Unidad de Aprendizaje
"Instrumentación"
16-17/02 Enero - Junio 2017
ESCOM IPN - ISC Plan 2009
16-17/02 Enero - Junio 2017
ESCOM IPN - ISC Plan 2009
El uso de transductores y sensores es inevitable cuando hablamos de instrumentación electrónica; estos son los elementos base de todo sistema de medición de variables físicas (luz, velocidad, temperatura, etc.). En está primer práctica trataremos analizaremos el funcionamiento de elementos simples como la fotoresistencia, fototransistor, termistor y un sensor lineal de temperatura.
El acondicionamiento de una señal consiste en la manipulación electrónica de dicha señal, con los dispositivos adecuados, para obtener rangos de voltajes o corrientes adecuados a las características del diseño. La flexibilidad en el diseño de los acondicionadores de señal para sensores resistivos, junto con la abundancia de mecanismos y variables que pueden modificar la resistencia eléctrica de un material, hacen que los sensores resistivos sean el grupo de sensores más numeroso.
En esta práctica utilizaremos el módulo de conversión analógico digital del PIC18F2550 y enviaremos de este a la PC por medio del bus USB, los valores de conversión de dos señales introducidas en dos de sus canales analógicos de entrada. La aplicación de la PC nos mostrará de manera gráfica las señales analógicas muestreadas.
Construir una aplicación virtual bajo Visual C# .NET que muestre de manera gráfica la medición de cuatro variables físicas, la aplicación virtual deberá de ser capaz de realizar un almacenamiento de la información en una base de datos y permitirá exportar ciertas mediciones según indique el usuario a una aplicación de hoja de cálculo.
El objetivo del curso de instrumentación persigue lograr construir un proyecto final hardware-software, capaz de realizar diversas mediciones de variables físicas de manera virtual, i.e. un instrumento de medición virtual. Para poder realizar un instrumento de medición virtual requerimos básicamente de una etapa de sensado, una etapa de acoplamiento, una etapa de conversión de los datos a un formato digital, una etapa de comunicación con un equipo de cómputo y finalmente una interfaz de usuario.
Presentación de la Unidad de Aprendizaje (Introducción, unidades tematicas, formato de las evaluaciónes, tareas, practicas y acuerdos)
La instrumentación comprende todas las técnicas, equipos y metodologías relacionadas con el diseño, la construcción y la aplicación de dispositivos físicos para mejorar, completar y aumentar la eficiencia de los mecanismos de percepción del ser humano. La instrumentación electrónica es la técnica que se ocupa de la medición de cualquier tipo de magnitud física, de la conversión misma a magnitudes eléctricas y de su tratamiento para proporcionar la información adecuada a un sistema de control, a un operador o ambos.
Un sistema de medida es aquel equipo cuya finalidad es obtener información acerca de un proceso físico y presentar dicha información de forma adecuada a un observador o a otro sistema técnico de control. En un sistema de medida se pueden distinguir tres funciones principales: adquisición de datos, procesamiento de datos y distribución de los datos.
El error de medición se define como la diferencia entre el valor medido y el valor verdadero. Afectan a cualquier instrumento de medición y pueden deberse a distintas causas. Ninguna medición se puede realizar con una exactitud perfecta, pero es importante descubrir cuál es la exactitud real y como se generan los diferentes tipos de errores en las mediciones. El análisis estadístico de datos de mediciones es una práctica común ya que permite obtener una determinación analítica de la incertidumbre del resultado final.
Las características de un instrumento de medida pueden ser de tipo estáticas y dinámicas, estas deben ser consideradas a la hora de su empleo para poder realizar un adecuado uso de los instrumentos de medición, así como deben ser concideradas a la hora de construir sistemas de medida.
Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas un sensor diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto con la variable de instrumentación con lo que puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. El número de sensores disponibles para distintas magnitudes físicas es tan elevado que existen diversas clasificaciones según los autores de estos. Los sensores los podemos clasificar de acuerdo a: su aporte de energía, su modo de funcionamiento, su relación de entrada salida, su señal de salida, su magnitud medida y su parámetro variable.
El acondicionamiento consiste en la manipulación electrónica de la señal proveniente directamente del sensor, a través de circuitos acondicionadores, para obtener rangos de voltajes o corrientes adecuados a las características del diseño. El acondicionamiento resulta conveniente al momento de realizar instrumentación ya que al tener una señal de la variable a medir con rangos de voltaje más amplios, se puede obtener mayor resolución en la medición, además de presentar mayor inmunidad al ruido en el ambiente de la medición.
Un convertidor digital analógico DAC es un dispositivo capaz de generar un voltaje o corriente a su salida, proporcional a un valor digital dado.
Un convertidor analógico-digital (ADC Analog-to-Digital Converter) es un dispositivo electrónico capaz de convertir una entrada analógica de voltaje en un valor binario. Se utiliza ampliamente para lograr recibir señales del mundo real de manera digital. La señal analógica, que varía de forma continua en el tiempo, se conecta a la entrada del dispositivo y se somete a un muestreo a una velocidad fija, obteniéndose así una señal digital a la salida.
Transmisión de datos es la transferencia física de datos (un flujo digital de bits) por un canal de comunicación punto a punto o punto a multipunto.
Un instrumento virtual es aquel que reemplaza elementos de hardware con un software capaz de realizar las tres funciones básicas de un instrumento convencional: adquisición, análisis y presentación de datos. Un instrumento virtual permite personalizar el instrumento y agregarle mucha más funcionalidad como conectividad del instrumento (LAN, WAN, Internet), almacenamiento de datos (Reportes, Base de datos), algoritmos de corrección de errores, algoritmos de muestreo y telemetría.