér ez 1843131

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Semes t r eEner oJuni o

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Cd.Uni ver si t ar i a,mes02del2020

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Práctica N°1: Descripción de la estación de trabajo Objetivo: El estudiante conocerá las reglas de uso del laboratorio, sus medidas de seguridad y el equipo utilizado dentro del mismo.

Reglas de uso:       

Prohibido hablar, comer, fumar o beber dentro del laboratorio. No introducir mochila artículos personales a las estaciones de trabajo, sus pertenencias se quedarán encargadas con el responsable del á No utilizar la computadora para uso personal. No alterar la configuración de la computadora. El archivo de trabajo generado será grabado en su memoria USB, quedando prohibido hacerlo en el disco duro de la computadora de la estación de trabajo del  laboratorio.  El equipo del laboratorio debe ser cuidado por y para los estudiantes.

Medidas de seguridad del laboratorio:  Ajustar los valores en los equipos según las características requeridas en cada  práctica, antes de conectarlos a su circuito.  Verificar cada una de las conexiones eléctricas y/o electrónicas del circuito, antes de  encender los instrumentos del laboratorio.  Apagar los instrumentos para hacer cualquier cambio en la conexión de su circuito.  No utilizar líquidos cerca de las estaciones de trabajo, para evitar el deterioro de los equipos o algún cortocircuito.  No aproximar el rostro al área de trabajo una vez que se ha energizado el circuito.  Verificar que los equipos queden apagados al finalizar la práctica.

La estación de trabajo La estación de trabajo cuenta con una PC, la cual tiene el software y hardware necesario para realizar las experimentaciones, el software es comprendido por el LabVIEW y el NI ELVIS, la PC cuenta con la tarjeta de adquisición de necesaria para la herramienta NI ELVIS, la cual será analizada posteriormente

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LabVIEW LabVIEW de National Instruments proporciona un potente entorno de desarrollo gráfico para el diseño de aplicaciones de adquisición de datos, análisis de medidas y presentación de datos, ofreciendo una gran flexibilidad gracias a un lenguaje de programación sin la complejidad de las herramientas de desarrollo tradicionales.

CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES  Intuitivo lenguaje de programación gráfico para ingenieros y científicos.  Herramientas de desarrollo y librerías de alto nivel específicas para aplicaciones.  Cientos de funciones para E/S, control, análisis y presentación de datos.  Despliegue en ordenadores personales, móviles, industriales y sistemas de  computación empotrados. ÁREAS DE APLICACIÓN LabVIEW es utilizado en diferentes ámbitos, siendo los más destacados: o Análisis automatizado y plataformas de medida: Test de fabricación. Test de validación/medioambiental. Test mecánico/estructural. Test de fiabilidad en tiempo real. Adquisición de datos. Test de campo portátil. Test de RF y comunicaciones. Test en bancos de prueba. Adquisición de imagen. o Medidas industriales y plataformas de control: Test y control integrado. Automatización de máquinas. Visión artificial. Monitorización de condiciones de máquina. Monitorización distribuida y control. Monitorización de potencia. o Diseño embebido y plataformas de prototipaje Diseño y análisis de sistemas empotrados. Diseño de control. Diseño de filtros digitales. Diseño de circuitos electrónicos. Diseño mecánico. Diseño de algoritmos.

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NI ELVIS NI Elvis es el acrónimo de NI Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite. Proporciona un laboratorio completo donde realizar prototipaje electrónico y análisis con instrumentos virtuales. NI ELVIS es un entorno de prototipaje y diseño basado en LabVIEW, pensado para laboratorios de universidades de ciencias e ingeniería. NI ELVIS consta de instrumentos virtuales basados en LabVIEW, un dispositivo de adquisición de datos multifunción (DAQ) y una estación de trabajo para banco de pruebas con una tarjeta de conexiones para prototipos (proto board). Esta combinación proporciona el conjunto completo de instrumentos, listos para usar, que se puede encontrar en cualquier laboratorio docente. Como que está basado en LabVIEW y proporciona capacidades completas de adquisición de datos y prototipaje, el sistema es ideal para la realización de prácticas académicas adecuadas para un amplio rango de currículos docentes. Eso no quita que NI ELVIS, gracias a su gran robustez, pueda servir también como un banco de pruebas multifuncional para uso en laboratorios industriales, donde se realicen pruebas diversas, ya sean de test o de calidad y respuesta del prototipo. CARACTERÍSTICAS PRINCIPALES  Funcionalidad multi instrumento integrada.  Plataforma abierta basada en el software estándar de la industria LabVIEW y  dispositivos DAQ de NI.  Combinación de instrumentación, adquisición de datos y estación de prototipos.  Completa suite de instrumentos virtuales.  Osciloscopio, DMM, Generador de Funciones, Fuente de Alimentación Variable, Analizador Bode, Generador de Formas de Onda Arbitraria, DSA, Analizador Tensión/Corriente.  Proporcionado el código fuente de LabVIEW.  Capacidad para particularizar en entorno LabVIEW.  Almacenamiento de datos en Excel o HTML.  Arquitectura NI ELVIS. NI ELVIS utiliza un software basado en LabVIEW, una tarjeta de adquisición multifunción, y una estación de trabajo personalizable para proporcionar funcionalidad a un amplio conjunto de instrumentos. La tarjeta DAQ y la estación de trabajo se comunican mediante líneas I/O digitales y un módulo de comunicaciones personalizable basado en LabVIEW

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LABORATORIO DE SENSORES Y ACTUADORES Algunos de los Instrumentos virtuales que componen NI ELVIS  Osciloscopio.  Generador de función.  Multímetro digital (DMM).  Generador de forma de onda arbitraria (ARB)  Suministros de energía.  Analizador de señal dinámica (DSA)  Analizador de impedancia.  Analizador de bode.  Analizador de corriente-tensión de dos cables  Analizador de corriente-tensión de tres cables Descripción de los controles y conectores del NI ELVIS.

En

la

esta sección se mostrarán los controles y las conexiones, de uso general, estas se encuentran localizadas en la cara frontal y en parte superior del ELVIS (proto board). También se dará una pequeña explicación sobre el uso de los instrumentos vi con los que cuenta la ELVIS.

Controles de la cara frontal En la cara frontal de la ELVIS podemos encontrar los controles manuales del instrumento, los cuales se comprenden desde el switch de encendido, perillas de control de voltaje, perilla manipuladora de frecuencia, conectores para el multímetro y para el osciloscopio, a continuación, se mostrará una figura, en la cual se realizan los señalamientos correspondientes para mostrar la localización de los controles manuales.

1.- LED indicador de encendido del sistema.

LABORATORIO DE SENSORES Y ACTUADORES 2.- Control para encender la tarjeta de prototipo. 3.- Interruptor de comunicaciones de la tarjeta. o Para utilizar las siguientes funciones será necesario posicionar los interruptores de cada instrumento en manual, en caso de que los interruptores no se encuentren en manual se operarán por software. 4.- Controles de las fuentes de poder variable  Perilla de control del voltaje negativo la cual puede estar  entre -12 y 0Volts (Voltage -).  Perilla de control del voltaje positivo la cual puede estar  entre 0 y +12 Volts (Voltage+). 5.- Controles del generador de funciones Interruptor seleccionador de funciones puede generar seno, cuadrada o triangular.  Perilla del control de la amplitud de la onda generada.  Perilla del control de la frecuencia de la onda generada.  Perilla del nivel máximo de frecuencia a producir. 6.- Conectores del Multímetro Digital  Conectores banana de corriente.  Conector positivo para medir la corriente.  Conector negativo para medir la corriente.  Conectores banana de voltaje.  Conector positivo para medir el voltaje.  Conector negativo para medir el voltaje. 7.- Conectores para señales de entrada del Osciloscopio  Conector del canal A del osciloscopio.  Conector del canal B del osciloscopio.  Conector para entrada de señal de sincronía.

Conectores de la cara superior La cara superior de la ELVIS consta de una tarjeta de conectores y LEDS, los conectores son la entrada de la tarjeta de adquisición de datos de la ELVIS, y pueden ser desde conectores banana hasta conexiones similares a la de una proto board, la ELVIS contiene una en su cara superior, en la cual se pueden montar circuitos.

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La siguiente figura nos ilustrara la localización de los bloques de la tarjeta de conexiones de la ELVIS, en las tablas posteriores se explicarán las funciones de dichas conexiones.

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Introducción a los instrumentos virtuales de NI ELVIS En la ventana principal del software vemos un menú que nos permite el acceso fácilmente a las diversas funciones con las que cuenta el hardware. El software también cuenta con los drivers y las utilidades necesarias para integrarse al trabajo con LabVIEW, lo cual representa una ventaja para lograr un adecuado manejo de la información muestreada con las aplicaciones que programemos. A continuación, se expondrá una breve explicación sobre los instrumentos virtuales con los que cuenta la ELVIS, estos se encuentran en el software NI ELVIS de las estaciones de trabajo, en la siguiente figura podemos observar el menú del software.

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LABORATORIO DE SENSORES Y ACTUADORES Multímetro digital (DMM). Cuenta con las funciones de un multímetro convencional. Es capaz de medir voltajes, corrientes, conductividad, inductancia, capacitancia, entre otras.

Las conexiones para el instrumento en la protoboard se encuentran en el bloque 6

Osciloscopio Función de osciloscopio de 2 canales. Puede sustituir en la mayoría de los casos a un osciloscopio real. Las conexiones para el instrumento en la protoboard se encuentran en el bloque 1.

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Generador de función Puede generar funciones de hasta 2.5V de amplitud y 14.5MHz de frecuencia. Las señales pueden ser senoidales, cuadradas o punta de sierra. Las conexiones para el instrumento en la proto se encuentran en el bloque 6.

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LABORATORIO DE SENSORES Y ACTUADORES Fuente variable NI-ELVIS cuenta con, además de fuentes de voltaje de 5,+15 y -15V, con 2 fuentes de voltaje variables, que van de -12V a 0V, y de 0V a 12V, respectivamente.

Las conexiones para el instrumento en la proto se encuentran en el bloque 6

Analizador de bode Esta función realiza un análisis de Bode, tanto de fase como de magnitud contra frecuencia. Aquí cabe señalar que, por limitaciones de hardware, no se puede usar el osciloscopio al mismo tiempo que el analizador de Bode.

Analizador de señal dinámica (DSA) Realiza un análisis de señales dinámicas basado en la Transformada de Fourier.

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Generador de forma de onda arbitraria (ARB) Genera ondas arbitrarias usando el convertidor digital/analógico (DAC) con el que cuenta.

Lector digital Lee una señal de 1 byte, contenida en el bus digital, que puede ser generada por NIELVIS, o dada al sistema desde un micro controlador.

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LABORATORIO DE SENSORES Y ACTUADORES Escritor digital Permite escribir un byte en el bus digital.

Analizador de impedancia Proporciona una gráfica de la impedancia y la fase de un sistema.

Analizador de corriente- tensión de dos cables. Realiza una gráfica de corriente contra voltaje. Su aplicación más útil corresponde al análisis de diodos.

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LABORATORIO DE SENSORES Y ACTUADORES Analizador de corriente- tensión de tres cables Cumple la misma función que el anterior, pero su aplicación corresponde al análisis de transistores.

Unidad móvil de instrumentos En el laboratorio se cuenta con una instalación móvil, en esta se encuentran los instrumentos tradicionales, los cuales son precisión. A continuación, se enlista el contenido de la unidad:  Multímetro.  Fuente de poder.  Generador de funciones.  Osciloscopio.  Conectores.

Multímetro Fluke 189 Características  Precisión de 0,025%  Medida de corriente de hasta 10A con resolución de 0,01μA.  Medida en RMS real.  Escalas de resistencia hasta 500MΩ.  Conductancia de 500nS.  Prueba de continuidad eléctrica y de diodos.  Medidas de frecuencia, capacitancia, ancho de pulso y ciclo de trabajo.

Controladores del instrumento

LABORATORIO DE SENSORES Y ACTUADORES 1.- Perilla de modo. Al girarla seleccionas el modo de medición. 2.- Funciones. Al oprimirlo se tendrá acceso a las funciones secundarias de la perilla de modo. 3.- Iluminación. Ilumina la pantalla a 2 diferentes intensidades. 4.- Rango. Seleccionas el rango de medición que deseas utilizar. 5.- Capturar (Hold). Al presionarlo el multímetro captura la medición realizada para una rápida revisión tiempo después.

Fuente de poder Bk Precision 1761 Características  Fuente de poder de 3 salidas y uso  general.  Posee dos salidas de 0-35 V a 3 A, y una salida de 2-6.5 V a 5 A.  Este modelo puede mantener un voltaje o una intensidad constantes en los distintos circuitos conectados.  Esta fuente puede también ser utilizada puenteada, para obtener una fuente de 0-60V, con el botón SER/PAR.  Límite de carga programable. Controles del instrumento

1.-Botón de encendido y apagado (Power). 2.-Perilla de ajuste de voltaje a grande escala (Coarse). 3.-Perilla de ajuste de voltaje a escala fina (Fine). 4.-Perilla de ajuste de corriente (Current). 5.- Botón para visualizar en la pantalla derecha el voltaje o la corriente que entrega la fuente. (Volt/Amp). 6.- Botón para seleccionar las salidas laterales de 0V a 35V o la salida central de 2-6.5v (6-5V / 2-6.5V) 17

LABORATORIO DE SENSORES Y ACTUADORES 7.- Perilla de ajuste de voltaje de la salida central de 2-6.5V. El LED de sobrecarga (OVER) encenderá cuando la carga en la fuente sea demasiada. 8.- Botón para trabajar con las terminales de la fuente en serie o paralelo (SER/PAR). 9.- Salida positiva de 2-6.5v con 5 A de corriente. (5 A). 10.- Botón para controlar las salidas laterales. Independientemente o simultáneamente, al afectar una, la otra responde idénticamente (Indep/track). 11.- Botón para activar la salida de 2-6.5v en los conectores 9 y 11 (2-6.5v). 12.- Botón para visualizar en la pantalla izquierda el voltaje o la corriente que entrega la fuente. (Volt/Amp). 13.- Conector de voltaje positivo. 14.- Conector a Tierra física. 15.- Conector de voltaje negativo.

Osciloscopio Tektronix TDS 2012 Características  2 canales de entrada.  Ancho de banda de 100 MHz.  Velocidad muestreo de 1 Gs/s.  Precisión vertical de 3 %  Rango de sensibilidad desde 2 mV a 5 V.  Máx. voltaje entrada 300 V.  Análisis de Transformada rápida de Fourier (FFT).

1.-Botón de encendido y apagado (Power). 2.- Perilla de control de la posición del canal 1 en la pantalla (Position). 3.- Perilla de control de la posición del canal 2 en la pantalla (Position). 4.- Botón de auto-ajuste de las señales de entrada (Autoset). 5.- Botón para congelar la pantalla y ver el comportamiento de la señal (Run/stop). 6.- Botón de acceso al menú del canal 1 (Ch1 menú). 7.- Botón de acceso al menú del canal 2 (Ch2 menú). 8.- Perilla de control de la posición de referencia respecto al tiempo en ambos canales (Horizontal). 18

LABORATORIO DE SENSORES Y ACTUADORES 9.- Botón para seleccionar la opción correspondiente en la pantalla. 10.- Botón para seleccionar la opción correspondiente en la pantalla. 11.- Botón para seleccionar la opción correspondiente en la pantalla. 12.- Botón para seleccionar la opción correspondiente en la pantalla. 13.- Botón para seleccionar la opción correspondiente en la pantalla. 14.- Perilla de control de la representación real del tiempo por cada división horizontal de la pantalla (Sec/Div). 15.- Conector de entrada del canal 2 (Ch2 input). 16.- Perilla que determina el valor de cada división vertical sobre la grafica del canal 2, (Volt/Div). 17.- Conector de entrada del canal 1 (Ch1 input). 18.- Perilla que determina el valor de cada división vertical sobre la grafica del canal 1, (Volt/Div). 19.- Muestra el valor de tiempo que representa cada división horizontal, determinado por la perilla 14. 20.- Muestra el valor del voltaje que representa cada división vertical, determinado por la perilla 16 (Ch2). 21.- Muestra el valor del voltaje que representa cada división vertical, determinado por la perilla 18 (Ch1). 22.- Gráfica de la señal del canal 2. 23.- Gráfica de la señal del canal 1.

Generador de funciones Bk Precision 4017ª Características  De 0.1 Hz a 10 MHz.  Funciones senoidales, cuadradas, triangulares, de pulsos y rampa.  Calibración rápida y fina.  Pantalla de 5 dígitos.  Barrida linear o Log.  Ciclo de trabajo variable.  Salida de CD variable.

1.- Botón de encendido y apagado (Power).

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LABORATORIO DE SENSORES Y ACTUADORES 2.- Botones de selección de la frecuencia máxima de salida, desde 1 Hz hasta 10 MHz. (Range). 3.- Botón de selección del tipo de onda (senoidal, cuadrada o triangular) con el que se desea trabajar. 4.- Perilla de control de la amplitud en la señal creada (Output). 5.- Perilla de control de la componente de corriente directa, al girarlo a favor de las manecillas del reloj, aumentamos la componente de CD y viceversa. 6.- Conector de salida, (Output jack). 7.- Conector de salida, (TTL/CMOS jack). 8.- Perilla de control de amplitud. Girándola en el sentido las manecillas del reloj incrementamos la amplitud de la onda cuadrada CMOS y viceversa (CMOS level). 9.- Conector que controla la frecuencia de la función generada por medio de un voltaje positivo suministrado por este conector hacia la unidad. (VCG/Sweep). 10.- Perilla de control del ciclo de trabajo (Duty cycle). 11.- Botón atenuador de la señal de salida, al oprimirlo la señal es atenuada 20db (20db). 12.- Botón de control de la operación del barrido, en su modo interno (Int) la razón de barrido es controlada por la perilla 18 y la magnitud de barrido es controlada por la perilla (16). En su modo externo (Ext) el control de la frecuencia del generador esta dado por un voltaje de CD en el conector 9 (Int/Ext). 13.- Botón de selección del tipo de barrido, podemos escoger entre un barrido logarítmico o uno lineal (Lin/Log). 14.- Botón de habilitación de la perilla 5 (Dc offset). 15.- Botón de nivel de CMOS, cambia la señal TTL a una señal CMOS, en el conector 7. 16.- Perilla de control de ancho del barrido (Width). 17.- Botón de habilitación de la perilla 10 (Duty cycle). 18.- Perilla de control del tiempo de barrido (Time). 19.- Perilla de control fino de la frecuencia (Fine). 20.- Perilla de control rápido de frecuencia, del 10% al 100% el rango máximo seleccionado (Coarse). 21.- Pantalla donde se muestra la frecuencia actual de la onda generada. 22.- LED indicador de la actualización de la pantalla. 23.- LEDs indicadores de la frecuencia mostrada en la pantalla, esta puede mostrar Hz o KHz.

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