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INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL CODIGO: AA3070

LABORATORIO N° 07 “Sensores de Peso y Fuerza”

Alumnos: Grupo Semestre Fecha de entrega

1.- Choquepata Merma, Diego (100%) 2.- Condori Quispe, Brayan (50%) 3.- Quispe Condori, Alberto (100%) 4.- Toledo Copa, Rodrigo (80%) : B Nota: : III : 08 05 19 Hora: 22:00

Instrumentación Industrial

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Tema :

Sensores de Peso y Fuerza Nota:

Departamento de Electrotecnia Industrial

Fecha: 08/05/19

Grupo Lab. Nº

I.

OBJETIVOS:



Identificar el principio de funcionamiento de las galgas extensiométricas.



Identificar el principio constructivo de las celdas de carga.



Implementar una balanza electrónica, utilizando un puente de Wheatstone, un amplificador de instrumentación y una celda de carga para medir peso o fuerza.

II. MATERIAL Y EQUIPO:  Brazo de flexión.  Celda de carga (Sensor de Fuerza Industrial).  Amplificador de instrumentación.  Juegos de Pesas.  Multímetro digital.

III. INFORMACIÓN PRELIMINAR

Una galga extensiométrica o extensómetro es un sensor, que mide la deformación, presión, carga, par, posición, etc. y se basa en el efecto piezorresistivo, que es la propiedad que tienen ciertos materiales de cambiar el valor nominal de su resistencia cuando se les somete a ciertos esfuerzos y se deforman en dirección de los ejes mecánicos. Un esfuerzo que deforma la galga producirá una variación en su resistencia eléctrica. Esta variación se produce por el cambio de longitud, el cambio originado en la sección o el cambio generado en la resistividad.

04

07

Mantener una actitud seria y responsable en el área de trabajo

Llevar con cuidado los materiales de trabajo Mantener una actitud seria y responsable en el área de trabajo

Verificar todos los pasos a cumplir Energizar con supervisión del docente Mantener una actitud seria y responsable Desernergizar el modulo con las medidas del caso. Llevar con cuidado los materiales de trabajo Realizar con cuidado las actividades de limpieza Retirarse ordenadamente del área de trabajo

Recepción de instrumentos y equipos

Verificación de instrumentos y equipos

Aprobación del docente

Energización del módulo ERFI

Análisis de los equipos e instrumentos

Desenergización del módulo ERFI

Entrega de instrumentos y equipos

Orden y limpieza

Retiro del área de trabajo

- Brazo de flexión. - Celda de carga (Sensor de Fuerza Industrial). - Amplificador de instrumentación. - Juegos de Pesas. - Multímetro digital.

Ingreso ordenadamente al área de trabajo

80%

Toledo Copa, Rodrigo

100%

0 4

1 9

Verificación del área de trabajo

50%

Condori Quispe, Brayan

Quispe Condori, Alberto

0 5

Departamento de Electrotecnia Industrial

Ingreso al área de trabajo

100%

11

E7

0 8

Nota:

Choquepata Merma, Diego

Oscar Alva Sánchez

Sensores de peso y fuerza

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Tema :

Sensores de Peso y Fuerza Fecha: 08/05/19 Grupo Lab. Nº

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IV. PROCEDIMIENTO:

1. Sensor de fuerza con circuito cuarto de puente. a) Lleve a cabo el montaje del brazo de flexión según muestra la figura N° 1.

figura N° 1 b) Dibuje el circuito esquemático del sistema en cuestión.

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c) Balance del cero. Manteniendo el brazo de flexión sin carga y utilizando la perilla del offset en el amplificador, haga que la tensión de salida del amplificador de instrumentación sea lo más próxima posible a 0.0 mV. Una exactitud de 10 mV en la salida del amplificador es suficiente. d) Cuelgue las pesas según muestra la tabla 1. Anote los resultados en la misma tabla. Si es necesario realice el balance del cero luego de cada medida. e) En la figura N° 2, grafique la curva característica del sensor. Haga esto a partir de los datos consignados en la tabla 1.

Sensor de fuerza circuito cuarto de puente Carga (Gramos)

Fuerza (Newton)

Voltaje (Voltios)

0

0.0

0.001

20

0.2

0.027

50

0.5

0.062

100

1.0

0.124

200

2.0

0.248

500

5.0

0.618

Sensor de fuerza circuito cuarto de puente 0.7 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

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2. Sensor de fuerza con circuito semipuente a) Lleve a cabo el montaje del brazo de flexión según la figura N° 3.

Figura N° 3 b) En la siguiente página, dibuje el circuito esquemático del sistema en cuestión. c) Balance del cero. Manteniendo el brazo de flexión sin carga y utilizando la perilla del offset en el amplificador, haga que la tensión de salida del amplificador de instrumentación sea lo más próxima posible a 0.0 mV. Una exactitud de 10 mV en la salida del amplificador es suficiente. d) Cuelgue las pesas según muestra la tabla 2. Anote los resultados en la misma tabla. Si es necesario realice el balance del cero luego de cada medida.

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e) En la figura N° 4, grafique la curva característica del sensor. Haga esto a partir de los datos consignados en la tabla 2.

Sensor de fuerza circuito semipuente Carga (Gramos)

Fuerza (Newton)

Voltaje (Voltios)

0

0.0

0.000

20

0.2

0.047

50

0.5

0.120

100

1.0

0.245

200

2.0

0.492

500

5.0

1.235

Sensor de fuerza circuito semipuente 1.400

y = 0.2473x - 0.0022

1.200 1.000 0.800 0.600 0.400 0.200 0.000 -0.200

0.0

1.0

2.0

3.0

4.0

5.0

6.0

a) Asumiendo que la curva característica de la figura N°4 es lineal, sintetice la ecuación de la recta de tendencia por medio de un análisis de regresión lineal. A partir de la ecuación de la recta de tendencia, determine el peso correspondiente para un voltaje de 0.36 V.

𝑦 = 0.2473𝑥 − 0.0022 ∗ 𝑭𝒐𝒓𝒎𝒖𝒍𝒂 𝒐𝒃𝒕𝒆𝒏𝒊𝒅𝒂 𝒎𝒆𝒅𝒊𝒂𝒏𝒕𝒆 𝒆𝒍 𝒈𝒓𝒂𝒇𝒊𝒄𝒐 𝒕𝒓𝒂𝒛𝒂𝒅𝒐 𝒆𝒏 𝒆𝒙𝒄𝒆𝒍 ∗

0.36 = 0.2473𝑥 − 0.0022 0.3622 = 0.2473𝑥 𝑥 = 1.464617873 𝑥 = 1.46𝐹

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3. Celda de Carga (Sensor de fuerza industrial) a) Lleve a cabo el montaje de la celda de carga según muestra la figura 5.

Figura 5. b) Dibuje el circuito esquemático del sistema en cuestión.

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c) Balance del cero. Manteniendo la celda de carga libre de pesos y utilizando la perilla del offset en el amplificador, haga que la tensión de salida del amplificador de instrumentación sea lo más próxima posible a 0.0 mV. Una exactitud de 10 mV en la salida del amplificador es suficiente. d) Coloque las pesas según muestra la tabla 5. Anote sus resultados en la misma tabla. Si es necesario realice el balance del cero luego de cada medida. e) En la figura N° 6, grafique la curva característica del sensor. Haga esto a partir de los datos consignados en la tabla 3.

Celda de carga Masa (Kg)

Fuerza (Newton)

Voltaje (Voltios)

0

0

0.007

1

10

0.143

2

20

0.277

3

30

0.413

4

40

0.548

5

50

0.683

6

60

0.820

7

70

0.956

8

80

1.091

9

90

1.229

10

100

1.365

Celda de carga 1.6 1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 0

20

40

60

80

100

120

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CONCLUSIONES, OBSERVACIONES Y APLICACIONES INDUSTRIALES OBSERVACIONES 

Se debe probar continuidad entre cables, estos pueden estar dañados o haciendo falso contacto al momento de realizar las conexiones correspondientes.



Siempre se debe alimentar con el voltaje apropiado, en este caso 24Vdc para ambos sensores, para evitar riesgos eléctricos o en el peor de los casos dañar los instrumentos de medición.



Solo debe colocar los pesos indicados en ambos sensores, ya que, si colocamos un peso fuera del rango de medición, podemos dañar los instrumentos de medición.



Es preferible llevar la tensión de salida a 0V, cuando la celda está libre de pesos, para obtener los gráficos de fuerza – voltaje de forma precisa y correcta.



Al momento de colocar las pesas en las celdas, debemos asegurarnos de que estas permanezcan estáticas, para que el voltaje obtenido en el multímetro, no presente grandes variaciones.

CONCLUSIONES 

Se utilizó satisfactoriamente la galga extensiometrica para censar las fuerzas en Newton aplicadas a la celda de carga, el “puente wheatstone” para medir la mínima variación de resistencia en la galga, y el amplificador para poder registrar por medio de voltaje la variación de fuerza aplicada; construyendo así una balanza medidora de Fuerza aplicada en Newton.



La calibración de la galga extensiometrica es un proceso muy minucioso puesto que llega a ser muy sensible a variaciones, para esto es necesario recurrir a fórmulas matemáticas para poder hacer uso de una calibración por estimación estadística.



La ubicación y forma de la galga extensiometrica es muy determinante en el tipo y forma de pesaje que se utilizará sobre la celda de carga.



Se concluye que la galga puede registrar valores positivos como negativos, es decir, al registrar fuerza en Newtons, se pueden obtener tanto valores de estiramiento como de compresión sobre la celda de carga.



Se comprendió el funcionamiento de las celdas de carga, las cuales utilizan galgas extensiometricas adheridas a sus armazones, dichos armazones deben ser los principales soportes del peso a medir para poder registrar las fuerzas (N) que se aplican sobre la celda de carga.

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APLICACIONES 

Un sensor de peso se utiliza, por ejemplo, para la determinación fiable de empacadoras durante el transporte o reposo. Otra aplicación típica del sensor de peso es el cálculo y el control preciso del nivel en silos para productos de cosecha y forrajes.



El extensómetro XT50 es un transductor de fuerza ampliamente utilizado en el ámbito de los vehículos industriales e agrícolas, igual que en el control de prensado y control de inventario en silos de almacenaje.



Los ejes dinamométricos son sensores de peso que poseen un uso que se extiende en un amplio conjunto de industrias, incluyendo grúas y ganchos de carga, además de diversas aplicaciones en los campos de seguridad, mediciones industriales y maquinaría móvil.



Las células de carga tipo viga son un tipo de sensores de peso que pueden ser usadas en máquinas de llenado, plataformas industriales empotradas, pesaje de tanques y silos, además de pesaje a bordo en vehículos, equipamiento médico y procesos controlados por pesaje, en las que la instalación de una célula de carga tipo viga es requerida.



Las células de carga de compresión son una gama de sensores de fuerza es ideal para su uso en aplicaciones de alta precisión en pesaje de camiones y ferrocarriles, pesaje de tanques y silos y en básculas de la industria pesada que requieren de técnicas de medición mediante celulas de carga de compresión.

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PROYECTO SEMESTRE ITEM 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

GRUPO

Grupo Lab. Nº

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Sensores de Peso y Fuerza FECHA LISTA DE MATERIALES DESCRIPCION

UNIDAD CANT.

LISTA DE HERRAMIENTAS Y EQUIPOS 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

COSTO DE MATERIALES ITEM

1 2 3 4 5 6 7 8

UNIDAD

DESCRIPCION

CANT.

PRECIO UNIT. S/.

PRECIO TOTAL S/.

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Grupo Lab. Nº

COSTO DE MATERIALES ITEM

UNIDAD

DESCRIPCION

CANT.

PRECIO UNIT. S/.

9 10 11 12 13 14 15 TOTAL S/.

FIN DEL DOCUMENTO

PRECIO TOTAL S/.

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