Práctica #1
Descripción de la estación de trabajo
Objetivo de la práctica.El estudiante conocerá las reglas de uso del laboratorio, sus medidas de seguridad y el equipo utilizado dentro del mismo.
Reglas de Uso.
1- Prohibido hablar, comer, fumar o beber dentro del laboratorio.
2- No introducir mochila artículos personales a las estaciones de trabajo, sus pertenencias se quedaran encargadas con el responsable del área
3- No utilizar la computadora para uso personal. 4- No alterar la configuración de la computadora.
5- 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.
6- El equipo del laboratorio debe ser cuidado por y para los estudiantes Medidas de seguridad del laboratorio.
1- Ajustar los valores en los equipos según las características requeridas en cada práctica, antes de conectarlos a su circuito.
2- Verificar cada una de las conexiones eléctricas y/o electrónicas del circuito, antes de encender los instrumentos del laboratorio.
3- Apagar los instrumentos para hacer cualquier cambio en la conexión de su circuito.
4- No utilizar líquidos cerca de las estaciones de trabajo, para evitar el deterioro de los equipos o algún cortocircuito.
5- No aproximar el rostro al área de trabajo una vez que se ha energizado el circuito. 6- 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.
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.
Sus características principales son las siguientes:
- 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.
Sus áreas de aplicación son las siguientes:
- 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.
- 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.
- 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.
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.
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 2 cables - Analizador de corriente –tensión de 3 cables
Descripción de los controles y conectores del NI ELVIS. En esta sección se mostraran los controles y las conexiones,
de uso general, estas se encuentran localizadas en la cara frontal y en la parte superior del ELVIS (proto board).
También se dará una pequeña explicación sobre el uso de los instrumentos virtuales con los que cuenta la ELVIS.
1.- LED indicador de encendido del sistema (ver figura 1.6).
2.- Control para encender la tarjeta de prototipo (ver figura 1.7). 3.- Interruptor de comunicaciones de la tarjeta (ver figura 1.8).
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 operaran por software. 4.- Controles de las fuentes de poder variable (ver figura 1.9).
- 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 (ver figura 1.10).
- 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 (ver figura 1.11).
- 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.
La siguiente figura nos ilustrara la localización de los bloques de la tarjeta de conexiones de la ELVIS, en las tablas posteriores se explicaran las funciones de dichas conexiones.
Bloque 4: (ver figura 1.14) Conector D-SUB.
Bloque 3: (ver figura 1.14) Arreglo de LEDs (LED Array). Bloque 4: (ver figura 1.14) Conector D-SUB.
Bloque 5: (ver figura 1.14) Reloj (Counter), entradas y salidas configurables por el usuario (User-Configurable I/O) y fuente de poder de CD (DC power supply).
Bloque 6: (ver figura 1.14) Multímetro Digital (DMM) , salidas análogas (Analog Output) , generador de funciones (Function generator) , entradas y salidas configurables por el usuario (User-Configurable I/O) , fuente de poder variable (Variable power supplies) y señal de CD (DC Power Signal).
Bloque 7- Power Led Bloque 8- Conectores BNC
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 necesarios 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. 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.
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.
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.
Ésta 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
Generador de forma de onda arbitraria (ARB).
Lector digital.
Lee una señal de 1 byte, contenida en el bus digital, que puede ser generada por NI- ELVIS, o dada al sistema desde un micro controlador
Escritor digital.
Permite escribir un byte en el bus digital
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
Analizador de corriente - tensión de tres cables.
Unidad móvil de instrumentos.
En el laboratorio se cuenta con una instalación móvil, en esta se encuentran los instrumentos tradicionales, los cuales son de gran 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 0,01 µA. -Medida en RMS real.
-Escalas de resistencia hasta 500MOhms -Conductancia de 500nS.
-Prueba de continuidad eléctrica y de diodos.
-Medidas de frecuencia, capacitancia, ancho de pulso y ciclo de trabajo. Controladores del instrumento
1.- Perilla de modo. Al girarla seleccionas el modo de medición.
2.- Funciones. Al oprimirlo se tendrá acceso a las funciones secundaria 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 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 constante o una intensidad constante en los distintos circuitos conectados.
-Esta fuente puede también ser utilizada puenteada, para obtener una fuente de 0-60V, con el botón SER/PAR.
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) 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.
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). 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.
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).
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.
Conclusión:
Estos aparatos que se mostraron en este reporte son los que utilizaremos a medida de que vayamos avanzando a nuestras prácticas de laboratorio, y son importantes para saber cómo funcionan los componentes que iremos utilizando y así mismo aprende de ellos para en cualquier trabajo dado que se nos ocurra realizar o pedir saber cómo trabajar con ellos. Son muy importantes para nosotros y a medida de que sigamos avanzando seguiremos aprendiendo más con el hardware NI ELVIS y el software NI LabView que son con lo que seguiremos actualizando.
Bibliografia
Manual de prácticas de laboratorio de sensores y actuadores. Practica No.1 Autores:
Prof.MC. Antonio Cayetano Lozano García Prof.MC. José Ángel Castillo Castro Prof.MC. Carlos Alberto Porras Mata
Práctica # 2
El Potenciómetro
Introducción.Podemos definir al Potenciómetro como una resistencia regulable en un circuito eléctrico, los cuales son encontrados en la mayoría de los sistemas donde se requiere variar algún parámetro de operación, o sensar un desplazamiento.
Potenciómetro monovuelta.- Potenciómetro donde la rotación mecánica que provoca el desplazamiento del cursor en la totalidad del elemento resistivo es inferior o igual a 360º.
Pueden estar construidos sobre papel baquelizado, fibra, alúmina con una pista de carbón. La pista tiene sendos contactos en sus extremos y un cursor conectado a un patín que se desliza por la pista resistiva. Se los llama potenciómetros impresos.
También pueden ser petados: están realizados con un arrollamiento toridal de alambre resistivo con un cursor que mueve el patin sobre el mismo.
Objetivo.
En esta práctica el estudiante conocerá los principios básicos del potenciómetro, sus principales tipos, características y aplicaciones. Además deberá describir el comportamiento de un potenciómetro y la relación entre su desplazamiento angular y el voltaje de salida.
Marco teórico.
Un potenciómetro es un elemento resistivo que tiene un contacto deslizante que puede desplazarse a lo largo de dicho elemento. Este desplazamiento se convierte en una diferencia de potencial. Hay muchos tipos de potenciómetros:
De mando: son los que usamos normalmente, como el del volumen de la radio.
De ajuste: son los que estan adentro de los equipos, no tenemos acceso a ellos ya que no suele tener que retocar.
Según la ley de variación de la resistencia R = ρ(θ), los potenciometros pueden ser: -Lineales: La resistencia es proporcional al ángulo de giro.
-Logarítmicos: La resistencia depende logarítmicamente del ángulo de giro.
-Senoidales:La resistencia es proporcional al seno del ángulo de giro. Dos potenciómetros senoidales solidarios y girados 90° proporcionan el seno y el coseno del ángulo de giro. Pueden tener topes de fin de carrera o no.
El potenciómetro rotacional o giratorio está formado por una pista o canal circular con devanado de alambre o por una capa de plástico conductor; sobre la pista rota un contacto deslizante giratorio. Si tenemos un voltaje de entrada constante entre las terminales 1 y 3, el voltaje de salida o V entre las terminales 2 y 3 es una fracción del voltaje de entrada. Esta fracción depende de la relación de resistencia 23 R comparada con la resistencia total o 13 R.
Si la resistencia de la pista por unidad de longitud es constante, entonces la salida es proporcional al ángulo a lo largo del cual gira el deslizador. En este caso un desplazamiento angular se puede convertir en una diferencia de potencial.
Podemos suponer que la resistencia cambia uniformemente a lo largo del desplazamiento, dicha suposición será
tomada para encontrar una constante en el potenciómetro, sin embargo esta suposición es falsa pues la linealidad del potenciómetro está acotada.
Si definimos un potenciómetro como 2 resistencias variables
(R12 y R23) las cuales obedecen la siguiente ecuación: R12 + R23 = Rt, donde t R es la resistencia total del potenciómetro, tendríamos un diagrama como el de la figura siguiente.
En un circuito en serie, la corriente que viaja en todo el circuito permanece constante y se puede determinar por la ley de Ohm.
Donde Vf es el voltaje suministrado por la fuente y Rt es la resistencia total del circuito.
El voltaje medido entre las terminales 2 y 3 del Potenciómetro se puede calcular mediante la siguiente ecuación:
Sustituyendo la ecuación 2.2 en la 2.3 se obtiene la siguiente ecuación:
Ya que R23 es variable y suponiendo que este varía linealmente respecto al desplazamiento angular del cursor podemos decir que la resistencia entre las terminales 2 y 3 en función del ángulo desplazado sería:
Donde θ es el ángulo desplazado, φ es el desplazamiento angular máximo del potenciómetro, y Rt es la resistencia total del mismo.
Podemos llamar constante angular del potenciómetro a la razón de la Rt en el φ para un determinado potenciómetro.
Entonces la diferencia de voltaje entre las terminales 2 y 3 puede ser calculada por la siguiente ecuación:
La diferencia entre el comportamiento esperado y el obtenido se denomina conformidad.
Los modelos disponibles comercialmente incluyen aquellos que admitan un movimiento circular de una o más vueltas en el caso de los helicoidales y en varios de estos modelos la salida en función del desplazamiento tiene un comportamiento no lineal. Incluso puede ser una función sinoidal del ángulo de giro del cursor.
Listado de Material.
•1 potenciómetro de 10 K ohms. • Fuente de voltaje indicada.
• Transportador de 360 o de uso común. Desarrollo:
1. Medir la resistencia total real del potenciómetro, la cual puede ser medida conectando un óhmetro entre las terminales de los extremos, o puede ser leída en la serigrafía del potenciómetro. 2. Montar el potenciómetro en la base de madera y a través del transportador para poder medir su desplazamiento angular.
4. Calibrar el multímetro virtual del NI ELVIS, para lo cual haremos lo siguiente; a. Desconectar cualquier cosa que este sobre el protoboard del NI ELVIS. b. Unir con un cable los puertos Voltage HI y Voltage LOW del DMM ubicados en la parte inferior izquierda del protoboard del NI ELVIS. c. Encender el NI ELVIS e inicializar el programa de National Intruments para el NI ELVIS. d. Seleccionar el modulo de Digital Multimeter. e. Presionar el botón de NULL. f. Retirar el cableado de los puertos Voltage HI y Voltage LOW. g. Apagar el NI ELVIS.
5. Conectar el potenciómetro como la siguiente figura.
6. Una vez conectado correctamente, encender el NI ELVIS.
7. Inicializar el programa de National Intruments para el NI ELVIS y seleccionar el modulo de DMM.
8. Girar el potenciómetro hasta que la perilla apunte a los 0 grados.
9. Girar la perilla del potenciómetro y tomar mediciones de su desplazamiento angular y el voltaje de salida medidos. Se recomienda utilizar la fuente de 5v del NI ELVIS y medir los datos cada 10° de desplazamiento angular.
Datos tomados
Se tomaron los siguientes datos al estar cambiando el valor del Angulo del potenciómetro y se tuvo diferentes valores de voltaje.
En la tabla se muestra que el potenciómetro solo giro hasta el Angulo 300 ya que después de ese Angulo se empezó a capturar el mismo valor y para el Angulo 320 el potenciómetro dejo de girar
Angulo Voltaje 0 0.001 10 0.001 20 0.001 30 0.025 40 0.237 50 0.444 60 0.782 70 0.89 80 1.098 90 1.301 100 1.437 110 1.68 120 1.922 130 2.126 140 2.347 150 2.587 160 2.777 170 3 180 3.208 190 3.4 200 3.614 210 3.811 220 4.001 230 4.231 240 4.417 250 4.639 260 4.883 270 5.07 280 5.134 290 5.134 300 5.134
0 1 2 3 4 5 6
Voltaje
Voltaje AnguloCuando empezamos a hacer el mismo procedimiento en el Software LabView ya empezó a tomar los datos más precisos y obtuvimos la siguiente tabla de datos con su grafica.
0 1 2 3 4 5 6
Voltaje Software
Voltaje Software AnguloEJERCICIO OPCIONAL. POTENCIOMETRO Y LABVIEW Introducción.
Es posible obtener datos por medio de una tarjeta conectada a una PC, para así fácilmente realizar cálculos con ellos. Si se utiliza un potenciómetro y una tarjeta de adquisición de datos idónea, es posible construir un programa en la PC que muestre un cálculo de la posición angular del potenciómetro.
Objetivo.
Que el estudiante se familiarice con el software de los laboratorios y que sepa como manipula r los datos que pueda adquirir, además de utilizar el software LabVIEW.
Hacer un programa en LabVIEW que nos permita asociar el voltaje medido con la desplazamiento del potenciómetro.
Marco teórico.
LabVIEW es una herramienta gráfica de prueba, control y diseño mediante la programación. El lenguaje utilizado se llama lenguaje G. Este programa fue creado por National Instruments en 1976 . Los programas hechos con LabVIEW se llaman VI (Virtual Instrument), lo que da una idea de uno de sus principales usos: el control de instrumentos.
Utilizaremos el ELVIS como una DAQ para conectar los valores del voltaje medidos en el potenciómetro y una computadora, para luego poder programar con LabVIEW y utilizar esos datos de entrada.
Angulo Voltaje 0 0 10 0 20 0 30 0 40 0.11 50 0.32 60 0.55 70 0.75 80 0.98 90 1.17 100 1.4 110 1.58 120 1.78 130 2.03 140 2.22 150 2.46 160 2.69 170 2.93 180 3.16 190 3.33 200 3.53 210 3.77 220 3.95 230 4.16 240 4.38 250 4.63 260 4.87 270 5.07 280 5.13 290 5.13 300 5.13
1. Sirve para especificar el dispositivo donde se encuentra la DAQ, en este caso es el NI ELVIS, el cual es llamado Dev1 por el software.
2. Condición de espera, dentro de un ciclo WHILE sirve para que este ciclo se repita dentro de un valor de milisegundos, debe ser especificado por una constante (ver 6).
3. Botón de paro, ubicado en el panel frontal. Sirve para darle una entrada booleana al comando STOP del ciclo WHILE.
4. Cierra el Sub-VI DMM.
5. Configuración del Sub-VI DMM, aquí se selecciona el tipo de medición (ver 11). 6. Inicializador del Sub-VI DMM.
7. Devuelve la lectura digital medida del Sub-VI DMM, como un arreglo, se le debe especificar la función que debe realizar (ver 11).
8. Despliega en forma numérica el voltaje medido. 9. Medidor visual de entrada variable, la aguja indicadora muestra el valor (int) de entrada, en el panel frontal podemos configurar este medidor a los rangos necesarios dando doble click sobre los límites.
10. Indica el valor de un índice específico de un arreglo. 11. Tipo de medición del Sub-VI DMM.
12. Comparador MAYOR QUE, compara dos valores y si el primero es mayor que el segundo, el comparador entrega una salida verdadera, la cual puede activar un LED virtual.
13. Constante del sistema, esta sirve para dar un número específico de referencia, puede ser usado en la función WAIT.
14. Operador booleano, muestra un LED en el panel frontal del VI, el LED enciende si el valor del voltaje es mayor a 0
15. Ciclo WHILE, esta función repite el sub diagrama que se encuentra en su interior hasta que la condición de paro es cumplida, el cual puede ser un valor booleano, controlado por un botón (ver 12.) en el panel frontal del instrumento virtual (VI) o creado por un error en el sistema. La terminal i determina el número de veces que se ha repetido el ciclo.
Modelo matemático de un potenciómetro.
La parte eléctrica del potenciómetro está dada por la ecuación V=iRt despejando, la i=V/Rt parte mecánica se da por:
Donde: Ө es el ángulo que gira la perilla del potenciómetro n es igual al número de vueltas Si se combinan las partes mecánicas y eléctricas se obtiene lo siguiente:
Listado de Material.
• Conocimientos básicos del software LabVIEW. • Potenciómetro.
• ELVIS.
• Software LabVIEW. Desarrollo:
En esta práctica se colocara el potenciómetro de la misma manera que lo hicimos en la práctica #2, pero ahora en lugar de medir el voltaje regulado con un vólmetro, se hará mediante una tarjeta DAQ. La tarjeta DAQ de esta practica será el NI ELVIS y este se conecta a la PC, para luego poder manipular esa información con el software LabVIEW y obtener un programa como el de a continuación.
Figura 2.6
1. Colocar el potenciómetro de tal manera que los conectores estén del lado izquierdo, cerca de la fuente de voltaje del NI ELVIS.
2. Abrir el documento Prac2.VI.
3. Sin prender el NI ELVIS, conectar el cable rojo inferior a la salida de voltaje de 5 Volts, el cable negro inferior a la conexión de tierra (Gnd).
4. El voltaje de salida del potenciómetro será medido por medio del DMM (Multímetro Digital) del NI ELVIS
. Figura 2.7
5. Acomodar los iconos del archivo de forma que se puedan realizar fácilmente las conexiones mostradas en la fig. 2.8, se debe tener en cuenta que hay que añadir ciertos valores constantes a funciones como WAIT, comparador MAYOR QUE y voltaje variable
6. Realizar conexiones virtuales
Como podemos ver en la Fig. 2.8 tenemos 3diferentes estados en la programación.
• El primer paso es para inicializar los instrumentos que utilizaremos. Este paso esta agrupado a la
izquierda del ciclo WHILE.
• En el segundo paso se encuentra el propio ciclo WHILE, dentro del cual se realiza una rutina de medición del voltaje en el potenciómetro hasta que oprimamos el botón de paro u ocurra un error en el VI, se recomienda ponerle un valor de 500 ms de espera a la función WAIT. • Por ultimo en el tercer paso, después del ciclo WHILE, se encuentran los procesos para cerrar los instrumentos utilizados.
7. Dentro del ciclo WHILE, el sub programa DMM READ mide el voltaje registrado en la salida del potenciómetro, luego este valor entra un nodo de fórmula, el cual a través de la formula mostrada en el marco teórico calcula el desplazamiento angular teórico en el potenciómetro. Este valor es enviado al indicador angular, luego este mismo valor es comparado dentro de un sub ciclo, donde si este valor es mayor a un valor crítico el LED deberá encender. El ciclo WHILE termina cuando el botón de paro es oprimido.
8. Determinar por medio de constantes (int) el tiempo de espera dentro del ciclo, la formula utilizada en el nodo de formula (dar doble click sobre el icono del sub programa) y el valor crítico donde el LED deberá encender.
9. Diseñar el panel frontal de manera que podamos ver la posición angular teórica, el voltaje crítico en el cual debe prender el LED, y el botón de paro (stop).
10. Considerar el rango de giro del potenciómetro, el rango efectivo donde su comportamiento es lineal, el voltaje real de la fuente y el voltaje máximo permitido por la DAQ.
11. Comparar los datos obtenidos en esta práctica con los que obtuvieron en la práctica #2, y anotar si el programa medido funcionó con exactitud.
Diseñar un programa en LabVIEW que muestre el tanque y el nivel de agua que tendría después de determinado tiempo si se llenara con la llave de paso en esa posición, y que contenga 3 LEDs que indiquen el nivel del agua; bajo, medio, alto.
Conclusión
Un potenciómetro es un resistor cuyo valor de resistencia es variable. De esta manera,
indirectamente, se puede controlar la intensidad de corriente que fluye por un circuito si se conecta en paralelo, o la diferencia de potencial al conectarlo en serie.
Normalmente, los potenciómetros se utilizan en circuitos de poca corriente. Para circuitos de corrientes mayores, se utilizan los reostatos, que pueden disipar más potencia.
Bibliografia
Manual de prácticas de laboratorio de sensores y actuadores. Practica No. 2 Autores:
Prof.MC. Antonio Cayetano Lozano García Prof.MC. José Ángel Castillo Castro Prof.MC. Carlos Alberto Porras Mata
http://es.wikipedia.org/wiki/Potenci%C3%B3metro
Práctica # 3
El Termistor
Introducción.
El termistor fue inventado en 1930 por el americano Samuel Ruben, y obtuvo la patente de EE.UU nº2021491. Los termistores son resistores variables con la temperatura basada en semiconductores. El término termistor proviene de Thermally Sensitive Resistor. Existen dos tipos de termistores, dependiento de si su coeficiente de temperatura es negativo o positivo. Si es negativo se denominan NTC( las cuales se fabrican a base de mezclar y sinterizar óxidos dopados de metales como el níquel, cobalto, manganeso, hierro y cobre),y si es positivo se denominan PTC (basadas en titanato de bario al que se añade titanato de plomo o de circonio para determinar la temperatura de conmutación) .
El funcionamiento de un termistor se basa en la variación de la resistencia de un semiconductor con la temperatura, debido a la variación de la concentración de portadores. Para los termistores NTC, al aumentar la temperatura, aumentará también la concentración de portadores, por lo que la resistencia será menor, de ahí que el coeficiente sea negativo. Para los termistores PTC, en el caso de un semiconductor con un dopado muy intenso, éste adquirirá propiedades metálicas, tomando un coeficiente positivo en un margen de temperatura limitado.
El termistor es un componente electrónico cuya resistencia varía sensiblemente con la temperatura. Se trata de una resistencia no lineal, ya que la corriente que la atraviesa no es función lineal del voltaje. Un termistor de coeficiente negativo de temperatura (NTC) es aquel cuya resistencia disminuye a medida que la temperatura aumenta, y un termistor de coeficiente positivo de temperatura (PTC) es aquel cuya resistencia aumenta conforme aumenta la temperatura. Una ventaja de estos componentes es su alta resistencia nominal (a 25 o).
Sus principales características son:
1 .Su rango de temperaturas está entre -50ºC y 150ºC,aunque las unidades encapsuladas pueden alcanzar hasta los 300ºC.
2. En la mayoría de las aplicaciones para una temperatura de 25ºC la resistencia varía entre 100 ohm y 100Kohm.
3. Tienen un tamaño reducido que hacen que la repuesta a los cambios de temperatura sea rápida (tienen mayor sensibilidad a los cambios de temperatura que otro transconductores).
4. Son autocalentables, lo que hace que puedan ser indeseables en algunas aplicaciones, y que otras bases su funcionamiento en ese fenómeno.
5. Gracias a la intercambiabilidad (tolerancia con la que es producido un termistor), es posible cambiar un termistor por otro en un sistema, sin necesidad de volver a calibrar el aparato de medida. Existen varios tipos de configuraciones para los termistores. Éstos son: los tipo perla, tipo disco, tipo chip, tipo arandela y tipo barra. Los termistores tipo perla con cubierta de cristal se caracterizan por tener una excelente estabilidad y fiabilidad a temperaturas superiores a 300ºC. Los termistores tipo chip y disco tienen un tamaño mayor que los de perla, lo que permite una potencia de disipación mayor, a expensas, eso si, de peores tiempos de respuesta. Por su geometría, los termistores de disco suelen tener más potencia de disipación que los chips.
Objetivo.
Se busca que el estudiante conozca el comportamiento de un termistor, sus diferentes tipos y aplicaciones en los sistemas electrónicos. Marco teórico.
• Termistor NTC (Negative Temperature Coefficient) es una resistencia variable cuyo valor se ve disminuido a medida que aumenta su temperatura. Son resistencias constituidas por un cuerpo semiconductor cuyo coeficiente de temperatura es elevado, es decir, su conductividad crece muy rápidamente con la temperatura. En su fabricación Se emplean óxidos semiconductores de níquel, zinc, cobalto, etc.
• Termistor PTC (Positive Temperature Coefficient) es una resistencia variable cuyo valor se ve aumentado a medida que aumenta la temperatura. Los termistores PTC se utilizan en una gran variedad de aplicaciones: limitación de corriente, sensor de temperatura, desmagnetización y para la protección contra el recalentamiento de equipos tales como motores eléctricos. También se utilizan en indicadores de nivel, para provocar retardos en circuitos, como termostatos, y como resistores de compensación.
El termistor PTC pierde sus propiedades si su temperatura llega a ser demasiado alta y puede comportarse eventualmente de una forma similar al termistor NTC.
El cambio de la resistencia por cada grado de temperatura, es mucho mayor que el que ocurre en los metales. La relación resistencia-temperatura de un termistor se puede expresar mediante la siguiente ecuación:
Donde Rt es la resistencia de la temperatura t, y K y ß son constantes. Si se comparan con otros sensores de temperatura, los termistores ofrecen muchas
ventajas. Son resistentes y pueden ser muy pequeños, por lo cual permiten el monitoreo de temperaturas casi en cualquier punto. Gracias a su reducido tamaño, responden muy rápido a los cambios de temperatura, pero su principal desventaja es su no linealidad.
Listado de Material.
• Resistencia de 1k ohms y termistor. • Fuente de voltaje.
• Protoboard. • Fuente de calor. • Termómetro.
Desarrollo:
1. Implementar el circuito sobre su propio protoboard para evitar daños accidentales al material del laboratorio.
2. El termistor debe estar protegido contra el líquido para que no se vaya a crear un corto circuito entre las terminales del termistor, teniendo así lecturas erróneas.
3. Colocar agua dentro del envase junto con el termistor
4. Calentar hasta que el sistema llegue a los 70 grados centígrados,
5. Apagar la fuente de calor y con el termómetro realizar las mediciones de temperatura del agua y del voltaje medido en el termistor cada 30 segundos hasta llegar a los 40 grados 6. Realizar una gráfica de la temperatura registrada en el termistor contra el voltaje medido, y
luego una gráfica de la variación del voltaje con respecto a la temperatura registrada en el termistor
7. Comentar acerca del comportamiento de las gráficas y determinar el tipo de termistor empleado.
Grafica 0 5 10 15 20 25 30 35
Voltaje (mV)
Voltaje (mV) TemperaturaTabla de Datos Grados Voltaje(mV) 70 6.4 69 6.5 68 6.7 67 6.7 66 7 65 7.2 64 7.3 63 7.3 62 7.3 61 8 60 8.5 59 8.8 58 8.9 57 9 56 9.2 55 9.5 54 9.5 53 10.2 52 10.6 51
11 50 11 49 11.4 48 11.8 47 12.2 46 12.6 45 13 44 13.5 43 13.8 42 14 41 14.6 40 15 39 15.7 38 16.3 37 16.7 36 17.2 35 17.7 34 18.2 33 19 32 19.6 31 20 30 21 29 22.5 28 23 27 24 26 24.8 Grados Voltaje(mV)
25 25 24 26.9 23 27.5 22 28.7 21 29.3 20 29.7
Aquí como se puede observar la grafica y las tablas de datos, se tiene en cuenta de que a medida de que la temperatura va aumentando el voltaje va disminuyendo, supongo que los termistores son muy utilizados para protección de algunos circuitos ya que el ayuda para protegerlos e quemarse o cosas que pueden suceder, además trabaja con un mili voltaje el cual actúa como señal , cuando el
termistor estaba a temperatura ambiente de 22 grados centígrados se observo que era de 28.7 milivolts y al momento de la practica cuando el termistor empezó a regresar a esa temperatura tuvo un rango de voltaje donde incluía este valor.
EJERCICIO OPCIONAL. TERMISTOR Y LABVIEW. Introducción.
Es posible obtener datos por medio de una tarjeta conectada a una PC, para así fácilmente realizar cálculos con ellos. Si se utiliza un potenciómetro y una tarjeta de adquisición de datos idónea, es posible construir un programa en la PC que muestre un cálculo de la posición angular del potenciómetro.
Objetivo.
Que el estudiante se familiarice con el software de los laboratorios y que sepa como manipular los datos que pueda adquirir, además de utilizar el software LabVIEW.
Hacer un programa en LabVIEW que nos permita asociar el voltaje medido, con la temperatura real de un sistema.
Marco teórico.
LabVIEW es una herramienta gráfica de prueba, control y diseño mediante la programación. El lenguaje utilizado se llama lenguaje G. Este programa fue creado por National Instruments en 1976. Los programas hechos con LabVIEW se llaman VI (Virtual Instrument), lo que da una idea de uno de sus principales usos: el control de instrumentos.
Utilizaremos el ELVIS como una DAQ para conectar los valores del voltaje medidos en el
potenciómetro y una computadora, para luego poder programar con LabVIEW y utilizar esos datos de entrada.
Descripción de la figura 3.4.
1. Sirve para especificar el dispositivo donde se encuentra la DAQ, en este caso es el NI ELVIS, el cual es llamado Dev1 por el software.
2. Indica el valor de un índice específico de un arreglo.
3. Condición de espera, dentro de un ciclo WHILE sirve para que este ciclo se repita dentro de un valor de milisegundos, el cual debe ser especificado por una constante (ver 13).
4. Indicador visual en forma de termómetro, en este caso, el tipo de variable es I16.
5. Botón de paro, ubicado en el panel frontal. Sirve para darle una entrada booleana al comando STOP del ciclo WHILE.
6. Indicador de tipo DBL doble. Al darle click derecho sobre este indicador podemos elegir si este será un control, una constante o el propio indicador.
7. Función matemática de la multiplicación, posee 2 nodos de entrada y uno de salida. 8. Configuración del Sub-VI DMM, aquí se selecciona el tipo de medición (ver 13).
9. Devuelve la lectura digital medida del Sub-VI DMM, como un arreglo, se le debe especificar la función que debe realizar (ver 14).
10. Inicializador del Sub-VI DMM. 11. Cierra el Sub-VI DMM.
12. Constante del sistema, esta sirve para dar un número específico de referencia, puede ser usado en la función de multiplicación o en la función WAIT.
13. Tipo de medición del Sub-VI DMM.
14. Ciclo WHILE, esta función repite el sub diagrama que se encuentra en su interior hasta que la condición de paro es cumplida, el cual puede ser un valor booleano, controlado por un botón (ver 10.) en el panel frontal del instrumento virtual (VI) o creado por un error en el sistema. La terminal i determina el número de veces que se ha repetido el ciclo.
15. Nodo de formula. Evalúa formulas matemáticas de forma similar al lenguaje C, para determinar las variables de entrada o salida se debe dar click derecho en el marco del nodo de formula y luego seleccionar añadir entrada o salida según se desee.
Las siguientes funciones son reconocidas por el nodo de formula: abs, acos, acosh, asin, asinh, atan, atan2, atanh, ceil, cos, cosh, cot, csc, exp, expm1, floor, getexp, getman, int, intrz, ln, lnp1, log, log2, max, min, mod, pow, rand, rem, sec, sign, sin, sinc, sinh, sizeOfDim, sqrt, tan, tanh. Modelo matemático de una recta.
Definiciones:
La recta es la línea más corta que une dos puntos. La pendiente de una recta indica el desplazamiento de la recta en el eje X por cada unidad desplazada en el eje Y, esta es calculada tomando dos puntos cualquiera de ella y haciendo una relación entre el cambio de las coordenadas entre esos puntos, la pendiente se mantiene constante.
Ecuación de la recta
En una formula más general la ecuación está dada como:
Donde: b es el valor respecto al eje Y cuando la recta intercepta a ese eje. m es la pendiente de la recta.
Para poder realizar la práctica, se utilizan los valores adquiridos en la práctica #3. Primero se obtendrá la pendiente, la cual será constante en nuestro termómetro, lo que se busca es que al emplear la tarjeta de adquisición de datos, usando la sección del Multímetro Digital para medir el voltaje obtenido, el programa calcule la temperatura actual del termistor. Para obtener la pendiente usaremos el último y el primer dato de la tabla voltaje/temperatura y los sustituiremos en la formula, quedando:
Una vez que obtenemos la pendiente se colocan los datos en el programa desarrollado en el software LabVIEW. Donde el valor obtenido en el Multímetro Digital será considerado como la variable “y” en la ecuación de la pendiente.
Quedando la siguiente fórmula:
De este modo se puede obtener una ecuación lineal que muestre la temperatura a la que se debe encuentrar el termistor.
Listado de Material. • Tarjeta del Termistor. • NI ELVIS.
• Software LabVIEW. Desarrollo:
En esta práctica se usara el termistor de la misma manera que lo hicimos en la práctica #3, pero ahora en lugar de medir el voltaje regulado con un vólmetro, se hará mediante una tarjeta DAQ. La tarjeta DAQ de esta práctica será el NI ELVIS y este se conecta a la PC, para luego poder manipular esa información con el software LabVIEW y obtener un programa que nos ayude a interpretar la información del sistema.
1. Calibrar el multímetro virtual del NI ELVIS, para lo cual haremos lo siguiente; a. Desconectar cualquier cosa que este sobre el protoboard del NI ELVIS.
izquierda del protoboard del NI ELVIS.
c. Encender el NI ELVIS e inicializar el programa de National Intruments para el NI ELVIS. d. Seleccionar el modulo de Digital Multimeter.
e. Presionar el botón de NULL.
f. Retirar el cableado de los puertos Voltage HI y Voltage LOW. g. Apagar el NI ELVIS.
2. Colocar la tarjeta del termistor sobre el protoboard. 3. Abrir el documento Prac2.VI.
4. Sin prender el NI ELVIS, conectar la tarjeta según muestra la figura 3.5, siendo Vo el voltaje de salida a medir y conectándolo al NI ELVIS en el pin de Voltage HI.
5. Acomodar los iconos del archivo de forma que se puedan realizar fácilmente las conexiones mostradas en la fig. 3.6, se debe tener en cuenta que hay que añadir ciertos valores constantes a funciones como WAIT y la función de multiplicar.
6. Realizar conexiones virtuales.
Como podemos ver en la Fig. 3.6 tenemos 3 diferentes estados en la programación.
• El primer paso es para inicializar los instrumentos que utilizaremos. Este paso esta agrupado a la izquierda del ciclo WHILE.
• En el segundo paso se encuentra el propio ciclo WHILE, dentro del cual se realiza una rutina de medición del voltaje en el termistor hasta que oprimamos el botón de paro u ocurra un error en el VI, se recomienda ponerle un valor de 500 ms de espera a la función WAIT.
• Por ultimo en el tercer paso, después del ciclo WHILE, se encuentran los procesos para cerrar los instrumentos utilizados.
7. Dentro del ciclo WHILE, el sub programa DMM READ mide el voltaje registrado en el termistor, luego este valor entra un nodo de fórmula, el cual a través de la gráfica obtenida en la primera parte de la práctica, calcula la temperatura teórica en el sistema. Este valor es enviado al indicador, el ciclo WHILE termina cuando el botón de paro es oprimido.
8. Determinar por medio de constantes (int) el tiempo de espera dentro del ciclo, la formula utilizada en el nodo de formula que describirá el comportamiento de la gráfica de la primera parte de la práctica.
9. Diseñar el panel frontal de manera que podamos ver la temperatura teórica del sistema, un indicador visual de la temperatura, y el botón de paro (stop).
10. Comparar los datos obtenidos en esta práctica con los que obtuvieron en la práctica #3, y anotar si el programa medido funcionó con exactitud.
Tabla de Datos Grados Voltaje(mV) 70 6.2 69 6.3 68 6.5 67 6.8 66 7 65 7.2 64 7.3 63 7.5 62 7.8 61 8 60 8.5 59 8.8 58 8.9 57 9.1 56 9.2 55 9.5 54 9.7 53 10.2 52 10.6 51 11 50 11.3 49 11.4 48 11.8 47
12.2 46 12.6 45 13.3 44 13.5 43 13.8 42 14.4 41 14.6 40 15.3 39 15.7 38 16.3 37 16.7 36 17.2 35 17.7 34 18.2 33 19 32 19.6 31 20 30 21 29 22.5 28 23 27 24 26 24.8 25 25 24 26.9 23 27.5 22 28.7 Grados Voltaje(mV)
21 29.3 20 29.7
Grafica 0 5 10 15 20 25 30 35
Voltaje
Voltaje TemperaturaConclusiones:
debido a que el termistor actúa de esa manera nosotros podemos identificar que es un termistor tipo NTC, debido a que como la temperatura va aumentando este provoca que el voltaje de entrada se empiece a disminuir, entonces es un Termistor Negativo.
El termistor es un componente electrónico cuya resistencia varía sensiblemente con la temperatura. Se trata de una resistencia no lineal, ya que la corriente que la atraviesa no es función lineal del voltaje. Un termistor de coeficiente negativo de temperatura (NTC) es aquel cuya resistencia disminuye a medida que la temperatura aumenta.
Bibliografia:
Manual de prácticas de laboratorio de sensores y actuadores. Practica No. 3. Autores:
Prof.MC. Antonio Cayetano Lozano García Prof.MC. José Ángel Castillo Castro Prof.MC. Carlos Alberto Porras Mata http://es.wikipedia.org/wiki/Termistor
Práctica # 4
SENSORES FOTOELÉCTRICOS.
Introducción.Una fotorresistencia es un componente electrónico en el cual su resistencia es disminuida al aumentar la intensidad de luz incidente en este componente. También es llamado fotorresistor, fotoconductor, célula fotoeléctrica o resistor dependiente de la luz (LDR por sus siglas en inglés). Existen diversos tipos de fotorresistores en el mercado. Pueden ser encontrados en muchos artículos electrónicos por ejemplo cámara fotográfica, medidores de luz, los relojes con radio, las alarmas de seguridad y en los sistemas de encendido y apagado del alumbrado de calles según la luz ambiental. Objetivo.
Conocer el comportamiento del fotorresistor, sus principales características, tipos y aplicaciones. Además se construirá un dispositivo que regule la luz incidente sobre una fotorresistencia.
Marco teórico.
Las fotorresistencias (en inglés “Light Dependent Resistors” LDR) son dispositivos basados en la variación de resistencia
eléctrica de un semiconductor al incidir en él radiación de luz en el rango óptico (10 nm< l< 1mm).
La conductividad eléctrica de un material depende del número de portadores en la banda de conducción. En un semiconductor es, normalmente, la agitación térmica la causa de que parte de sus electrones salten de la banda de valencia a la de conducción, siendo por lo tanto la temperatura el parámetro que determina, junto a sus características intrínsecas, la conductividad del material.
Sin embargo, la energía necesaria para el salto puede proceder de otro tipo de fuentes, como por
ejemplo radiación óptica. En este caso es la energía de los fotones que colisionan con el material, la fuente para este salto. Si esta energía, determinada por la frecuencia de la radiación, es lo suficientemente alta para permitir el salto, sin exceder el umbral para que se desprendan del material, tendremos el denominado efecto fotoeléctrico interno. En este caso a mayor iluminación mayor conductividad. Este efecto es aprovechado para la construcción de resistencias variables con la luz (LDR). Dependiendo del material con el que se construyan, y por tanto del ancho de la banda prohibida, se obtienen diferentes respuestas espectrales (relación entre la sensibilidad del dispositivo y la frecuencia de la radiación incidente). Su funcionamiento se basa en el efecto fotoeléctrico. Un fotorresistor está hecho de un semiconductor de alta resistencia como el sulfuro decadmio, CdS. Si la luz que incide en el dispositivo es de alta frecuencia, los fotones son absorbidos por las elasticidades del semiconductor dando a los electrones la suficiente energía para saltar la banda de conducción. El electrón libre que resulta, y su hueco asociado, conducen la electricidad, de tal modo que disminuye la resistencia. Los valores típicos varían entre 1 MΩ, o más, en la oscuridad y 100 Ω con luz brillante.
Las células de sulfuro del cadmio se basan en la capacidad del cadmio de variar su resistencia según la cantidad de luz que incide en la célula. Cuanta más luz incide, más baja es la resistencia. Las células son también capaces de reaccionar a una amplia gama de frecuencias,
incluyendo infrarrojo (IR), luz visible, y ultravioleta (UV).
En general la relación entre la resistencia del elemento y la iluminación incidente E (densidad superficial de energía recibida expresada en lux) es fuertemente no lineal. Esta relación se suele modelar mediante la expresión:
Donde A y a dependen del material y condiciones de fabricación. Otra manera de expresar esta relación es tomando logaritmos:
Como puede comprobarse existe una relación lineal entre los logaritmos de la resistencia y nivel de iluminación. Estos dispositivos son baratos, disponen de un tiempo de respuesta relativamente grande (son lentos) y su respuesta espectral es fácilmente adaptable a la del ojo humano.
Si se construye un divisor de voltaje con la fotorresistencia y una segunda resistencia, se tendrá un voltaje proporcional al valor de la resistencia por lo tanto a la intensidad de la luz.
Un LED, o un diodo emisor de luz por sus siglas en ingles, es un dispositivo semiconductor (diodo) que cuando se polariza en directa y es atravesado por la corriente eléctrica emite luz policromática, es decir, con diferentes longitudes de onda,. El color depende del material semiconductor empleado en la construcción del diodo, pudiendo variar desde el ultravioleta, pasando por el espectro de luz visible, hasta el infrarrojo, recibiendo éstos últimos la denominación de IRED (Infra-Red Emitting Diode).
Un fotorresistor está hecho de un semiconductor de alta resistencia. Si la luz que incide en el dispositivo es de alta frecuencia, los fotones son absorbidos por la elasticidad del semiconductor dando a los electrones la suficiente energía para saltar la banda de conducción. El electrón libre que resulta (y su hueco asociado) conduce electricidad, de tal modo que disminuye la resistencia. Un dispositivo fotoeléctrico puede ser intrínseco o extrínseco. En dispositivos intrínsecos, los únicos electrones disponibles están en la banda de la valencia, por lo tanto el fotón debe tener bastante energía para excitar el electrón a través de toda la banda prohibida. Los dispositivos extrínsecos tienen impurezas agregadas, que tienen energía de estado a tierra más cercano a la banda de conducción puesto que los electrones no tienen que saltar lejos, los fotones más bajos de energía (es decir, de mayor longitud de onda y frecuencia más baja) son suficientes para accionar el dispositivo.
La fotorresistencia se puede realizar para diferentes formas de trabajos: Sensores por barrera de luz
Las barreras tipo emisor-receptor están compuestas de dos partes, un componente que emite el haz de luz, y otro componente que lo recibe. Se establece un área de
detección donde el objeto a detectar es reconocido cuando el mismo interrumpe el haz de luz. Debido a que el modo de operación de esta clase de sensores se basa en la interrupción del haz de luz, la detección no se ve afectada por el color, la textura o el brillo del objeto a detectar. Estos sensores operan de una manera precisa cuando el emisor y el receptor se encuentran alineados. Esto se debe a que la luz emitida siempre tiende a alejarse del centro de la trayectoria.
Sensores de reflexión sobre espejo
El emisor envía un rayo de luz que llega al receptor si se refleja en un espejo y no es interrumpido por un objeto o si se refleja en un objeto. Tienen el emisor y el receptor montados en la misma caja y situados por lo tanto a un mismo lado del objeto que se desea detectar.
Utilizar un reflector que recibe los rayos de luz provenientes del emisor y los envía al receptor.
Funcionamiento
La detección del objeto opaco se produce mediante la interrupción del haz de luz que se dirige del emisor al reflector o del que se dirige desde este último hacia el receptor.
Sensores de reflexión sobre objeto
Tienen el componente emisor y el componente receptor en un solo cuerpo, el haz de luz se establece mediante la utilización de un reflector catadióptico. El objeto es detectado cuando el haz formado entre el componente emisor, el reflector y el componente receptor es interrumpido. Debido a esto, la detección no es afectada por el color del mismo. La ventaja de las barreras réflex es que el cableado es en un solo lado, a diferencia de las barreras emisor-receptor que es en ambos lados. Hay dos tipos de fotocélulas de reflexión sobre objeto, las de reflexión difusa y las de reflexión definida.
Sensores de reflexión directa o de reflexión sobre objeto
Se caracterizan porque el emisor y el receptor se montan en la misma caja y el objeto que se quiere detectar actúa como reflector.
De acuerdo con el valor de los ángulos de emisión y de recepción, pueden ser: - Sensores de reflexión difusa (DiffuseReflectiveSensors).
- Sensores de reflexión definida (Definite ReflectiveSensors).
Son sensores cuyo ángulo de emisión es muy grande y los rayos de luz se reflejan en múltiples direcciones. Por ello sólo una parte de los rayos que salen del emisor alcanzan el receptor después de reflejarse en el objeto a detectar. Tienen una zona muerta en la que no se garantiza la detección del objeto, tal como se indica en la figura. Dicha zona debe ser tenida en cuenta cuando se pretende detectar objetos que están situados muy próximos a la fotocélula.
Con el fin de eliminar la zona muerta, se fabrican fotocélulas que posee una configuración especial en la que los ejes ópticos del emisor y del receptor coinciden.
Listado de Material.
• Tarjeta de la practica (1 Fotorresistencia y 1 Resistencia 1 K ohm). • Caja con tapa deslizadora.
• Fuente de voltaje. • Fuente de luz.
Desarrollo:
1. Calibrar el multimetro virtual del NI ELVIS, para lo cual haremos lo siguiente; a. Desconectar cualquier cosa que este sobre el protoboard del NI ELVIS.
b. Unir con un cable los puertos Voltage HI y Voltage LOW del DMM ubicados en la parte inferior izquierda del protoboard del NI ELVIS.
c. Encender el NI ELVIS e inicializar el programa de National Intruments para el NI ELVIS. d. Seleccionar el modulo de Digital Multimeter.
e. Presionar el botón de NULL.
f. Retirar el cableado de los puertos Voltage HI y Voltage LOW. g. Apagar el NI ELVIS.
2. Colocar la tarjeta de la práctica dentro de la caja y conectar al NI ELVIS como se muestra en la figura.
3. Una vez conectado correctamente, encender el NI ELVIS.
4. Inicializar el programa de National Intruments para el NI ELVIS y seleccionar el modulo de DMM.
5. Medir el voltaje Vo con la tapa cerrada y en intervalos de 1 cm, para que junto con el ancho de la tapa, se pueda calcular el valor del área que permite la entrada de luz proveniente de la fuente de luz.
6. Efectuar las mediciones necesarias y graficar los valores para hacer una grafica del área contra el voltaje. Se recomienda realizar las mediciones cada centímetro de desplazamiento.
Tabla de Datos Cm Voltaje Voltaje con lampara 0 5.06 5.078 1 5.07 5.078 2 5.023 5.069 3 4.926 5.023 4 4.647 3.98 5 4.801 3.863 6 4.492 3.877 7 4.486 3.76 8 4.47 2.648 Grafica 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0 1 2 3 4 5 6
Voltaje por Ambiente Voltade por lampara
Distancia en cm
Bueno, aquí el experimento lo tomamos con 2 fuentes de luz diferentes, uno que es la luz que se encuentra en el ambiente y el otro con la luz de una lámpara y aquí podemos apresiar los diferentes valores que se obtuvo.
Conclusión
Pues durante la práctica utilizamos 2 diferentes fuentes de luz, una es la que se encuentra en el entorno y el otro de una lámpara y se puede observar que cuando utilizamos el de la lámpara se genera más voltaje cuando ese se encuentra cerca del fotorresitor, entonces se puede decir que la energía lumínica que genera la lámpara puede provocar una elevación de voltaje al circuito
El LDR es un componente que hace variar su resistencia dependiendo de la luz visible, ya que este tiene una fotorresistencia que es sensible a la luz. Como ya sabemos que la resistencia es una propiedad de los materiales que impide el flujo de la corriente eléctrica por él, entre mayor sea la resistencia, mayor ser la oposición al flujo eléctrico.
En vista de los datos obtenidos en la práctica pudimos comprobar cómo iba subiendo el voltaje confirme íbamos haciendo más espacio para que pasara la luz al sensor.
Bibliografia
Manual de prácticas de laboratorio de sensores y actuadores. Practica No. 4. Autores:
Prof.MC. Antonio Cayetano Lozano García Prof.MC. José Ángel Castillo Castro Prof.MC. Carlos Alberto Porras Mata
http://www.ingenierofernandoruiz.com/Electronica%20Analogica/Proyectos %20Electronica%20Analogica.html http://www.ingenierias.ugto.mx/profesores/dohernandez/documentos/Sistemas/ sensores%20y%20acondicionadores%20de%20se%C3%B1al_ramon%20pallas %20areny.pdf http://www.unicrom.com/Tut_ldr.asp http://es.wikipedia.org/wiki/Sensor_fotoel%C3%A9ctrico
Práctica # 5
SENSORES DE PROXIMIDAD
Introducción.
Al seleccionar un sensor para una aplicación en particular hay que considerar varios factores: • El tipo de medición que necesitamos, por ejemplo, la variable que se va a medir, su valor nominal, el rango de valores, la exactitud, velocidad de medición y confiabilidad que necesitamos y con la misma importancia, las condiciones ambientales en las que operará el sensor. • El tipo de salida que se requiere del sensor, lo
cual determinara las condiciones de acondicionamiento de la señal.
Basado en lo anterior se pueden identificar algunos posibles sensores, teniendo en cuenta rango, exactitud, linealidad, velocidad de respuesta, confiabilidad, facilidad de mantenimiento, duración, requisitos de alimentación eléctrica, solidez, disponibilidad y costo.
Objetivo.
El estudiante construirá un sensor de proximidad IR y observará su comportamiento, también aprenderá la forma de calibrar su sensor según el tipo de medición necesaria.
Marco teórico.
El sensor de proximidad es un transductor que detecta objetos o señales que se encuentran cerca del elemento sensor. Existen varios tipos de sensores de proximidad, los más comunes son los capacitivos, los inductivos y los infrarrojos.
