Tema: Medición Óptica de Ángulo

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1 Instrumentación Industrial. Guía 3 1 Tema: Medición Óptica de Ángulo Objetivo General Analizar los procedimientos fundamentales para la medición de ángulo. Objetivos Específicos Experimentar con el codificador incremental Experimentar con el codificador dual Experimentar con el codificador Gray Material y Equipo Facultad: Ingeniería Escuela: Electrónica Asignatura: Instrumentación Industrial Lugar de ejecución: Instrumentación y Control (Edificio 3, 2da planta) 1 Fuente de alimentación CC de 5V/5A. (SO B) 1 Transmisor giratorio con disco incremental, Dual y Gray (SO3536-3K). 1 Contador Incremental (SO M). 1 Decodificador (SO D). 1 Indicador numérico (SO L). 1 Disco código Incremental (S Kc) 1 Disco código Dual (S Ka) 1 Disco código Gray (S Kc) Introducción Teórica En la técnica de la medición eléctrica se distingue entre métodos de medición análogos y digitales. Se está en presencia de un método análogo cuando la variable medida es indicada con valores continuos (valor constante). A diferencia del anterior se está en presencia de un método digital, cuando a la variable medida se le relaciona una indicación numérica que condiciona una representación de valor discreto, cuantificada con un paso mínimo fijo dado. Característico para las técnicas digitales es también con frecuencia un proceso contador relacionado con ellas, o bien, una representación numérica codificada de la variable medida. Ejemplos conocidos para las dos técnicas diferentes son por un lado el velocímetro (tacómetro) y por otro lado el medidor de distancias (cuenta kilómetros) del automóvil. Para la detección de la variable a medir se requieren sensores adecuados (medidores de la variable a medir, transmisores), los que transforman la variable a medir en una señal eléctrica análoga o digital. El traspaso de una a otra estructura de señal es posible gracias a los transformadores de señal: según la dirección Transformador Análogo-Digital (TAD) o bien,

2 2 Instrumentación Industrial. Guía 3 Transformador Digital-Análogo (TDA). Los medidores de recorrido y de ángulo son apropiados para la medición de distancias, largo, posición y valores de ángulo de giro. Las variantes análogas se construyen principalmente como transmisores de resistencia pasivos con potenciómetro (p. ej. en ejecución de carrera plana o ejecución en espiral) o con banda extensiométrica como asimismo como transmisores inductivos. La Figura 1 muestra soluciones prácticas. Figura 1. Sistema de medición de recorrido por armadura de inmersión en olehidráulica. Entre los transformadores de recorrido y ángulo digitales se cuentan los medidores incrementales, que también pueden estar provistos de transmisores de resistencia o transmisores inductivos, pero que igualmente poseen transmisores electrodinámicos o electroópticos. La Figura 2 ilustra en base a diferentes modelos para medidores de recorrido, las diferencias entre la acción análoga constante y la acción incremental discontinua. Una reticulación del medidor de recorrido genera, a partir de la variable medida originalmente análoga, una señal discontinua (discreta). De cada elemento del retículo, es decir, de cada cuanto de recorrido s q se deriva un impulso que se lleva a un medidor. El estado Z del medidor determina el recorrido de medición s = Z s q. Los dos pasos, el de la cuantificación y el de la representación numérica, identifican al método incremental como procedimiento digital. La desventaja de esta sencilla técnica de medición incremental de recorrido está a la mano. Puesto que cada valor actual se basa en el anterior, todos los valores posteriores a un error de contabilización serán erróneos. En caso de una interrupción de la corriente incluso se pierde por completo el valor de medición actual. Por otro lado posee la ventaja, como método relativo, de poder fijar fácilmente el punto cero en cualquier lugar. Para reconocer la dirección del movimiento, p. ej. en problemas de posicionado, se requieren en los métodos incrementales dos transmisores desplazados en media división de retículo, cuyas señales son analizadas por un circuito lógico de conmutación, antes de llevarlas a un contador hacia adelante y hacia atrás. No basta para ello detectar las señales estáticas de la pista del retículo y unirlas entre sí, sino que hay los flancos de los cambios de señal (por

3 Instrumentación Industrial. Guía 3 3 ejemplo, transiciones claro-oscuro de los elementos del retículo. Medidor de ángulo de giro a) y b) sistemas análogos con curvas características c) como también d) y e) sistemas digitales con esquema de impulsos f) 1. Divisor de tensión giratorio de alambre fino 2. Disco de leva 3. Disco dentado con sensores de medición pasivos inductivos (izquierda) o activos electrodinámicos (derecha) 4. Disco calado o ranurado con sensores de medición fotoeléctricos α: ángulo de giro. Procedimiento Figura 2 Medidor de revoluciones y de velocidad angular. Figura 3 Montaje del primer circuito 1. Arme el circuito que se muestra en la Figura 3, de la siguiente forma: Conecte las 8 salidas desde QA 1 hasta QD 2 del Contador Incremental con las 8 entradas desde A 1 hasta D 2 del Indicador Digital y la salida A del bloque superior de la lógica analizadora en el Contador Incremental con la entrada que se encuentra al frente del componente AND.

4 4 Instrumentación Industrial. Guía 3 Para que se cumpla la condición AND, conecte la segunda entrada del elemento AND al potencial H (conductor superior). Luego una la salida de la pista 0 del Transmisor Giratorio (QA) con la entrada A del contador. 2. Instale el disco de Código Incremental (parte blanca hacia el frente), para ello desenrosque la tuerca del elemento central del Transmisor Giratorio y retirelo, coloque el disco sobre el elemento, enrosque la tuerca para que quede bien ajustado, gire el disco de tal manera que quede la cifra 0 sobre la línea de lectura. 3. Encienda la fuente de alimentación, en este momento la indicación numérica mostrará probablemente un número cualquiera; ajuste el contador a cero mediante el botón de reset del Contador Incremental. 4. Mueva luego el disco lentamente en dirección de la cifra 1. Qué sucede cuando llega el punto de transición, es decir pasa de 0 a 1 la pista 0 (QA) en los displays? 5. Desconecte la segunda entrada del elemento AND del Contador Incremental que conectó al potencial H y conéctela a la señal de flanco APJ superior y repita los pasos 3 y 4. Qué pasa ahora? 6. Conecte la salida de la pista 1 (QB) del Transmisor Giratorio con la entrada B del Contador Incremental, también coloque los 8 puentes en todas las uniones del bloque superior de la lógica analizadora y las compuertas AND (bloque de cuenta hacia delante) Describa y explique el comportamiento del Indicador Digital al girar el disco. Qué sucede en el caso de transiciones a la pista 0 (QA)? 7. Giré el disco en sentido inverso, Que sucede? 8. Para conseguir un reconocimiento del sentido de giro se debe agregar el bloque inferior de la lógica analizadora, conecte estos ocho puentes faltantes de la lógica analizadora y las compuertas AND (bloque de cuenta hacia atrás), lleve los discos a la

5 Instrumentación Industrial. Guía 3 5 posición 0 y ponga a cero el contador. 9. Gire el disco hasta el número 10 y de vuelta. Anote sus observaciones 10.Gire el disco a la posición 20 y ahí ponga el contador a cero (nuevo origen), y gire el disco hacia delante y hacia atrás. Anote sus observaciones 11. Compruebe y explique al final de esta parte el comportamiento del sistema de medición al exceder el valor de cuenta Apague la fuente de alimentación y retire el Contador Incremental del sistema. PARTE II: MÉTODO ABSOLUTO. 13. Inserte el módulo Decodificador en lugar del Contador Incremental. 14.Reemplace el disco de Código Incremental por el disco de Código Dual y llevelo a la posición cero. 15.Conecte las salidas de las pistas 0 a 3 (QA a QD) del Transmisor Giratorio con las entradas 2 0 a 2 3 del Decodificador como así mismo sus 8 salidas de A 1 hasta D 2 con las 8 entradas correspondientes del Indicador Digital. 16.Encienda la fuente de alimentación el indicador numérico indicará 00. Gire el disco de código en una dirección cualquiera. Explique el comportamiento. 17. Qué pasa en los puntos de transición de 0 hacia 15, de 7 hacia 8 y de 11 hacia 12 con un giro lento?

6 6 Instrumentación Industrial. Guía 3 18.Anote en la Tabla 1 todos los estados intermedios que se presenten, e indique en otras columnas los correspondientes errores absolutos y relativos de los correspondientes estados de medición. Estado 0 a 1 1 a 2 2 a 3 3 a 4 4 a 5 5 a 6 6 a 7 7 a 8 8 a 9 9 a a a a a a a 0 Valor obtenido Error Absoluto Error relativo Tabla 1 Nota: Error absoluto es la diferencia entre el valor deseado y el valor obtenido y el error relativo es la división del error absoluto entre el valor deseado 19.Reemplace el disco de Código Dual por el disco de Código Gray. Repita los pasos 17 y 18, anotando los resultados en la Tabla 2. Explique el resultado en especial lo que respecta a la respuesta de error Estado 0 a 1 1 a 2 2 a 3 3 a 4 4 a 5 5 a 6 6 a 7 7 a 8 8 a 9 9 a a a 12 Valor obtenido Error Absoluto Error relativo

7 Instrumentación Industrial. Guía a a a a 0 Tabla Apague la fuente de alimentación y desconecte el equipo. Análisis de Resultados 1. Del Codificador Incremental analice qué circuitos específicos requiere su implementación y haga una lista del mismo (puede auxiliarse de los diagramas de bloques del equipo de la práctica). 2. Realice el análisis del numeral 1 ahora para el Codificador Dual. 3. Compare de los dos métodos cuál tendría más complejidad para implementarlo para hacer un codificador de posición para el eje de un motor. 4. Qué se necesita cambiar para que el disco de código Gray presente los datos en orden como en el disco de Código Dual? Investigación Complementaria 1. Investigue qué tipo de sensor de posición utiliza el torno de Control Numérico Computarizado presente en el laboratorio de CNC del taller de mecánica de la UDB. 2. Investigue qué tipo de encoder utiliza el robot del almacén del laboratorio icim para la determinación de las coordenadas de posición X, Y y Z. 3. Investigue acerca del método analógico para la determinación de ángulo. Bibliografía Manual Medición de recorrido y de ángulo. IMT 4. SO P LUCAS NÜLLE

8 8 Instrumentación Industrial. Guía 3 Hoja de cotejo: 3 Guía 3: Medición Óptica de Ángulo Alumno: Máquina No: Docente: GL: Fecha: CONOCIMIENTO 25% APLICACIÓN DEL CONOCIMIENTO 70% ACTITUD 2.5% EVALUACION % Nota 2.5% TOTAL 100% Conocimiento deficiente de los fundamentos teóricos Tiene dificultades para: - Experimentar y analizar con el Codificador Incremental - Experimentar y analizar el Codificador Dual - Experimentar y analizar el codificador Gray Es un observador pasivo. Es ordenado; pero no hace un uso adecuado de los recursos Conocimiento y explicación incompleta de los fundamentos teóricos Presenta desarrollo incompleto de: - Experimentar y analizar con el Codificador Incremental - Experimentar y analizar el Codificador Dual - Experimentar y analizar el codificador Gray Participa ocasionalmente o lo hace constantemente pero sin coordinarse con su compañero. Hace un uso adecuado de los recursos, respeta las pautas de seguridad; pero es desordenado. Conocimiento completo y explicación clara de los fundamentos teóricos Realiza correcta y completamente todos los análisis solicitados. Participa propositiva e integralmente en toda la práctica. Hace un manejo responsable y adecuado de los recursos conforme a pautas de seguridad e higiene.