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Galga extensiometricas...

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UNIVERS UNIVERSIDAD IDAD DE COLIMA FACULTAD DE INGENIERÍA ELECTROMECÁNICA Campus El Naranjo

INSTRUMENTACIÓN AVANZADA

REPORTE DE PRACTICA: SENSOR DE PESO – GALGA EXTENSIOMETRICA PRESENTA: LUIS FERNANDO GARCÍA GARCÍA GLORIA IURHENI SOLORIO MEJIA ISRAEL YÉPEZ LÓPEZ

SEMESTRE: SEPTIMO

GRUPO: B

PROFESOR: M.C. CARLOS FLORES BAUTISTA

Manzanillo, Colima.

Octubre 2018

INTRODUCCIÓN El mundo de la informática puede llegar a ser muy confuso para la mayoría de la gente, pues a pesar de que el uso de la computadora y dispositivos móviles se ha generalizado entre toda la sociedad, muchos no saben cómo es que funcionan internamente los ordenadores, qué es lo que pasa más allá de lo que nos muestra la pantalla. Como es que se toma información del mundo real y se pasa a un artefacto electrónico para que pueda registrarse y manipularse con una computadora, de tal forma, que un dispositivo es capaz de medir cuestiones del mundo real, tales como la corriente, el voltaje, la temperatura, la tensión, la intensidad de una fuente de luz, el sonido o la presión atmosférica. Todo esto se puede registrar gracias a las tarjetas de adquisición de datos, las cuales sirven para obtener una muestra de una variable física, es decir, toman una señal de un sensor y después la adecuan para transformarla en un dato que pueda ser reconocido y registrado por un sistema digital, con el fin de que la pueda leer una computadora y realizar una tarea en específico mediante un software específico.

OBJETIVO El objetivo de realizar esta práctica es el observar y crear una aplicación en LabView que logre detectar datos de un sensor de peso vinculado con Arduino.

MARCO TEORICO 1.1

Arduino

Arduino es una plataforma de creación de electrónica de código abierto, la cual está basada en hardware y software libre, flexible y fácil de utilizar para los creadores y desarrolladores. Esta plataforma permite crear diferentes tipos de microordenadores de una sola placa a los que la comunidad de creadores puede darles diferentes tipos de uso. El proyecto nació en 2003, cuando varios estudiantes del Instituto de Diseño Interactivo de Ivrea, Italia, con el fin de facilitar el acceso y uso de la electrónico y programación. Lo hicieron para que los estudiantes de electrónica tuviesen una alternativa más económica a las populares BASIC Stamp, unas placas que por aquel entonces valían más de cien dólares, y que no todos se podían permitir. El resultado fue Arduino, una placa con todos los elementos necesarios para conectar periféricos a las entradas y salidas de un microcontrolador, y que puede ser programada tanto en Windows como macOS y GNU/Linux. Un proyecto que promueve la filosofía 'learning by doing', que viene a querer decir que la mejor manera de aprender es cacharreando.

Figura 1. Tipos de Arduino.

1.1.1

¿Cómo funciona?

El Arduino es una placa basada en un microcontrolador ATMEL. Los microcontroladores son circuitos integrados en los que se pueden grabar instrucciones, las cuales las escribes con el lenguaje de programación que puedes utilizar en el entorno Arduino IDE. Estas instrucciones permiten crear programas que interactúan con los circuitos de la placa. El microcontrolador de Arduino posee lo que se llama una interfaz de entrada, que es una conexión en la que podemos conectar en la placa diferentes tipos de periféricos. La información de estos periféricos que conectes se trasladará al microcontrolador, el cual se encargará de procesar los datos que le lleguen a través de ellos. El tipo de periféricos que puedas utilizar para enviar datos al microcontrolador depende en gran medida de qué uso le estés pensando dar. Pueden ser cámaras para obtener imágenes, teclados para introducir datos, o diferentes tipos de sensores. También cuenta con una interfaz de salida, que es la que se encarga de llevar la información que se ha procesado en el Arduino a otros periféricos. Estos periféricos pueden ser pantallas o altavoces en los que reproducir los datos procesados, pero también pueden ser otras placas o controladores.

Figura 2. Conexión en Arduino.

1.2

¿Qué es un sensor?

La medida de un fenómeno físico, como la temperatura de una habitación, la intensidad de una fuente de luz o la fuerza aplicada a un objeto, comienza con un sensor. Un sensor, también llamado un transductor, convierte un fenómeno físico en una señal eléctrica que se puede medir. Dependiendo del tipo de sensor, su salida eléctrica puede ser un voltaje, corriente, resistencia u otro atributo eléctrico que varía con el tiempo. Algunos sensores pueden requerir componentes adicionales y circuitos para producir correctamente una señal que puede ser leída con precisión y con toda seguridad por un dispositivo DAQ. Tabla 1. Sensores comunes.

Sensor

Fenómeno

Termopar, RTD, Termistor

Temperatura

Fotosensor

Luz

Micrófono

Sonido

Galga Extensiométrica, Transductor

Fuerza y Presión

Piezoeléctrico Potenciómetro, LVDT, Codificador

Posición y Desplazamiento

Óptico Acelerómetro

Aceleración

Electrodo pH

pH

1.2.1 Galga extensiométrica Las galgas extensiométricas son sensores cuya resistencia varía con la fuerza aplicada. Estos sensores convierten la fuerza, presión, tensión, peso, etc., en un cambio de la resistencia eléctrica el cual puede ser medido.

Figura 3. Galga extensiométrica.

Este tipo de sensores son los elementos más importantes en el diseño de transductores de presión y células de carga. La correcta utilización de las galgas para medir fuerzas y deformaciones es una de las herramientas más importantes en la ingeniería o la construcción.

1.2.1.1 ¿Cómo funcionan las galgas extensiométricas? Cuando se aplica una fuerza externa a un objeto estacionario, se produce tensión y estrés sobre él. El estrés se define como las fuerzas internas de resistencia del objeto, y la tensión se define como el desplazamiento y la deformación que se producen. Las galgas extensiométricas son una de las herramientas más importantes en la técnica aplicada de medición eléctrica de magnitudes mecánicas. Como su nombre indica, se utiliza para la medición de tensiones. "Tensión" como término técnico consiste en la deformación por tracción y compresión, que se distingue por un signo positivo o negativo. Por lo tanto, las galgas extensiométricas se puede utilizar para medir la expansión y la contracción. La tensión de un cuerpo siempre es causada por una influencia externa o un efecto interno. Esta fuerza puede ser causada por fuerzas, presiones, momentos, calor, cambios estructurales del material o efectos similares. Si se cumplen determinadas condiciones, la cantidad o el valor de la cantidad se puede calcular con el valor de tensión medido.

En el análisis experimental de la tensión, esta característica es usada ampliamente. El análisis experimental de la tensión utiliza los valores de tensión medidos en la superficie o en alguna parte estructural del cuerpo, para indicar la tensión en el material y también para predecir su seguridad y la resistencia. Se pueden diseñar transductores especiales para la medición de las fuerzas o de otras magnitudes derivadas, por ejemplo, momentos, presiones, aceleraciones y desplazamientos, vibraciones y otros. El transductor contiene generalmente un diafragma sensible a la presión, con galgas extensiométricas unidos a la misma.

1.3

Peso

En física clásica, el peso es una medida de la fuerza gravitatoria que actúa sobre un objeto. El peso equivale a la fuerza que ejerce un cuerpo sobre un punto de apoyo, originada por la acción del campo gravitatorio local sobre la masa del cuerpo. Por ser una fuerza, el peso se representa como un vector, definido por su módulo, dirección y sentido, aplicado en el centro de gravedad del cuerpo y dirigido aproximadamente hacia el centro de la Tierra. La magnitud del peso de un objeto, desde la definición operacional de peso, depende tan solo de la intensidad del campo gravitatorio local y de la masa del cuerpo, en un sentido estricto. Sin embargo, desde un punto de vista legal y práctico, se establece que el peso, cuando el sistema de referencia es la Tierra, comprende no solo la fuerza gravitatoria local, sino también la fuerza centrífuga local debido a la rotación de la Tierra; por el contrario, el empuje atmosférico no se incluye, ni ninguna otra fuerza externa.

1.3.1

Unidades de medición de peso Tabla 1. Conversiones.

METODOLOGIA Para la realización completa de este trabajo se tuvo que tomar en cuenta primero que el sensor utilizado el cual era una galga extensiométrica requiere un módulo que viene ya acondicionado para tener un mejor funcionamiento. Los cuales son los siguientes:

Figura 4. Material utilizado.

Para poder llevar acabo la práctica se requerían varias cosas , como lo fue: ~ Galga extensiométrica ~ Módulo de acondicionamiento de la galga ~ Arduino ~ Cable para conexiones ~ Base para el sistema ~ Objetos a pesar (Lata de atún, lata de lechera, bolsa de pasta, ect.) También se requieren ciertas librerías al momento de realizar esta práctica. A continuación, se ponen los procesos de instalación de las librerías requeridas.

 Librería para enlazar Arduino con Labview 1. Para este proceso se necesita ir hacia el navegador y colocar: “VI package manager”

Figura 5. Búsqueda de programa.

2. Después aparecerán las opciones para la instalación la que nosotros requerimos es la segunda como se muestra en la Figura 6.

Figura 6. Selección de búsqueda.

3. A continuación, aparecerá la página en la cual te pedirá que selecciones el programa según tu sistema operativo que en este caso fue Windows, después de eso te solicita un correo como se observa en la Figura 7 y una vez hecho esto seleccionamos el botón de la parte inferior para que comience la descarga.

Figura 7. Descarga de programa.

4. En la Figura 8 se muestra el símbolo del instalador.

Figura 8. Símbolo de instalador.

5. Contando ya con el instalador se le dará doble click al icono y comenzará la instalación, en este caso nosotros ya lo teníamos instalado y el icono del programa se muestra en la Figura 9.

Figura 9. Icono del programa.

6. Una vez instalado nuestro programa ingresaremos en el para poder instalar nuestra librería. Para esto, en la parte de búsqueda colocaremos la palabra Arduino.

Figura 10. Conexione s terminadas.

7. Realizada la búsqueda seleccionaremos la opción que dice: “LabVIEW Interface for Arduino”, damos click derecho y en la opción que dice: “Install” (en el caso de la

imagen dice Uninstall por el hecho de que esta ya fue instalada previamente). Y listo nuestra librería para en lazarlos habrá quedado instalada.

Figura 11. Instalación de librería.

 Librería para módulo de acondicionamiento para la galga extensiométrica 1. En este proceso primero se deberá ingresar a Arduino y crear un archivo nuevo.

Figura 12. Icono de Arduino.

2. Después, nos iremos a las pestañas de la parte superior, en el cual seleccionaremos la de programa, después nos iremos a “Incluir Librería” y de ahí daremos click a “Gestionar Librerías”.

Figura 13. Gestión de librerías.

3. Esto nos abrirá una ventana en la cual colocaremos en la parte superior la librería deseada, en este caso fue la HX711.

Figura 14. Búsqueda de librería.

4. Una vez hecho esto, seleccionaremos la primera opción en la cual al hacerle click nos aparece la opción de instalar ahí únicamente lo que debemos hacer es darle click.

Figura 15. Instalación de librería.

5. Ya terminada la instalación el programa nos indicara que ha terminado y que la librería se encuentra instalada.

Figura 16. Librería instalada.

6. Y listo, se tendrá instalada la librería, para comprobar en la siguiente imagen se muestra como colocarla. Similar al proceso de instalación se deberá ir a la pestaña programa. De esta se pasará a la de incluir librería, y, por último, en esta ocasión se desplaza hacia la parte inferior de esta pestaña desglosada y buscar el necesario, en este caso el HX711.

Figura 17. Insertado de librería.

 Código de Arduino Para el código de Arduino fueron necesarios dos programas, uno que era necesario para el proceso de calibración y el otro mediante el cual era mostrado el peso una vez calibrado. 1. El primero, como bien se comentó, es el que realiza nuestro proceso de calibración para el cual el código fue el siguiente:

Figura 18. Código para programa de calibración.

2. El segundo, consta de una vez calibrado nuestro sensor poder comenzar a sensar el peso para el cual el código fue el siguiente:

Figura 19. Código para programa de peso.

 Resultados 1. Al terminar todo este proceso se procedió a llevar acabo las conexiones para poder realizar las pruebas de funcionamiento, las conexiones constaban de la galga a su módulo, este hacia el Arduino y ahí hacia la computadora la cual se encargará de hacer la comunicación entre ambos.

Figura 20. Conexiones terminadas.

2. Una vez realizado todo lo anterior se procedió a hacer los pasos similares a nuestras prácticas anteriores, como nuestro programa en la LabVIEW con su debida interfaz las cuales se muestran a continuación.

2

3

1

Figura 21. Programa de Labview.

4

Tabla2. Numeración 1

Identificación y caracterización del puerto

2

Configuración

3

Lectura

4

Cierre de ciclo

Figura 23. Interfaz de Labview.

3. Una vez hecho todo esto se procedió a realizar pruebas con distintos materiales, los cuales comparamos en base a un valor teórico con un valor practico, se pueden observar los datos en la Tabla 2,

Figura 24. Pruebas experimentales.

Tabla 3. Resultados de pesos. Objeto

Teórico

Practico

Lenteja

506 g

505.76 g

Atún

174 g

177 g

Lechera

427 g

426.7 g

Durazno

959 g

960.01 g

Pasta

202 g

202.81 g

CONCLUSIONES Luis Fernando García García: Como conclusión en el proceso de realización de esta práctica se presentaron al principio ciertos problemas en la estabilidad de la lectura de datos al momento de la medición del peso, por lo cual se tuvo que comprar un módulo adecuado que fuese capaz de acondicionar y acoplar esta señal para poder ser procesada a la lectura en la interfaz, también que es muy importante tener las librerías adecuadas en caso de que existan enlaces de programas diferentes ya que esto es algo común en el mundo de la instrumentación y es necesario siempre tenerlo en cuenta. Gloria Iurheni Solorio Mejía: En esta ocasión mi conclusión se enfoca un poco más a la parte de la investigación ya que en el caso de esta práctica en particular se tuvo que tener en cuenta el uso de un sensor que requería un módulo de acondicionamiento para lograr tener una mayor precisión en cuanto a su funcionamiento. Al agregar este objeto se requirieron hacer varias adaptaciones para el funcionamiento del mismo, como lo fue la instalación de varias librerías, la inclusión del Arduino como el que transmitiría los datos, así como el entender toda su función y poder realizar varias pruebas para llegar a un resultado más aproximado al esperado, pero al igual que todo lo practico no es igual a lo teórico, sin embargo, se logró un margen muy ligero de error dándonos un sistema satisfactorio. Israel Yépez López: En conclusión, con esta práctica, aprendí que, en ocasiones, ciertos la medición de ciertos sensores en el mundo de instrumentación, es un poco complicada mediante circuitos de acondicionamiento rudimentarios y que en ocasiones es más conveniente conseguir el módulo completo del sensor y el circuito acondicionamiento. También concluyo que, en ciertos casos, el uso de librerías para ciertos tipos de programas es necesario e indispensable. Para finalizar, entiendo que en ocasiones existen ciertas pérdidas de datos en las lecturas debido a la velocidad de muestreo y transmisión de las tarjetas, sin que embargo para motivos educativos y didácticos queda más que comprendido el principio y funcionamiento de la práctica.

ANEXOS En esta parte se encuentra anexado a imágenes sobre las anotaciones en el formato de prácticas.

Figura 1.9. Formato de prácticas....