Caracterización de instrumentos.

Transcripción

1 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MORELIA Instrumentación. Caracterización de instrumentos. Cliente: Ingeniería Electrónica. Autor: Ing. Miguel.Angel Mendoza Mendoza. 15 de febrero de 2014 Practica: 1.0. Ver 2.0

2 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MORELIA RESUMEN DE LA PRÁCTICA. Objetivo La caracterización de instrumentos es una de las tareas mas básicas en la instrumentación de cualquier proceso o el control del mismo, por ende en su automatización, el objetivo de esta práctica es poner en practica las habilidades del estudiante de ingeniería en el laboratorio a fin de que caracterice el comportamiento de instrumentos comerciales simples. Metas. El estudiante de ingeniería confrontara la caracterización de un instrumentos de manera practica a fin de comparar sus resultados con los datos proporcionados por los fabricantes de algunos sensores de temperatura. El estudiante corroborara el comportamiento de los sensores de temperatura que se analizaran en clase. Se comprobara de manera practica la necesidad de caracterizar los instrumentos. Solución La práctica incluirá dos sesiones: en la primera sesión se caracterizaran los sensores de temperatura mas utilizados en instrumentación electronica, y en la segunda se comenzara a acondicionar la respuesta de dichos sensores conforme a las necesidades de proyecto emprendido. Esquema de la práctica Sesión Revision de la información proporcionada por el fabricante. 2. Preparación de las herramientas de registro para los datos obtenidos. 3. Acondicionamiento de los instrumentos y herramientas necesarias para emprender la caracterización. 4. Caracterización de los valores necesarios bajo cambios en la variable a controlar, considerando las condiciones de caracterización. 5. Caracterización de la variable a controlar a manera de planta o proceso de interés. Sesión Construcción de los circuitos de acondicionamiento de los sensores a utilizar. 2. Revision del funcionamiento de los elementos de acondicionamiento. 3. Caracterización del funcionamiento de el instrumento bajo las condiciones probadas en la sesión anterior. 4. Análisis de resultados.

3 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MORELIA DESARROLLO DE LA PRÁCTICA Sesión 1. La práctica consiste en realizar la caracterización de dos instrumentos (sensores) de medición de temperatura, termopar tipo K y sensor LM35, para ello se realizara un análisis de las condiciones de operación proporcionadas por el fabricante, antes de comenzar la práctica se prepararan las herramientas de captura de datos correspondientes y se propondrá un numero mínimo necesario de mediciones prudente como objetivo de la caracterización. Posteriormente se prepararan las condiciones y herramientas necesarias para realizar las mediciones en el laboratorio y se emprenderá la larga tarea de tomar datos para ambos sensores, utilizando un elemento calefactor para aumentar la temperatura de un medio en condiciones controladas. Lista de tareas. La primera session consiste en: 1. Caracterización de el sensor monolitico LM35 (o equivalente). 2. Caracterización de termopar K y los los instrumentos y materiales utilizados durante las mediciones. 3. Concluir que sensores necesitan acondicionamiento. Sesión 2. La segunda sesión de esta práctica consiste en acondicionar la señal de salida de los sensores de la primera parte de esta empresa, para ello se construirán los circuitos electrónicos necesarios para el acondicionamiento de las señales que así lo necesiten. En esta práctica se compensara el efecto de unió fría presente en todo sensor de temperatura K, J, etc. Para ello se ensamblara un circuito de acondicionamiento utilizando amplificadores de instrumentación comerciales. Lista de tareas. La segunda sesión consiste en: 1. Construcción de un circuito de acondicionamiento de señal para el uso de un sensor de temperatura. 2. Caracterización de la respuesta del sensor acondicionado.

4 LISTA DE HERRAMIENTAS Y MATERIALES. Herramientas. Descripción Cantid. Importe Multimetro. 1 Elemento con termopar propio incluido para comparaciones, capacidad de medición en micro volts preferentemente. Parrilla eléctrica y encendedor de gas. 1 O elemento calefactor de su preferencia. Termopar tipo K 1 Sensor de temperatura tipo K para medición con el multimetro. Contenedor de liquido - sólidos. Cualquier recipiente metálico que se pueda calentar a temperaturas entre los ºC. Elementos de seguridad Guantes, reposa objetos calientes, gafas. La parrilla eléctrica o elemento calefactor, es un elemento grupal, dos o tres elementos por grupo de laboratorio son mas que suficientes, los elementos de seguridad quedan a discreción del estudiantes en función de sus capacidades propias. Materiales. Sesión 1. Descripción Cantid. Importe Termopar tipo K. 1 El sensor propiamente dicho. LM35 1 Circuito comercial. Resistencias varias. Elementos de amplificador con ganancia programable. Arena o solido en polvo no inflamable Entre 1 K K Ohms. Todos los elementos de un amplificador simple y en circuito integrado. (INA, OPAM, Transistor, etc). Arena negra o cualquier clase de grano que tenga un punto de fisión alto y que se caliente con una pendiente moderada. El tipo de circuito amplificador queda a su elección, mientras les permita una ganancia en voltaje de entre 1-10, es un elemento auxiliar, que podría ser util dependiendo de las características del termopar adquirido. Puede que no sea necesario, pero contar con los elementos necesarios para su construcción es prudente. Sesión 2.

5 Para la sesión dos de esta práctica se necesitan los elementos de uno de los tres diagramas mostrados en las Figuras 1, 2 o 3, recomendando los diagramas 2 y 3, los elementos pueden ser remplazados con matriculas

6 equivalentes o puede adaptarse sus valores calculando la totalidad del circuito. Queda a consideración del estudiante la evaluación de la tolerancia permisible de cada uno de los elementos en los circuitos. Figura 1. Circuito de acondicionamiento para termopar básico. Figura 2. Circuito de acondicionamiento para termopar intermedio. Figura 3. Circuito de acondicionamiento de termopar avanzado o de alta precisión. La referencia REF3040 puede ser remplazada por un regulador o por una fuente de laboratorio regulable el elemento PT 100 es una RTD, se recomienda este circuito sobre todos los anteriores. En caso de no contar con los elementos necesarios para ninguno de los circuitos anteriores, apegarse al siguiere diagrama. Para este y cualquier circuito de la materia se solicitan para la práctica los elementos de ensamble y hojas de especificaciones de cada componente electrónico. REPORTE DE PRACTICA. El reporte de la practica debe incluir las secciones comunes de todo reporte de laboratorio y por lo menos los siguientes aspectos. A. Tablas y gráfica comparativas de comportamiento observado de cada sensor con y sin acondicionamiento.

7 B. Tabla y gráfica de caracterización de las herramientas utilizadas para probar los sensores. (Características de la parrilla eléctrica modelada como planta) C. Tabla y gráfica comparativa de las especificaciones proporcionadas por un fabricante de termopares y las mediciones de laboratorio, incluyendo el termopar del comercial utilizado como referencia. D. Calculo de precisión, exactitud, histéresis, bias y linealidad de los sensores utilizados, considerando las mediciones del termopar del multímetro como valores reales de la medición.