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INFORME DE LABORATORIO INSTRUMENTACIÓN PRACTICAS 1, 2 Y 3

Resumen Este documento contiene el desarrollo formal a la práctica de laboratorio número uno del curso Instrumentación de la universidad nacional abierta y a distancia UNAD. En este informe se mostrará, las generalidades de un sistema de instrumentación mediante el estudio de los diferentes equipos de medición y modelos de amplificador usados actualmente en los campos de la electrónica e instrumentación

cambios de resistencia. La variación en el valor inicial de una o varias de las resistencias del puente, como consecuencia de la variación de una magnitud física, se detecta en el puente como un cambio en la tensión de salida. Dado que los cambios de resistencia son muy pequeños, los cambios en la tensión de salida pueden ser tan pequeños como decenas de mV, lo que obliga a amplificar la señal de salida del puente.

Introducción Por medio del presente informe se demostrará el conocimiento adquirido por los estudiantes relacionados en este documento, respecto a los principios básicos del curso de instrumentación. Objetivo: Reconocer las generalidades de un sistema de instrumentación mediante el estudio de los diferentes equipos de medición y modelos de amplificador usados actualmente en los campos de la electrónica e instrumentación. MARCO TEÓRICO Fotoresistencias

Tomado de: COOPER, HELFRICK, “INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA MODERNA Y TÉCNICAS DE MEDICIÓN”, PRENTICE HALL. Puente de Maxwell El puente tipo Maxwell se utiliza para determinar el valor de condensadores reales cuyo modelo circuital consta de una conductancia ideal en paralelo con una resistencia que representa las pérdidas óhmicas.

Dispositivo electrónico caracterizado por la disminución de su resistencia a medida que se incrementa la incidencia de luz sobre la base fotoresistiva.

Puente De Wheatstone El puente resistivo de la figura (conocido como puente de Wheatstone) es una forma alternativa para medir pequeños

Tomado de: Instrumentación y mediciones (2010). Recuperado de Bogotá, Colombia: UNAD. (pp. 84).

PRÁCTICA 1: SISTEMAS DE INSTRUMENTACIÓN ACTIVIDADES A REALIZAR: 1. Caracterice la respuesta de una foto resistencia a la intensidad de la luz, obteniendo la gráfica de luz vs resistencia, para ello se sugiere disponer de una fuente de luz led (linterna), si es posible un medidor de lumens; si no es posible contar con este último realizar mínimo 7 mediciones en las cuales se varié la intensidad de luz de menor a mayor

Categorización fotoresistencia Para la categorización de la fotoresitencia se realiza toma de siete muestras con intensidades de luz distintas y se cálcula el valor de la resistencia. Medición

Intensidad (Lux)

Resistencia ohm)

1

500

2,1

2

450

2,4

3

350

2,7

4

240

3,1

5

220

4,1

6

170

4,9

Desarrollo punto 1 Medición

5

2.4

2.7

3.1

4.1

4.9

V salida

Intensidad (Lux)

1

0,84

150

Punto cero

0

300

2

-0,07

330

-0,28

440

4

-0,36

515

5

-0,75

634

6

-0,82

710

6

+5 v

7 -0,94 Tabla 2 Medición puente weatstone

881

0 500 450 350 240 220 170 140

Puente Weatstone

Intensidad (lux)

Grafica resultados de medición fotoresistencia

Voltaje salida

Resistencia (Ohm)

Fotoresistencia 2.1

V inicial

3

7 140 6 Tabla 1 Fotoresitencia mediciones

10

2. Implemente un puente de Wheatstone, alimentado con 5VDC, para medir la variación de la fotoresistencia, equilibre el puente con la fotoresistencia a 0% de luz, varié la intensidad de luz hasta el máximo y obtenga una gráfica Intensidad de luz vs salida del puente (V).

1 0 -1 -2

150

300

330

440

515

634

710

881

Intensidad (Lux) V salida

Punto cero

Gráfica resultados puente Weatstone Para encontrar el punto de equilibrio del Puente de wheatstone, se mide el valor que nos da la fotoresistencia con cierta intensidad de luz (la que genera un celular), dándonos como resultado un valor de 3kΩ, con base a esto, se opta por colocar en el circuito las demás resistencias del mismo valor (3kΩ) consiguiendo el equilibrio en el Puente. Nota: el desequilibrio se logra aumentando la intensidad de luz, iluminando con más celulares la fotoresistencia

Rx =

1KΩ∗ 1KΩ 1KΩ

=1

Rx = 1KΩ 1KΩ

Cx = 1KΩ *330uF Cx = 330 uF De esta manera confirmamos los valores con los que el Puente Maxwell se encuentra en equilibrio.

Evidencias de la práctica

3.

Compruebe el funcionamiento del puente de maxwell para la medición de capacitancias, realice los cálculos y compruébelos en la práctica.

Inicialmente se halla la inductancia utilizando los valores de los componentes usados para esta práctica:

 

3 Resistencias de: 1KΩ 2 Electrolíticos de 330uF

Con los valores anteriormente definidos hayamos los valores para Rx y Cx , para obtener el puente de Maxwell Nota: Estos cálculos se realizan como aporte teórico, ya que en la práctica se ha definido un mismo valor para estos compentes( Rx = 1KΩ y Cx=330uF), con los cuales se logra el equilibrio del puente

Se evidencia el equilibrio en el puente de Maxwell

Utilizamos las siguientes fórmulas:

Rx =

𝑅1∗𝑅2 𝑅3

Cx =

𝑅3 𝑅2

PRACTICA 2

* C1

Reeemplazamos:

ADECUACIÓN DE SEÑALES

Objetivo: Comprender procesos que permiten la adecuación de señales analógicas para su posterior procesamiento o visualización. Actividades a realizar: 1.

Implemente un puente de wheatstone, aliméntelo con 500mV, para la medición de un potenciómetro de 10K, mida la salida variando el potenciómetro desde el equilibrio (0V) hasta su desequilibrio máximo (VMax).

Nota: Para el montaje de este circuito se utilizan resistencias 1KΩ. 2.

Imagen puente de Wheatstone, con potenciómetro de 10k

Amplifique la salida del puente de Wheatstone, mediante la implementación de un amplificador de instrumentación conformado por amplificadores operacionales, obtenga una salida en escala de 0V-10V

La amplificación = 40 veces Vin= 0,25Vdc



Potenciómetro desde el equilibrio: 0V

Vout= 0,25 x 40 = 10 V R1 = 1K Calculamos la resistencia de ganancia mediante la siguiente formula: Rg = (V1.(2.R1))/(Vout-V1) Reemplazamos: Rg-(0,25(2000 Ω))/(10-0,25) =51.28 Ω PARA LA PRESENTE PRÁCTICA Y MONTAJE SE UTILIZA EL AMPLIFICADOR AD620



Potenciómetro hasta su desequilibrio máximo: 0.25 V Salida en escala de 0V

4.

Implemente un filtro activo pasabajo de segundo orden (use AO de propósito general como LM324 o TL084), con una banda de corte de 25Hz. Verifique el funcionamiento con el osciloscopio.

𝐹 = 25 𝐻𝑧 𝑅 = 10𝐾Ω 𝐻𝑎𝑙𝑙𝑎𝑟 𝑓𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑓𝑜 =

1 2∗𝜋∗𝑅∗𝐶

𝐻𝑎𝑙𝑙𝑎𝑟 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑐𝑖𝑡𝑎𝑛𝑐𝑖𝑎 Salida en escala de 10V. 3.

Implemente un sistema de medición de temperatura con un LM35, diseñe la etapa de amplificación, usando un amplificador de instrumentación AD620 o similar de tal manera que obtenga 5V para una temperatura de 45°C. Tenga en cuenta que:

𝐶=

1 2 ∗ 𝜋 ∗ 𝑅 ∗ 𝑓𝑜

𝐶=

1 2 ∗ 𝜋 ∗ 10𝐾Ω ∗ 25𝐻𝑧

𝐶 = 0.00063 𝑓 𝑉𝑎𝑙𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑟𝑒𝑠𝑖𝑠𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎



La salida del LM35 debe ir a la entrada inversora del amplificador



La entrada no inversora debe ir a tierra

𝑅=

1 2 ∗ 𝜋 ∗ 𝐶 ∗ 𝑓𝑜

𝑅=

1 2 ∗ 𝜋 ∗ 6 ∗ 10−7 𝑓 ∗ 25𝐻𝑧

SOLUCIÓN

𝑅 = 10.1𝐾Ω Primero se calcula la ganancia: G=5v/0.452v=11.061 Después de hallar la ganancia, se debe calcular resistencia de retroalimentación

la

G=(2*R3)/RG Despejamos: RG=(2*R3)/G RG=(2*20kΩ)/11.06=3.61kΩ

5.

Conecte el filtro a la salida de la etapa de amplificación, verifique el funcionamiento en el osciloscopio. Ahora conecte a la entrada no inversora del amplificador de instrumentación (estaba a tierra) el generador de señales y configure una señal cuadrada de 2kHz con la menor amplitud posible. Verifique en el osciloscopio la salida del filtro.

PRÁCTICA 3: APLICACIÓN DE LOS SISTEMAS DE INSTRUMENTACIÓN Objetivo: Implementar un sistema de instrumentación.

1.

Implemente una etapa de conversión análoga digital (ADC) de 8 bits usando un integrado ADC0804, pruébelo con una señal de entrada de 5V y visualización con diodos Led.8

Para el montaje se utilizan resistencias de 330 Ω, un potenciómetro de 10k Ω

Simulación Proteus 2.

Implemente un LM35, amplifique la salida para obtener un voltaje de 10V cuando se mida una temperatura de 50°C, visualice la medición de temperatura mediante leds, usando el LM3914 u otro integrado que facilite realizar la visualización.

A continuación se realiza montaje solicitado usando el LM3914 y un amplificador AD620, se puede visualizar el funcionamiento del circuito cuando se genera una temperatura a 50°C

Link video, funcionamiento https://youtu.be/d82EbWpJHxo

del

circuito:

Conclusión Gracias al desarrollo de este trabajo, los estudiantes relacionados en este documento obtuvieron el conocimiento necesario para conocer y socializar los principios básicos del curso de instrumentación.

Referencias 

Creus, S. A. (2008). Instrumentación industrial (7a. ed.) Barcelona, ES: Marcombo. (pp. 301 360) Recuperado de https://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2538/lib/unad sp/reader.action?ppg=322&docID=3175373&tm= 1544543642894



Mandado, P. E., Mariño, E. P., & Lago, F. A. (2009). Instrumentación electrónica: Instrumentación para sistemas digitales. Barcelona, ES: Marcombo. (pp. 109 – 133). Recuperado de: https://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2538/lib/unad sp/reader.action?ppg=124&docID=3186302&tm= 1544025856318



Xnergic TCM. (2014). Sensores simples usando divisor de tensión. Recuperado de : https://www.youtube.com/watch?v=e_DrSun_KY E



Datasheet LM 35 (Electro Schematics, 00) https://www.electroschematics.com/6393/lm35datasheet/