Práctica No 1: Características Estáticas de los Instrumentos de Medición

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1 Universidad Nacional Experimental del Táchira. Departamento de Ingeniería Electrónica. Núcleo de Instrumentación y Control. Bioinstrumentación I Revisada por: Prof. Rafael Volcanes Tec. Carlos Alba, Tec. Alba Ramirez. Elab. 16 Sept 2010 Práctica No 1: Características Estáticas de los Instrumentos de Medición INTRODUCCION. El módulo original elaborado por profesores de la Universidad Nacional Experimental Francisco de Miranda UNEF, ha sido revisado y adaptado a los requerimientos y las condiciones de trabajo de la Universidad Nacional Experimental del Táchira UNET para desarrollar un protocolo que podrá utilizar el estudiante para complementar su aprendizaje, con la realización de las practicas que le permiten consolidar los conocimientos teóricos obtenidos en el aula de clases. Esta guía intenta introducir al estudiante en la medición de las principales características de los instrumentos de medición tales como exactitud, sensibilidad, histéresis; además tendrá la posibilidad de evaluar las características de funcionamiento de los algunos de los principales transductores utilizados en los equipos médicos, entre otros mediremos termistores, fotoceldas, electrodos para biopotenciales, transductores de flujo, presión y ultrasonido. OBJETIVO GENERAL Introducir al estudiante en el estudio y comprensión de las diferentes características que rigen el funcionamiento de los diferentes sistemas de instrumentación electrónica y médica. OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1. Identificar correctamente las características estáticas en instrumentos de medición. 2. Diferenciar correctamente cada una de las características estáticas de los instrumentos. 3. Determinar la importancia de las características de los instrumentos en diferentes eventos. 4. Evaluar técnicamente los instrumentos de medición utilizados en la práctica, tomando en cuenta las mediciones realizadas.

2 CONCEPTOS TEÓRICOS 1. Características estáticas y dinámicas de los instrumentos de medición. 2. Conceptos de Exactitud, Precisión, Resolución, Sensibilidad, Histéresis, Corrimiento de Cero y Rango de entrada de un equipo de medición. ACTIVIDADES DE PRE-LABORATORIO 1. Indique las diferencias entre las Características Estáticas y las Características Dinámicas de los equipos de medición. 2. Explique la diferencia entre los conceptos de Exactitud, Precisión y Resolución. 3. Cuál es la importancia de las características estáticas en los equipos de medición de variables eléctricas y fisiológicas? 4. En qué consiste el Corrimiento de Cero? Cómo se define la Sensibilidad? 5. Explique en qué consiste el fenómeno de Histéresis. 6. Que se entiende por Rango de Entrada de un equipo de medición? MATERIALES Y EQUIPOS 1 ProtoBoard. 1 Fuente de Voltaje DC Variable. 1 Multímetro Digital. 1 Multímetro Analógico. 1 Resistencia de 100Ω a 0.25 W 2 Resistencias de 10 KΩ a 0.25 W. 1 Resistencia de 33 KΩ a 0.25 W. 2 Resistencias de 100 KΩ a 0.25 W. 1 Capacitor de 100 µf de 50 V. 1 Termómetro de Mercurio y Digital 1 Switch DPST Doble DESARROLLO Parte 1: Exactitud Determine la exactitud de un instrumento de medición realizando el siguiente procedimiento: Utilizando el termómetro digital de la unidad G34/EV, medir la temperatura ambiental: anote ese valor en la Tabla No 1; luego mida la misma temperatura con un termómetro de mercurio, observe y anote el resultado. Repita la medición con otro termómetro y anote el valor, compare las mediciones y calcule la exactitud de las mediciones. Asuma que la temperatura medida con el termómetro digital corresponde al Valor Real.

3 Tabla N 1 Medición Temperatura ºC Exactitud Termómetro Digital Termómetro Nº 1 Termómetro Nº 2 Parte 2: Resolución Para medir la resolución de un equipo, realice el siguiente procedimiento: 1) Ajuste la fuente de voltaje DC a un voltaje de 3,75V (medido a media escala) y a 9,5V (medido a media escala). 2) Una vez obtenido el voltaje correspondiente, aumente la escala del equipo tal y como se muestra en la Tabla N 2. 3) Hallar el valor de la resolución de escala en cada caso. Tabla N 2 Escala Valor medido (3,75V) Valor medido (9,5V) Resolución de Escala 10V 30V 100V Parte 3: Linealidad La Linealidad de un equipo se puede determinar de la siguiente manera: 1. Ensamble el circuito mostrado en la Figura 1: Figura 1 Circuito para la medición de Linealidad 2. Ajuste la fuente de poder a los valores que indica la tabla N 3 y mida el voltaje de salida V o para cada voltaje de entrada. Tabla N 3 V i V o

4 3. Grafique los datos de la Tabla N 3 en un papel milimetrado. 4. Con los datos de la Tabla N 3, realice los cálculos pertinentes para determinar la pendiente de la recta Parte 4: Corrimiento de Sensibilidad Para determinar el Corrimiento de Sensibilidad realice el siguiente procedimiento: 1. Ensamble el circuito de la Figura 2: Figura 2 Circuito para la medición del Corrimiento de Sensibilidad 2. Ajuste los valores de voltaje de entrada a los de la Tabla N 4. Tabla N 4 V i V o 3. Grafique los datos de la Tabla N 3 en un papel milimetrado. 5. Utilizando la misma hoja de papel milimetrado grafique los datos de la Tabla Nº 4 y compare ambas gráficas. Coloque la salida en el eje de las ordenadas (y) y la entrada en el eje de las abscisas(x). 6. Calcule los parámetros de la recta resultante del gráfico anterior empleando las siguientes ecuaciones: y = mx + n m = b xy n x 2 ( x)( y) ( x) 2 b = 2 ( y)( x ) ( xy)( x) 2 n x ( x) 2

5 Parte 5: Corrimiento (Drift) de Cero Utilizar un multímetro analógico para observar el corrimiento de cero en un equipo de medición. 1. Utilice un V.O.M. analógico el cual presente una descalibración de 1 voltio, es decir que en vez de ajustarlo a cero, se va ajustar a 1 V. 2. Repita los pasos 1 y 2 del procedimiento anterior y anote sus resultados en la Tabla N 5 Tabla N 5 V i V o 3. Grafique los resultados obtenidos conjuntamente con los del paso 3 y 4 del procedimiento anterior y compare los resultados. Parte 6: Reproductibilidad y Precisión Para determinar la Reproductibilidad y Precisión de un equipo se realiza el siguiente procedimiento: 1. Ajuste la fuente de poder a 10,5 V. 2. Utilizando un tester digital y un V.O.M. analógico, mida el voltaje de la fuente, espere 30 segundos y vuelva a medir el voltaje hasta completar la tabla N 6. Tabla N 6 EQUIPO Digital Analógico Medida Parte 7: Histéresis Para medir la Histéresis, realice el siguiente procedimiento: 1. Ensamble el circuito de la Figura 3.

6 Figura 3 Circuito para la medición de la Histéresis 2. Determine el tiempo que tarda el condensador en alcanzar los voltajes indicados en la Tabla N 7, colocando el Switch la posición 1. Tabla N 7 V c (V) Tiempo (seg) 3. Conmute el Switch a la posición 2 y mida el tiempo que tarda el condensador en alcanzar los voltajes de la Tabla N 8. Tabla N 8 V c (V) Tiempo (seg) 4. Grafique los datos de ambas tablas en un mismo papel milimetrado. Coloque el voltaje en el eje de las ordenadas y el tiempo en el eje de las abscisas. Nota: Para realizar esta gráfica, es necesario colocar dos ejes de abscisas X en paralelo, uno en sentido ascendente y otro en sentido descendente, para graficar la carga y la descarga del capacitor, respectivamente. ACTIVIDADES DE POST-LABORATORIO 1. De las características estudiadas en la práctica, Cuáles son lineales y cuáles son no lineales? 2. En qué se diferencia las características estáticas de un instrumento de las características dinámicas? 3. Qué inconvenientes ocasionaría un corrimiento de cero y un corrimiento de sensibilidad en un Electrocardiógrafo? 4. Elija un instrumento de medición de parámetros fisiológicos y anote todas las características estáticas que aporta el fabricante.

7 5. Explique a que se deben las diferencias entre los resultados obtenidos en las tablas No 7 y 8 y los cálculos teóricos para la carga y descarga del condensador. Realice una tabla con los cálculos teóricos para los tiempos evaluados en la práctica. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS PALLAS, Ramón, Sensores y Acondicionadores de Señal (1.998) 3ra Edición, Marcombo Editores, España. TOCCI, Alvaro, Instrumentación Biomédica, Universidad de los Andes Mérida. WEBSTER, Jhon, Medical Instrumentation Aplication and Design (1.992) 2da Edición Hougthon Mifflin Company, USA. WILCHEZ, Mauricio, Bioinstrumentación, Universidad de Antioquia WOLF, Stanley; SMITH, Richard F. M., Guía para Mediciones Electrónicas y Prácticas de Laboratorio (1992), Prentice-Hall Hispanoamericana, México.

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