Fecha de elaboración: Agosto 2004 Fecha de última actualización: Julio Seriación implícita Electromagnetismo, Circuitos Eléctricos, Electrónica

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1 PROGRAMA DE ESTUDIO Programa Educativo: Área de Formación : Licenciatura en Física Transversal Programa elaborado por: INSTRUMENTACIÓN ELECTRONICA Horas teóricas: 2 Horas prácticas: 4 Total de Horas: 6 Total de créditos: 8 Clave: F1246 Tipo : Asignatura Carácter de la Optativa asignatura José Adrián Carbajal Domínguez Fecha de elaboración: Agosto 2004 Fecha de última actualización: Julio 2010 Seriación explícita Asignatura antecedente No Asignatura Subsecuente Seriación implícita Conocimientos previos: Si Electromagnetismo, Circuitos Eléctricos, Electrónica F1246 Instrumentación Electrónica 1/16

2 Presentación En la actualidad la mayor parte de los instrumentos y equipos que se utilizan en las industrias, hospitales, laboratorios y otros, requieren de personal calificado que pueda manejarlos adecuadamente y ajustarlo cuando estos se descalibran, para lo cual es necesario que exista el profesional capacitado para su corrección y mantenimiento apropiado. Es por ello que se ofrece la materia de instrumentación electrónica ya que la mayor parte de los equipos que hoy se usan están fabricados con circuitos electrónicos y no analógico como en el pasado auque todavía existen algunos de ellos Objetivo General Que el profesional salga con la capacitación requerida para manejar equipos de laboratorio y tenga los conocimientos básicos necesarios para el manejo equipos analógicos y digitales. Competencias que se desarrollaran en esta asignatura Conocimientos Conocerá las técnicas básicas de la instrumentación electrónica. Comprenderá el manejo de sistemas para la adquisición de datos y será capaz de seleccionar los detectores (transductores) adecuados para alguna tarea específica. Habilidades Cálculo, análisis y resolución de problemas. Manejo de equipo de laboratorio Diseño de circuitos Actitudes actitudes críticas y analíticas Valores honestidad académica F1246 Instrumentación Electrónica 2/16

3 ética de trabajo Competencias del perfil de egreso que apoya esta asignatura Diseñará experimentos, a partir del conocimiento de los fenómenos físicos para la solución de problemas. Aplicará en forma experta, técnicas experimentales conocidas para la solución de problemas. Conocerá los protocolos de funcionamiento de equipo especializado en diferentes ramas tecnológicas. Calibrará equipos para su uso correcto en diferentes aplicaciones. Laboratorio, salón de clase. Escenario de Perfil sugerido del docente El perfil mínimo es de ingeniero electrónico o de Físico experimental con amplios conocimientos en electrónica. Contenido Temático 1 INTRODUCCIÓN A LA INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA Objetivo particular El alumno aprenderá los conceptos básicos de los sistemas de medición que le servirán para comprender el funcionamiento de los tipos de instrumentos Hrs. estimadas 10 F1246 Instrumentación Electrónica 3/16

4 1.1. Definición 1.2. La instrumentación en el control de procesos Elementos de un sistema de captación de datos 1.4. Características estáticas de los sistemas de medidas 1.5. Exactitud, precisión y errores 1.6. Características dinámicas del sistema de medida 1.7. El ruido 1.8. Origen del ruido en sistemas electrónicos 1.9. Relación señal/ruido Figuras de ruido Al termino de la unidad el alumno habrá comprendido los conceptos básicos de instrumentación Sugerencias didácticas Desarrollar experimentos de Estrategias y criterios de Se sugiere evaluar de escritos, orales y prácticas de laboratorio. Objetivo particular 2 ADQUISICIÓN DE DATOS Aprenderá a clasificar la forma en que se adquieren y clasifican los datos a través de los F1246 Instrumentación Electrónica 4/16

5 sensores cuando se realiza una medición Hrs. estimadas Clasificación de las adquisidores de datos 2.2 Sensores primarios 2.3 Elementos básicos de accionamiento intermedio 2.4 Transductores y acopladores Al termino de la unidad el alumno conocerá los métodos e instrumentos básicos para la adquisición de datos Sugerencias didácticas Desarrollar experimentos de Estrategias y criterios de 3 ELEMENTOS BÁSICOS DE ACCIONAMIENTO INTERMEDIO Objetivo particular El alumno aprenderá a reconocer diferentes elementos que se utilizan como acoplamiento intermedio para lograr la medición apropiada Hrs. estimadas Clasificación 3.2 Sistemas potenciométricos 3.3 El potenciómetro como elemento de circuito Al termino de la unidad el alumno será capaz de manejar los sistemas de acoplamiento en las mediciones. Sugerencias didácticas Desarrollar experimentos de Estrategias y criterios de Se sugiere evaluar de escritos, orales y prácticas de laboratorio F1246 Instrumentación Electrónica 5/16

6 3.4 Sistemas capacitivos 3.5 Técnicas de medida con condensadores 3.6 Los condensadores como elementos de medida 3.7 Sistemas inductivos 3.8 Configuraciones típicas de bobinas 3.9 Técnicas de medida 3.10 Las bobinas como elementos de medida 3.11 El transformador diferencial lineal (LVDT) 3.12 Estudio comparativo de los sistemas potenciométricos: capacitivos e inductivos 4 TRANSDUCTORES DE RESISTENCIA VARIABLE Objetivo particular El alumno conocerá los diversos tipos de transductores y sus aplicaciones. Hrs. estimadas 10 Sugerencias didácticas Estrategias y criterios de 4.1 Termistores NTC y Al término de la unidad el Desarrollar experimentos de Se sugiere evaluar de F1246 Instrumentación Electrónica 6/16

7 PTC Transductores de resistencia metálica 4.2 Circuitos termométricos con NTC 4.3 Efectos de la temperatura sobre las resistencias de los circuitos electrónicos 4.4 Resistencias dependientes de la luz (LDR) 4.5 Circuitos de medida 4.6 Criterios de selección de los termistores 4.7 Galgas extensiométricas 4.8 Galgas metálicas y de semiconductor 4.9 Circuitos de medida con galgas extensiométricas 4.10 Métodos de medida 4.11 Otros transductores de resistencia variable alumno será capaz de realizar un circuito que sirva como detector en le que use los transductores y galgas escritos, orales y prácticas de laboratorio Objetivo particular 5 TRANSDUCTORES GENERADORES DE SEÑAL El alumno utilizará los transductores de señales, para la realización de diversas medidas F1246 Instrumentación Electrónica 7/16

8 Hrs. estimadas Termopares Medida con termopares Métodos de medida y compensación 5.2 Transductores de efecto piezoeléctrico Efecto piezoeléctrico Circuito equivalente de un transductor piezoeléctrico Medidas dinámicas con transductores piezoeléctricos Aplicaciones de los transductores piezoeléctricos 5.3 Emisores y receptores de ultrasonidos de tipo piezoeléctrico Utilización de ultrasonidos en la medida de distancia 5.4 Transductores electromecánicos Dinamos tacométricas Alternadores Al termino de la unidad el alumno será capaz de diseñar un dispositivo detector de señales Sugerencias didácticas Desarrollar experimentos de Estrategias y criterios de Se sugiere evaluar de escritos, orales y prácticas de laboratorio F1246 Instrumentación Electrónica 8/16

9 tacométricos Tacómetros electromagnéticos de rotor dentado Circuitos de medida 5.5 Transductores de efecto may Sondas de efecto may Medida de parámetros eléctricos basados en transductores de efecto may Componentes y sistemas comerciales basados en el efecto may 5.6 Transductores electroquímicos de membrana Ley de Nerst Potencial de electrodo Medida de concentraciones basadas en sistemas de membrana Medida de ph Electrodos para la captación de datos biológicos Condiciones de uso de transductores de F1246 Instrumentación Electrónica 9/16

10 membrana 6 TRANSDUCTORES ELECTRÓNICOS ACTIVOS Objetivo particular El alumno utilizará los transductores de señales, para la realización de diversas medidas Hrs. estimadas Fotodiodos y fototransistores Características estáticas y dinámicas Sistemas basados en el uso de fotodiodos 6.2 Dispositivos de acoplamiento de carga (CCDs) Aplicación de los CCDs en la captación de imagen Los CCDs como registro de desplazamiento analógico 6.3 Tubos fotomultiplicadores (PMTs) El efecto fotoeléctrico y Al término de la unidad el alumno comprenderá el funcionamiento de los foto conductores como dispositivos de acoplamiento de señales electrónicas. Sugerencias didácticas Desarrollar experimentos de Estrategias y criterios de Se sugiere evaluar de escritos, orales y prácticas de laboratorio F1246 Instrumentación Electrónica 10/16

11 la multiplicación de los electrones 6.4 Dispositivos MOS sensibles a concentraciones de sustancias 6.5 Selección de transductores 7 CONVERSIÓN DE MAGNITUDES Y NORMALIZACIÓN Objetivo particular El alumno aplicará los conceptos de conversión para los parámetros de: Voltaje, Corriente y Frecuencia Hrs. estimadas Transmisión de señales de instrumentación 7.2 La conversión tensión / corriente 7.3 La conversión corriente / tensión 7.4 Valores normalizados y equipos comerciales 7.5 La conversión tensión / frecuencia 7.6 La conversión frecuencia / tensión Al término de la unidad el alumno comprenderá los conceptos de magnitudes, tales como tensión corriente, frecuencia y la conversión entre ellas Sugerencias didácticas Desarrollar experimentos de Estrategias y criterios de Se sugiere evaluar de escritos, orales y prácticas de laboratorio F1246 Instrumentación Electrónica 11/16

12 7.7 Otros circuitos y sistemas de tratamiento analógico de señales 7.8 Operaciones analógicas. Interés y limitaciones 7.9 Los multiplicadores analógicos 7.10 Los divisores analógicos 7.11 Circuitos multifunción 7.12 Generadores de ondas 7.13 Interruptores y multiplexadores analógicos 8 TELEMEDIDA Objetivo particular El alumno aplicara los conocimientos obtenidos en la transmisión de señales a través de las bandas bases por medio de fibra óptica. Hrs. estimadas Transmisión de señales de instrumentación 8.2 Envío de señales en banda base y Al termino de la unidad el alumno podrá utilizar los conocimientos de telemedida para transmitir Sugerencias didácticas Desarrollar experimentos de Estrategias y criterios de Se sugiere evaluar de escritos, orales y prácticas de laboratorio F1246 Instrumentación Electrónica 12/16

13 moduladas 8.3 Concepción general de sistemas de telemedida 8.4 Medios de transmisión 8.5 Modulación 8.6 Los sistemas de comunicación por fibra óptica 8.7 Criterios de selección y de diseño de un sistema de telemedida Objetivo particular Hrs. estimadas 9 INTERCONEXIÓN DE EQUIPOS Y SISTEMAS DE INSTRUMENTACIÓN El alumno aprenderá a manejar los sistemas de transmisión de señales analógicas o digitales a través de los diferentes medios. 9.1 Adquisición de datos analógicos 9.2 Adquisición de datos digitales 9.3 Salida de información de los sistemas de control digitales 9.4 Interconexión de dispositivos, sistemas y equipos Al termino de la unidad el alumno podrá interconectar equipos de procesamiento de datos a través de diferentes medios Sugerencias didácticas Estrategias y criterios de Se sugiere evaluar de escritos, orales y prácticas de laboratorio F1246 Instrumentación Electrónica 13/16

14 9.5 Cables de cobre 9.6 Equivalente eléctrica 9.7 Conexión de alimentaciones y masa 9.8 Conexión de señales 9.9 Líneas de transmisión. Generalidades 9.10 Diseño de tarjetas de circuito impreso en sistemas de instrumentación 9.11 Interferencias electromagnéticas 9.12 Filtros de red 10 SISTEMAS NORMALIZADOS DE INSTRUMENTACIÓN Objetivo particular El alumno utilizará la tecnología informática de software y hardware como herramienta básica para la adquisición y análisis de datos experimentales. Hrs. estimadas Buses normalizados. Generalidades 10.2 El interface IEEE 488 (GPIB/HPIB) Descripción del interface Equipos y sistemas GPIB Programación Al termino de la unidad el alumno sabrá como acoplar las diferentes interfaces para procesar los datos experimentales Sugerencias didácticas Desarrollar experimentos de Estrategias y criterios de Se sugiere evaluar de escritos, orales y prácticas de laboratorio F1246 Instrumentación Electrónica 14/16

15 automática de ensayo 10.3 Sistemas de instrumentación desde computador 10.4 El LabView Descripción general del software Conexión de equipos a un sistema de instrumentación Diseño de sistemas de supervisión, instrumentación y control Bibliografía básica Bell, D. A. (2007). Electronic Instrumentation and Measurements (2º ed.). Oxford University Press, USA. Northrop, R. B. (2005). Introduction to Instrumentation and Measurements (2º ed.). CRC Press. O'Dell, T. H. (2005). Circuits for Electronic Instrumentation. Cambridge University Press. Regtien, P... (2006). Electronic Instrumentation. VSSD. U.A.Bakshi, & A.V.Bakshi. (2005). Electronic Measurements and Instrumentation (1º ed.). Technical Publications. Bibliografía complementaria Carr, J. J. (1995). Elements of Electronic Instrumentation and Measurements (3º ed.). Prentice Hall. Kissell, T. E. (2002). Industrial Electronics: Applications for Programmable Controllers, Instrumentation and Process Control, and Electrical Machines and Motor Controls (3º ed.). Prentice Hall. Klaassen, K. B. (1996). Electronic Measurement and Instrumentation. Cambridge University Press. F1246 Instrumentación Electrónica 15/16

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