PROGRAMA DE ESTUDIOS INSTRUMENTACIÓN ELECTRONICA Área a la que pertenece: Área de Formación Transversal Horas teóricas: 2 Horas prácticas: 4 Créditos: 8 Clave: F0148 Asignaturas antecedentes y subsecuentes 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. CONTENIDO 1 NTRODUCCIÓN A LA INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA Objetivo El alumno aprenderá los conceptos básicos de los sistemas de particular medición que le servirán para comprender el funcionamiento de los tipos de instrumentos F0148_Instrumentación Electrónica 1/9
1.1. Definición 1.2. La instrumentación en el control de procesos. 1.3. 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 1.10. Figuras de ruido Al termino de la unidad el alumno habrá comprendido los conceptos básicos de instrumentación 2 ADQUISICIÓN DE DATOS Objetivo Aprenderá a clasificar la forma en que se adquieren y clasifican los particular datos a través de los sensores cuando se realiza una medición 2.1 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 identificará los diferentes maneras en que se manifiestan los fenómenos en la naturaleza 3 ELEMENTOS BÁSICOS DE ACCIONAMIENTO INTERMEDIO Objetivo El alumno aprenderá a reconocer diferentes elementos que se particular utilizan como acoplamiento intermedio para lograr la medición apropiada 3.1 Clasificación 3.2 Sistemas potenciométricos 3.3 El potenciómetro como elemento de Al término de la unidad el alumno será capaz de manejar los diferentes sistemas de acoplamiento en las F0148_Instrumentación Electrónica 2/9
circuito 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 mediciones 4 TRANSDUCTORES DE RESISTENCIA VARIABLE Objetivo El alumno conocerá los diversos tipos de transductores y sus particular aplicaciones. 4.1 Termistores NTC y PTC 4.1.1 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 Al término de la unidad el alumno será capaz de realizar un circuito que sirva como detector en le que use los transductores y galgas F0148_Instrumentación Electrónica 3/9
5 TRANSDUCTORES GENERADORES DE SEÑAL Objetivo El alumno utilizará los transductores de señales, para la realización particular de diversas medidas 5.1 Termopares 5.1.1 Medida con termopares 5.1.2 Métodos de medida y compensación 5.2 Transductores de efecto piezoeléctrico 5.2.1 Efecto piezoeléctrico 5.2.2 Circuito equivalente de un transductor piezoeléctrico 5.2.3 Medidas dinámicas con transductores piezoeléctricos 5.2.4 Aplicaciones de los transductores piezoeléctricos 5.3 Emisores y receptores de ultrasonidos de tipo piezoeléctrico 5.3.1 Utilización de ultrasonidos en la medida de distancia 5.4 Transductores electromecánicos 5.4.1 Dinamos tacométricas 5.4.2 Alternadores tacométricos 5.4.3 Tacómetros electromagnéticos de rotor dentado 5.4.4 Circuitos de medida 5.5 Transductores de efecto may 5.5.1 Sondas de efecto may 5.5.2 Medida de parámetros eléctricos basados en transductores de efecto may 5.5.3 Componentes y sistemas comerciales basados en el efecto may 5.6 Transductores electroquímicos de membrana 5.6.1 Ley de Nerst 5.6.2 Potencial de electrodo 5.6.3 Medida de concentraciones basadas en sistemas de Al termino de la unidad el alumno será capaz de diseñar un dispositivo detector de señales F0148_Instrumentación Electrónica 4/9
membrana 5.6.4 Medida de ph 5.6.5 Electrodos para la captación de datos biológicos 5.6.6 Condiciones de uso de transductores de membrana 6 TRANSDUCTORES ELECTRÓNICOS ACTIVOS Objetivo El alumno conocerá el funcionamiento de los transductores particular electrolíticos y sus aplicaciones 6.1 Fotodiodos y fototransistores 6.1.1 Características estáticas y dinámicas 6.1.2 Sistemas basados en el uso de fotodiodos 6.2 Dispositivos de acoplamiento de carga (CCDs) 6.2.1 Aplicación de los CCDs en la captación de imagen 6.2.2 Los CCDs como registro de desplazamiento analógico 6.3 Tubos fotomultiplicadores (PMTs) 6.3.1 El efecto fotoeléctrico y la multiplicación de los electrones 6.4 Dispositivos MOS sensibles a concentraciones de sustancias 6.5 Selección de transductores Al término de la unidad el alumno comprenderá el funcionamiento de los foto conductores como dispositivos de acoplamiento de señales electrónicas. 7 CONVERSIÓN DE MAGNITUDES Y NORMALIZACIÓN Objetivo El alumno aplicará los conceptos de conversión para los particular parámetros de: Voltaje, Corriente y Frecuencia 7.1 Transmisión de señales de instrumentación Al término de la unidad el alumno comprenderá los conceptos de, F0148_Instrumentación Electrónica 5/9
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 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 magnitudes, tales como tensión corriente, frecuencia y la conversión entre ellas 8 TELEMEDIDA Objetivo El alumno aplicara los conocimientos obtenidos en la transmisión particular de señales a través de las bandas bases por medio de fibra óptica. 8.1 Transmisión de señales de instrumentación 8.2 Envío de señales en banda base y 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 Al termino de la unidad el alumno podrá utilizar los conocimientos de telemedida para transmitir y recibir señales electrónicas a través de fibras metálicas y ópticas Objetivo particular 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. F0148_Instrumentación Electrónica 6/9
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 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 Al termino de la unidad el alumno podrá interconectar equipos de procesamiento de datos a través de diferentes medios Unidad No. 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. 10.1 Buses normalizados. Generalidades 10.2 El interface IEEE 488 (GPIB/HPIB) 10.2.1 Descripción del interface 10.2.2 Equipos y sistemas GPIB 10.2.3 Programación automática de ensayo 10.3 Sistemas de instrumentación desde computador 10.4 El LabView 10.4.1 Descripción general del software 10.4.2 Conexión de equipos a un sistema de instrumentación 10.4.3 Diseño de sistemas de Al termino de la unidad el alumno sabrá como acoplar las diferentes interfaces para procesar los datos experimentales F0148_Instrumentación Electrónica 7/9
supervisión, instrumentación y control Sugerencias didácticas En cada unidad se sugiere que el profesor: Organice vistas a los diferentes laboratorios para conocer los diferentes equipos existente en ellos, con el fin de que el alumno tenga una idea clara de dichos conceptos Monte experimentos de acuerdo a los temas estudiados Estrategias de evaluación del aprendizaje Se sugiere se tomen en cuenta los siguientes puntos para evaluar el logro del objetivo de esta asignatura. El profesor podrá designar un porcentaje a cada uno de estos. - Tareas - Examen escrito - Exposiciones orales - Trabajo en equipo - Bibliografía Básica. 1 Coughlin, R.F. y Driscoll, F.F. "Operational Amplifiers and Linear Integrated Circuits" Prentice Hall International 1982 2 Creus, A. "Instrumentación industrial" Marcombo 1989 3 Dushin, E. Basic Metrology and Electrical Measurement, MIR1980 4 EDITEC "Adquisición de datos", REDE 1989 5 Ferrreo, J.M. "Instrumentación electrónica. Captadores de señal, ETSII de Madrid 1981 6 Garret. P.H."Advanced Instrumentation and Computer I/O Design", IEEE Press 1994 7 Gregory, B.A. "Instrumentación eléctrica y sistemas de medida", Gustavo Gili 1984 8 Helfrick, A.D. y Cooper, W.D., "Modern Electronics Instrumentation and F0148_Instrumentación Electrónica 8/9
Measurement Techniques", Prentice Hall International 1990 9 Johnson, C. "Process Control Instrumentation Technology, Prentice Hall International1993 Complementaria. 1 Khazan, A.D. Transducers and Their Elements", Prentice hall International 1994 2 Lang, T.Y. "Computerized Instrumentation", John Wiley & Sons 3 Lázaro, A.M. "Problemas resueltos de instrumentación y medidas eléctricas", Paraninfo 1994 4 Malik, N.R. "Circuitos electrónicos", Prentice Hall International 1996 5 Middelhoek, S. y Audet, S.A., "Silicon Sensors", Academic Press 1989 6 Miller, G.M. "Modern Electronics Communication", Prentice Hall Intenational 1993. F0148_Instrumentación Electrónica 9/9