• Author / Uploaded
• Jose M Caballero

Citation preview

Instrumentación Código: 203038

Tarea 3 - Implementar un sistema de instrumentación con visualización Led 

Presentado al tutor: Jaime Steve Arregocés

Entregado por los estudiantes:

José Manuel Caballero Viana Código: 1002494427 Brayan Andrés Guerra Moreno Código: 1065636668 Robinson Salas Diaz Código: 1075598970 Dayan Farid Villanueva Código: 1047224522 Rafael Ricardo Zuluaga

Grupo: 9

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

INTRODUCCION.

En esta etapa se pone a prueba la capacidad de investigar y conocer algunos de los sistemas de sensores más conocidos y profundizar en sus usos y los costos promedios para una implementación a distintos niveles dentro de la instrumentación y mediante la implementación de hardware para la medición de variables físicas en el ámbito industrial y comercial. De igual forma en este proceso es de vital importancia abordar y repasar temas de lenguajes de programación asi como el análisis de señales y el cálculo de factores de respuesta de en los distintos elementos de medición o específicamente sensores de varios tipos. Si bien es preciso resaltar que un sensor en la industria es un componente sirve para detectar una propiedad ante magnitudes físicas o químicas y transformarlas con un transductor en variables eléctricas. Y para esta práctica de instrumentación pueden ser, por ejemplo: intensidad lumínica, temperatura, distancia, aceleración, inclinación, presión, desplazamiento, fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, etc. Ahora bien, en el siguiente documento tendremos en cuenta que una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica, etc.

OBJETIVOS.



Investigar y socializar algunos tipos de sensores mas comerciales, su uso, aplicación y costos promedios en el mercado.



Apropiarse de los conceptos más importantes y relevantes de la aplicación de software de simulación para la comprobación de componentes y circuitos de control.



Analizar e incorporar los componentes básicos de medición, así como lazos de control, en el proceso de desarrollo de la ingeniería de un proyecto para la fabricación, construcción y/o modificación de parámetros.



implementar procesos de automatización industrial, desde un punto de vista económico y de gestión practica partiendo de prácticas de laboratorio.

Actividades a desarrollar - Individual – Jose Caballero

Paso 1: Identifique en el mercado nacional 2 sensores comerciales y de bajo costo, para medición de alguna de las siguientes variables físicas, dé a conocer precio y características del sensor: Peso Nota: No aplica el LM35. SENSOR DE PESO O FUERZA DE 50KG Foto

Características

Tipo de

Precio

Sensor Es un sensor de celda de carga, que puede medir hasta poco más de 50 kg de peso, convirtiendo dicha variable de fuerza en una señal eléctrica, gracias a su confiabilidad es ampliamente utilizado en proyectos de medición de peso y básculas. Capacidad de carga de 40 a 50 kg Sensibilidad de salida 1.0 ± 0.1 mv / v Resistencia de entrada 1000 Ω ± 20 Resistencia de salida 1000 Ω ± 20 Voltaje de funcionamiento adecuado V ≤ 10 Temperatura de la operación adecuada 0-50 °C

Sensor de

Entre

Peso o celda

$7.000 y

de carga

$10.000

Paso 2: Proponga un sistema de instrumentación electrónica, en el cual mida una variable física en un entorno real, usando alguno de los sensores descritos en el paso 1. (Max. 10 lineas)

En la antigüedad ya existía la necesidad de tener una referencia exacta de los pesos de diferentes productos lo que se conseguía con la balanza, un instrumento mecánico compuesto de una palanca y dos platillos utilizado para calcular el peso de un objeto comparándolo con otro de peso conocido. Con el avance tecnológico se han conseguido desarrollar balanzas electrónicas que nos permiten realizar una medida más precisa que la mayoría de las balanzas mecánicas. Las balanzas electrónicas nos permiten determinar inmediatamente y de forma exacta el peso de un objeto, mediante la utilización de un sensor de fuerza. Dichas balanzas emplean una celda de carga. La celda de carga se usa para convertir la fuerza peso, ejercida sobre el platillo de la balanza, en una señal eléctrica. Si cambia la presión ejercida por el objeto, que se encuentra sobre el platillo, cambiará el valor del voltaje que obtenemos de la celda de carga. Esta señal eléctrica proveniente de la celda de carga será acondicionada para eliminar el ruido eléctrico y para conseguir una determinada resolución. A continuación, la señal acondicionada será digitalizada, mediante el paso a través de un convertidor analógico digital. Una vez digitaliza la señal será procesada por un microcontrolador, que enviará el resultado del peso obtenido a un visualizador LCD. También al procesar la señal, dichas balanzas pueden realizar varias funciones que no podríamos realizar con una balanza mecánica, como son contar las piezas colocadas sobre el platillo, comunicarnos con un ordenador a través de un puerto serie, o almacenar los resultados en una memoria SD. En este trabajo se describe sólo el diseño del interfaz de la balanza electrónica. El diseño debe cumplir las siguientes especificaciones: 1) Basada en una celda de carga. 2) Rango de pesado comprendido entre 0 y 150kg. 3) Resolución de al menos 100gr. 4) Opción de calibración. 6) Dispondrá de una pantalla LCD, para mostrar los resultados, y de un pequeño teclado, para la configuración de la balanza.

El peso colocado sobre la celda de carga, hará que la celda de carga entregue una determinada señal eléctrica, de valor muy pequeño. A continuación, esta señal pasa por una etapa de filtrado, para eliminar el ruido proveniente de la celda de carga. Una vez hecho esto, la señal pasa por una etapa de amplificación externa al microcontrolador, para aumentar el valor de la señal y conseguir una mayor resolución. Una vez que se amplifica externamente la señal, entra en el microcontrolador MSC1210, en el que volverá a ser amplificada, esta vez mediante un amplificador interno, pasa por el convertidor analógico digital Sigma-Delta (ΔΣ), se procesa el valor digital para determinar el peso, mediante el núcleo 8051 del MSC1210, y se envía éste a una pantalla LCD y, si se desea, también a través de la UART0 a un host, que en nuestro caso sería la mota del nodo.

Como la señal de voltaje de salida de la celda carga es muy pequeña (del orden de μV), y ésta genera un ruido eléctrico debido a su vibración mecánica, se debe pasar por un filtro paso bajo, con el propósito de eliminar estas señales no deseadas, antes de amplificar dicha señal. Si no se utiliza este filtro, parte del ruido proveniente de la celda carga será amplificado por el amplificador, provocando un error DC a la salida. Para filtrar este ruido, se utiliza un filtro pasa bajo pasivo para el modo común, que es el recomendado utilizar para diseños de balanzas con el microcontrolador MSC1210. En la Fig se muestra su esquema eléctrico.

Fig. Filtro paso bajo para eliminar ruido proveniente de la celda de carga.

Después de realizar mas análisis y procesos para llegar al resultado siguiente:

Actividades a desarrollar - Colaborativo Paso 3: Diseñar y simular en software CAD un sistema de instrumentación en el cual :  Implemente un sensor de los identificados en el paso 1, simule su funcionamiento y diseñe una etapa de escalización en la cual obtenga a la salida una escala de 0V 16V. Se sugiere usar un AD620 u otro amplificador de instrumentación, puede realizar las adecuaciones que considere necesarias para obtener la salida solicitada.  Implemente visualización por Leds para la escala de 0V – 16V.

Se sugiere usar un LM3914, para visualizar la salida mediante leds.

Amplificador de Instrumentación AD620

La ganancia es puesta con un solo resistor Rg (en el rango de 1 a 10 000) Voltajes de operación de + 2.3V a + 18V. Consumo de corriente de 1.3mA. 50 μ V máximo de Offset Ancho de banda de 120kHz con G=100. Es de bajo costo Encapsulado DIP de 8 terminales Es un amplificador monolítico con resistores ajustados por láser con una precisión del 0.15%. Implemente visualización por Leds para la escala de 0V – 16V. Se sugiere usar un LM3914, para visualizar la salida mediante leds.

http://www.ti.com/lit/ds/symlink/lm3914.pdf

 Rango de medición de -55ºC a 150ºC la tensión de salida es proporcional a la temperatura. Esto quiere decir que 1ºC equivale a 10mV −55 ºC∗10 mV =−0,5 V

150 ºC∗10 mV =1.5V

Salida máxima deseada en el amplificador 16V. Ganancia necesaria en el amplificador. G=

V o 16 V = =10.6 V I 1.5 V

Valor de la resistencia de ganancia del AD620 RG =

49.4 Ω −1=3.6 k 10.6

Escala de voltaje pará salida de los LED, dada por el LM3914

(

V =1.25 1+

(

R2 =¿ R1

16 V =1.25 1+

)

R2 R2 1Ω = =6.2 16 V =1.25 1+ R1 R1 6.2 Ω

)

(

)

Para ayudar a la estabilidad se puede colocar un capacitor electrolítico entre positivo y negativo, cerca del circuito integrado, según el fabricante con 2.2 microfaradios es suficiente,

Como podemos observar, el circuito funciona correctamente

BIBLIOGRAFIA.

Granda, M. M., & Mediavilla, B. E. (2015). Instrumentación electrónica: transductores y acondicionadores de señal. España: Editorial de la Universidad de Cantabria.  (pp. 117 137).   Recuperado de http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2460/lib/unadsp/reader.action? docID=3428884    Martin Martínez, M. (2016). Curso de instrumentación tema 3. Salamanca, España: Recuperado de: http://ocw.usal.es/eduCommons/ensenanzastecnicas/instrumentacion/contenido/Instrumentacion_Tema3.pdf    Mandado, P. E., Mariño, E. P., & Lago, F. A. (2009). Instrumentación electrónica. Barcelona, ES: Marcombo.  (pp. 13 – 29).  Recuperado de: http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2460/lib/unadsp/reader.action?docID=3186302    Instrumentación y mediciones (2010). Recuperado de Bogotá, Colombia: UNAD. (pp. 70 – 95). Recuperado de: http://hdl.handle.net/10596/4960