LABORATORIO DE INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA PRÁCTICA N 9

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1 ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL Campus Politécnico "J. Rubén Orellana R." FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA Carrera de Ingeniería Electrónica y Control Carrera de Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones Carrera de Ingeniería Electrónica y Redes de Información Carrera de Ingeniería Eléctrica LABORATORIO DE INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA 1. TEMA PRÁCTICA N 9 SENSORES DE PRESIÓN Y PESO 2. OBJETIVOS 2.1 Analizar y familiarizarse con los sensores de presión, su manejo, precauciones y características. 2.2 Analizar los principios de operación de los sensores de peso mediante el uso de una celda de carga 3. INFORMACIÓN SENSORES DE PRESIÓN Para medir presión se usan distintos métodos: mecánicos, neumáticos, electromecánicos y electrónicos. Los elementos mecánicos usan el principio de medir la presión comparándola con la ejercida por un líquido de densidad y altura conocidas o usando elementos primarios elásticos que se deforman por la presión interna del fluido que contienen. Los elementos electromecánicos de presión utilizan un elemento mecánico elástico combinado con un transductor eléctrico que genera la señal correspondiente. El elemento mecánico consiste en un tubo Bourdon, espira, hélice o una combinación de los mismos

2 que a través de un sistema de placas convierte la presión en una fuerza o desplazamiento mecánico. Figura 1. Sensor de Presión Un tipo de transductor de presión electromecánico es el resistivo que utiliza la variación del valor de una resistencia cuando sobre ella se ejerce alguna presión, de tal forma que haga que sus características físicas se modifiquen. Para el efecto se utilizan galgas extensiométricas, cuya característica justamente es la de variar su longitud cuando sobre ellas se ejerce una fuerza y como resultado de esa variación de longitud se obtiene una variación de resistencia. Las galgas se pueden conectar a los cuatro brazos de un puente de resistencias o a solo dos de ellos, dejando a los otros dos como resistencias fijas. El puente de resistencias variable se coloca sobre un diafragma, el mismo que se deforma por efecto de la presión, esta deformación se traduce en una variación en el valor de las resistencias de las galgas. La señal de voltaje diferencial de salida generado por el puente es proporcional a la fuente de polarización y a la cantidad de presión aplicada que genera una variación de resistencia. SENSORES DE PESO Figura 2. Sensores de Peso

3 Una celda de carga es un transductor que convierte el peso de un objeto colocado sobre esta en una señal eléctrica. Esta conversión se alcanza por la deformación física de galgas extensiométricas. El peso aplicado a la celda de carga ya sea por compresión o por tensión produce una deflexión en la viga lo cual introduce tensión a las galgas. La deformación producirá un cambio en la resistencia eléctrica proporcional a la carga. Existe un amplio rango de configuraciones de celdas de carga, existen dos grandes categorías como son: Celda de carga de inflexión (Dending Beam) Celda de carga por presión lateral (Shear Beam) Existen ciertos requerimientos para un correcto funcionamiento de las celdas: Se debe evitar fuerzas laterales, de torsión o de curvatura. El peso debe ser aplicado en la dirección de la carga de la celda. La nivelación en la superficie de operación es un aspecto importante para la presión del sistema. Esto incluye nivelación horizontal, colocación vertical del peso, y una distribución uniforme de la carga si se está usando un grupo de celdas. El peso no debe estar colocado en un marco soporte para evitar derivaciones de fuerza No hay que sobrecargar la celda durante el proceso de montaje. Aun sobrecargas transitorias pueden dañar al elemento. Se debe proteger a la celda de carga en contra de fuentes de calor radiante. 4. TRABAJO PREPARATORIO 4.1 Cuál es la diferencia de los siguientes términos: PSIG, PSIA y PSID? 4.2 Consultar las características de los siguientes sensores de presión: a. T Cole-Parmer b. HD20V4T 10BG 4.3 Consultar las características principales y forma de conexión de una celda de carga 4.4 Diseñar un circuito acondicionador e indicador de dos displays de 7 segmentos o LCD que muestren el valor de la presión para el transmisor de presión HD20V4T 10BG, para que mida hasta 99 psi. Este transmisor entrega un voltaje de 0V a 0 PSI, y un voltaje de 3.40V a 99 PSI. Realizar un diagrama de bloques del sistema y simular el circuito diceñado 4.5 Diseñar un circuito acondicionador e indicador de dos displays de 7 segmentos o LCD que muestren el valor de la presión para un transmisor de presión de las siguientes características: entrega 0.45V a 0PSI y 5.45V a 99PSI. El indicador debe

4 mostrar el dato de la presión de 0 a 99psi. Realizar un diagrama de bloques del sistema y simular el circuito diceñado 4.6 Armar el circuito del literal a su elección para ser probado en el laboratorio. 4.7 Consultar las características de los siguientes sensores de peso (OMEGA): a. Serie LCK b. Serie LCCA c. Serie LCDA d. Serie LCL 4.8 Diseñar y presentar un diagrama de bloques de un circuito transmisor de voltaje para la celda de carga disponible en el laboratorio. De tal manera que se pueda visualizar en dos displays de 7 segmentos, en los cuales, se muestre una variación de 0 a 99% de peso aplicado en la celda. a) El voltaje de salida de la celda sin carga es de 8mV y alcanza un voltaje de salida máximo 60mV (Voltaje de alimentación 10V). b) El voltaje de salida de la celda sin carga es de 36mV y alcanza un voltaje de salida máximo 100mV (Voltaje de alimentación 10V). 4.8 Cada grupo deberá traer armado un circuito de acondicionamiento para la celda de carga a su elección. 5. EQUIPO Y MATERIALES Fuente DC Osciloscopio Multímetro Digital Sensor T Cole-Parmer Sensor HD20V4T 10BG Celdas de carga Compresor Balanza electrónica 6. PROCEDIMIENTO 6.1 En la práctica se probarán los circuitos diseñados y se tomaran valores del acondicionador de señal; para el sensor de presión se lo hará cada 10 PSI y para el sensor de peso de manera discreta. 7. INFORME 7.1 Presentación de los circuitos implementados con valores. 7.2 Recopilación de los resultados obtenidos en la práctica

5 7.3 Análisis de resultados y cálculo de errores. 7.4 Consultar dos tipos de sensores de presión diferencial y dos tipos de sensores de presión absoluta. Indicar características: cómo funcionan, salidas, aplicaciones, rangos de medida y costos. Incluir la fotografía de cada sensor. 7.5 Consultar tres tipos de balanzas comerciales. Indicar cómo funcionan, características, marca, salidas, aplicaciones, rangos de temperatura y costos. 7.6 Conclusiones y Recomendaciones 7.7 Bibliografía 8. REFERENCIAS [1] Creus A. Instrumentación Industrial. Marcombo S.A., Barcelona - España, 2010 [2] Responsable: Ing. Luis Morales, MSc