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DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGIA Y MECANICA

DECEM

LABORATORIO DE AUTOMATIZACIÓN Y MECATRÓNICA

GUIAS DE PRÁCTICAS

DE

INSTRUMENTACION INDUSTRIAL MECANICA

ENERO 2015

INDICE

Guía A Simulación del funcionamiento de un sensor en base a su característica estática mediante una tabla Lookup de Simulink.

1

Guía A1 Determinación de la posición de las galgas extensiométricas en una barra de torsión. 5

Guía B Característica estática de un sensor de fuerza acondicionado con un circuito de cuarto de puente y medio puente.

12

Guía B1 Medición de la línea característica del caudal de una válvula reguladora 16Guía C Característica estática de un sensor analógico de presión 20Guía C1 Operación de la barra de torsión 24 Guía C2 Característica estática de un sensor analógico de presión. 27 Guía D Característica estática de un sensor potenciométrico lineal. 30

Guía E Característica estática de una celda de carga con sensor inductivo como detector de desplazamiento.

34

Guía F Característica estática y operación de un sensor ultrasónico. 39 Guía F1 Caudalímetro tipo turbina. 47 Guía G Operación del sensor óptico analógico difuso (de reflexión directa). 51Guía H Operación del sensor analógico inductivo. 56 Guía I Métodos para la medición de nivel en líquidos. 62 Guía J Formas de medición de la velocidad angular. 69 Guía J1 Característica estática de un sensor FSR 402. 75Guía JM Formas de medición de la velocidad angular. 78 Guía K Comportamiento de sensores resistivos de temperatura 84 Guía K1 Característica estática del sensor ultrasónico SR04 y EZ4 92

Guía L Simulación de un sensor mediante su función de transferencia y análisis dinámico del mismo

96

Guía L1 Medición de velocidad angular con SR04, NTE3100 y SHARP 2YOA21 102 Guía M Simulación de la respuesta dinámica de un sensor mediante el uso de Working Model. 106 Guía M1 Detección de espectro de vibración con dispositivos piezoeléctricos 109Guía N Determinación de la posición de las galgas extensiométricas en una celda de carga. 115 Guía O Simulación del funcionamiento de un sensor en Solidworks y FloWorks 120 Guía P Calibración de un sensor de Fuerza Industrial 124 Guía Q Medición de la fuerza de un cilindro neumático 128Guía R Histéresis en la detección en interruptores de ópticos de reflexión directa 133Guía S Medición de temperatura en un recinto cerrado 137 Guía T Característica estática de un higrómetro capacitivo 142 Guía TMCT2 Característica estática de un higrómetro capacitivo 145Guía TMEC Característica estática de un higrómetro capacitivo 148

Guía V Modelación y simulación del funcionamiento y mecanismos indicador de un tubo de Bourdon C.

152

Guía W Histéresis de detección en interruptores capacitivos y ultrasónicos. 155 Guía W1 Histéresis de detección en interruptores neumáticos y capacitivos 161Guía X Característica estática de un tacómetro óptico con optoacoplador 167 Guía XM Característica estática de un tacómetro óptico con optoacoplador 170 Guía Y Medición de velocidad 174 Guía Z Zonas de operación de interruptores magnéticos 178

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGIA Y MECANICA Laboratorio de Instrumentación Industrial Mecánica

Laboratorio de Instrumentación Mecatrónica 1

Elaborado: Luis Echeverría Y. Pág. 1 of 4

1. Tema: Simulación del funcionamiento de un sensor en base a su característica estática mediante una tabla Lookup de Simulink.

2. Objetivos:

a. Simular el funcionamiento estático de un sensor, partiendo de su relación salida ‐

entrada. b. Manipular una herramienta para la simulación de un sensor en base a su

característica estática.

3. Teoría. La relación entrada – salida, O(I), en un sensor puede expresarse en términos de:

a. Tabla de valores b. Función algébrica. c. Relación grafica.

En cualquiera de los tres casos a esta relación se la conoce como característica estática. La misma que puede ser determinada teórica o experimentalmente. La característica estática es propia de cada sensor y proviene del funcionamiento intrínseco del mismo como sistema. Las características estáticas pueden presentar linealidad, no linealidad e incluso con histéresis.

Característica Estática Gráfica de un PTC

0.00

2.00

4.00

6.00

8.00

10.00

12.00

14.00

0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220

Resistencia

x 10000

Temperatura C

PAG. 1




I (C) 0 10 20 30 40 50 60 70 80

O() 5000,00 6477,32 8244,17 10327,24 12751,75 15541,20 18717,13 22298,99 26304,05

I (C) 90 100 110 120 130 140 150 160 170

O() 30747,34 35641,65 40997,58 46823,57 53125,98 59909,21 67175,79 74926,50 83160,51

I (C) 180 190 200 210

O() 91875,48 101067,72 110732,28 120863,10

Característica Estática Numérica de un PTC

5000 ∗ ∗

Característica Estática algébrica de un PTC

4. Trabajo preparatorio. a. Consulte la forma como se ingresa la característica estática de un sensor por

medio de una tabla LOOKUP en SIMULINK, la forma de ingresar datos estáticos y dinámicos y como obtenemos los resultados, ayúdese de los enlaces indicados en la página WEB de la asignatura (link Archivos)

b. Consulte las características estáticas de TRES SENSORES. Obtenga las tablas de valores o la ecuación para ingresarlas en la tabla LOOKUP y simular su operación.

5. Equipo necesario.

a. Computador, b. Matlab con SIMULINK. c. Características estáticas de tres sensores

6. Procedimiento.

a. Ingrese los valores de las características estáticas, conecte una fuente y una salida. b. Ingrese tres valores de entrada en el rango de operación de cada sensor y

obtenga sus resultados. Llene la hojas de resultados c. Ingrese una señal sinusoidal cuya amplitud se encuentre en el rango de entrada de

los sensores y obtenga los resultados gráficos. Llene la hoja de resultados

7. Informe de laboratorio. Presente los resultados y el informe de acuerdo a lo indicado en la página WEB de la Asignatura.

PAG. 2




HOJA DE RESULTADOS

GUIA A GRUPO No:

Integrantes:

Característica estática primer sensor

Valor de entrada (I)

Valor de salida (O)

Característica estática segundo sensor


Valor de salida (O)

Característica estática tercer sensor


Valor de salida (O)

Primer sensor

Señal sinusoidal de entrada Señal de salida

Revisado: ___________________________

PAG. 3




HOJA DE RESULTADOS

GUIA A GRUPO No:

Integrantes:

Segundo sensor


Tercer sensor


Revisado: ___________________________

PAG. 4




1. Tema: Determinación de la posición de las galgas extensiométricas en una barra de torsión. 2. Objetivos:

a. Simular el comportamiento estático de una barra de torsión, mediante el uso de un

paquete CAD/CAM/CAE.

3. Teoría. Deformación de un miembro circular sometido a torsión. Considerar la rotación relativa de dos secciones circulares maciza adyacentes de radio c de un elemento de longitud L, tal como lo muestra la Fig. 1.

De la geometría de la Fig. 1 se obtiene la siguiente relación

La expresión anterior, debido a la hipótesis de la geometría de deformación, es válida para cualquier valor de r tal que r <= c. Además, de la geometría de deformación presentada en la Fig. 1, se tiene que un plano paralelo al eje longitudinal x rota en forma relativa en un ángulo γ debido al ángulo ∆ф. Por lo tanto, si el plano tenía forma de rectángulo, luego de la rotación relativa ∆ф de la sección transversal tiene forma de rombo. Si la expresión de la Ec. (1) se discretiza, para pequeños valores de la deformación γ se cumple

Donde ∆ф y γ están expresados en radianes. De la Ec. (2) se puede concluir lo siguiente:

La deformación de corte γ es proporcional al ángulo ∆ф.

PAG. 5




La deformación de corte γ es proporcional a la distancia r medida desde el eje del elemento circular hasta el punto en consideración.

La deformación de corte γ varía linealmente con la distancia medida desde el eje del elemento circular.

La deformación de corte γ máxima se da en la superficie del elemento (r = c).

Tensiones debido a la Torsión en el Rango Elástico. Considerar la ley de Hooke para la tensión de corte τ.

donde G es el módulo de rigidez o módulo de corte del material. Utilizando las Ecs. (3) y (4), se obtiene

lo que indica que la tensión de corte τ varía linealmente con la distancia r medida desde el eje longitudinal del elemento circular. Para el caso de una sección anular, se cumple la siguiente relación (Fig. 2)

Momento de Torsión Interno: Mt

PAG. 6




Considerar las tensiones que actúan en la sección transversal mostrada en la Fig. 3. Por equilibrio, se deben cumplir las siguientes relaciones

donde J es el momento polar de inercia con respecto a O (Fig. 2a). Utilizando Ecs. (5) y (7f), se obtiene Las Ecs. (7) y (8) se conocen como las fórmulas de la torsión elástica. Suponer que la sección circular transversal está compuesta por dos materiales diferentes. Se asume que en la interacción de ambos materiales existe una compatibilidad de deformación por corte γ.

PAG. 7




Para el estudio de la torsión en miembro de sección transversal circular, tres conceptos básicos de la mecánica de sólidos fueron aplicados, que pueden resumirse de la siguiente manera:

Las ecuaciones de equilibrio se usan para determinar los pares de torsión resistentes internos en una sección.

La geometría de deformación se postula de manera que las deformaciones varían linealmente desde el eje del miembro.

Las leyes constitutivas del material se usan para relacionar las deformaciones unitarias cortantes con las tensiones de corte.

Considerar un elemento circular sometido a un momento de torsión Mt = M, tal como muestra la Fig. 5. Si se aísla un elemento infinitesimal del sólido sometido a torsión (Fig. 5a), existe una tensión tangencial τ x (actúa en el plano definido por x) que genera el momento de torsión resultante en la sección. Como se ha visto anteriormente, existe una tensión tangencial numéricamente igual a τ x que actúa en un plano perpendicular (plano definido por y). Por equilibrio de fuerzas, existen tensiones tangenciales que actúan en los planos definidos por –x y –y del elemento infinitesimal (Fig. 5a). El estado de tensiones estudiado es de corte puro. Sin embargo, las tensiones principales actúan en planos orientados a 45º con respecto al eje del elemento circular (Fig. 5b). Estas tensiones son iguales en valor absoluto pero de signo contrario entre sí, e iguales en valor absoluto a las tensiones tangenciales (estado de corte puro). Observaciones:

Cuando el análisis se limita al estudio de elementos diferenciales orientados de tal forma que sus superficies son paralelas o perpendiculares al eje longitudinal del elemento, en estas superficies se desarrolla un estado de tensiones de corte puro.

Si el elemento diferencial se rota en 45º, se encuentra un estado de tensiones que corresponden a tensiones de tracción y compresión en las superficies del elemento diferencial rotado.

PAG. 8




Los materiales dúctiles generalmente fallan a corte. Fallan en un plano perpendicular al eje longitudinal del elemento por efecto de la torsión.

Los materiales frágiles presentan una menor capacidad a tracción que la corte. Por lo tanto, fallan en planos perpendiculares a la dirección de máxima tensión de tracción.

Angulo de Torsión en Miembros Circulares El ángulo de torsión en elementos sometidos a torsión tiene interés en su determinación para estudiar efectos tales como:

Control de deformaciones

Análisis de vibraciones torsionales

Estudio de problemas indeterminados de torsión. Considerar el elemento diferencial de la Fig. 6 que pertenece a un elemento circular macizo sometido a una torsión Mt

Asumiendo que el material tiene un comportamiento elástico lineal y que las deformaciones son pequeñas, se obtiene las siguientes relaciones geométricas Utilizando las Ecs. (4) y (8), se obtiene la relación siguiente

Utilizando las Ecs. (4) y (8), se obtiene la relación siguiente

PAG. 9




La expresión anterior permite determinar el ángulo relativo de torsión de dos secciones adyacentes separadas por una distancia infinitesimal dx. Por lo tanto,

donde фB y фA son las rotaciones angulares de las secciones B y A respectivamente. En general puede ser que torsión Mt, G y J sean función de la variable x. 4. Trabajo preparatorio.

Modele en Solidworks y CosmosWorks una barra de torsión de 30 cm de largo y 2 cm de radio empotrada o sujeta firmemente por uno de sus extremos mientras que por el otro se aplica un torque. Determine los accesorios que sean necesarios y dibújelos, para que se pueda transferir el torque aplicado a la barra. La barra es de aluminio solido.


a. Computador, b. SolidWorks con CosmosWorks. c. Barra de torsión dibujada.

6. Procedimiento.

a. Cargue los archivos de los dibujos a SolidWorks. b. Aplique la carga sobre la barra, si es necesario dibujar algún accesorio para aplicar la

misma, dibújelo. c. Genere y guarde el informe generado por el software. d. Anote en las hojas de resultados la posición de las galgas en la barra. e. Varié el área transversal de la barra de circular a polinómica (8 lados). Repita los pasos

anteriores 7. Informe de laboratorio.

Presente el informe con los elementos que en este documento deben estar, añada como anexo al informe las hojas de datos escaneadas y correctamente revisadas, y compruebe teóricamente los resultados obtenidos en la hoja de datos, hallando las ecuaciones de las respuestas. Para el informe: ¿Qué sucede con la barra de torsión si pasa de cilíndrica a prismática. Comente en función de los resultados obtenidos? Valide los resultados de la simulación calculando valores y posiciones para la ubicación de galgas.

PAG. 10




HOJA DE RESULTADOS

GUIA A1 GRUPO No:

Integrantes:

Barra de torsión: Posiciones para las galgas

X: Y: Z:

X: Y: Z:

X: Y: Z:

X: Y: Z:

X: Y: Z:

Revisado: ___________________________

PAG. 11




1. Tema: Característica estática de un sensor de fuerza acondicionado con un circuito de cuarto de puente y medio puente.

2. Objetivos:

a. Aprender el comportamiento de un sensor de fuerza utilizando un circuito de evaluación de cuarto de puente.

b. Calibración y puesta a punto del sistema. c. Característica estática.

3. Teoría. Una fuerza desconocida puede ser medida mediante varios

procedimientos: a. Balanceando la fuerza desconocida contra la ejercida por una masa

(peso) mediante un sistema de balanza. b. Midiendo la aceleración que provoca en una masa conocida. c. Distribuyendo la fuerza en un área conocida y midiendo la presión que

esta ejerce. d. Compensándola contra una fuerza provocada por un campo magnético

generado por una bobina. e. Convirtiendo la fuerza en deformación sobre un elemento elástico.

El último método es frecuentemente utilizado a través de un sensor primario conocido como celda de carga y ayudado de una galga extensiométrica. Las galgas extensiométricas utilizan un alambre doblado, el mismo que se estira como producto de la deformación aplicada al elemento elástico. Este estiramiento produce un cambio de su resistencia eléctrica. La ecuación de la galga extensiométrica es:

∆

Donde k es la constante de galga y es la deformación longitudinal y es igual a L/Lo. Para que la variación de resistencia de la galga extensiométrica se transforme en variación de

voltaje se utiliza un puente de resistencias en el cual la galga se encuentra en uno o dos brazos. Normalmente el voltaje obtenido del puente suele ser amplificado mediante un circuito amplificado electrónico. Una de las celdas de carga más utilizada es la de viga en voladizo

Fig. No.1

Fig. No.2

PAG. 12




Si se conocen las dimensiones de la viga, el modulo de elasticidad, el material de la viga, la constante de galga y la constante del amplificador es posible hallar la relación fuerza aplicada constar voltaje de salida. Sin embargo es más fácil caracterizar a la celda utilizando pesos conocidos. Dada la relación lineal entre el peso y la salida de tensión, los valores obtenidos pueden unirse mediante una línea recta. 4. Trabajo preparatorio. Para la celda de carga que vamos a utilizar en la práctica, determine

teóricamente la relación entre el peso aplicado F y el voltaje del puente Eo. Utilice como material de la viga aluminio y la ecuación de la galga indicada anteriormente. Pida que se le permita realizar en el laboratorio las mediciones que sean necesarias, para hallar la ecuación respectiva.


a. Celda de carga de lámina en voladizo. b. Puente de medición con amplificación c. Multímetro o sistema de adquisición de datos. d. Juego de pesas. e. Fuente de alimentación. f. Cables.

6. Procedimiento.

a. Ensamble el circuito de cuarto de puente indicado en la siguiente figura:

Fig. No.3

PAG. 13




b. Enceramos la señal de salida por medio de la perilla de offset c. Cargamos la celda de carga utilizando las pesas y el portapesas indicado. Colocamos

las pesas una a una y anotamos la tensión de salida, en la Tabla No.1, de la hoja de resultados.

d. Aplicar la masa desconocida al puente, mediar la tensión de salida e. Ensamblamos el circuito de medio puente indicado en la siguiente figura.

f. Repetimos los pasos b, c y d. Usamos para los resultados la Tabla No.2 7. Informe de laboratorio. En el informe de laboratorio hay que incluir, además a los puntos

comunes del informe, los valores tomados del experimento, las curvas características gráficas y la determinación del valor de la masa desconocida. ¿Existe alguna diferencia en la determinación de la masa utilizando cuarto de puente y medio puente?

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HOJA DE RESULTADOS

GUIA B GRUPO No:

Integrantes:

Tabla No.1

Masa (gr.) 0 50 70 90 110 130 150 170 190

Voltaje (mV)

Masa (gr.) 210 260 310 360 410 460

Voltaje (mV)

Voltaje masa desconocida (mV.)

Tabla No.2

Masa (gr.) 0 50 70 90 110 130 150 170 190

Voltaje (mV)

Masa (gr.) 210 260 310 360 410 460

Voltaje (mV)


Revisado: ___________________________

PAG. 15




1. Tema: Medición de la línea característica del caudal de una válvula reguladora. 2. Objetivos:

a. Conocer la construcción y funcionamiento de los sensores de caudal. b. Conocer la forma de obtención de la línea característica de una válvula reguladora.

3. Teoría. Si en una línea de fabricación que utiliza aire comprimido para operación de sensores, actuadores u otro tipo de equipamiento se prevé una ampliación de la misma es necesario que se compruebe si el compresor instalado genera suficiente aire comprimido para la ampliación del sistema. Con este fin deberá comprobarse el consumo de aire del sistema de producción existente.

Medición de caudal y de consumo de aire.

Sensor de Caudal por calentamiento (heat‐loss). En el caso de un sensor de caudal que funciona de acuerdo con el principio “heat‐loss”, se determina el calor que pierde una superficie calentada a raíz del flujo del medio. Utilizando un elemento calefactor se regula una temperatura superior en un sensor de temperatura TSens2. Con otro sensor de temperatura TSens1 se detecta la temperatura del fluido. Es valida la siguiente relación matemática:

PAG. 16




TSens2 – TSens1 = ΔT = constante La potencia de calefacción Peléctrica necesaria para mantener esa relación, se encuentra en relación directa con el flujo que atraviesa el sensor. Este flujo puede transportar una cantidad determinada de calor Q en función de las propiedades del fluido y de la velocidad del flujo. 4. Trabajo preparatorio. Consulte las ecuaciones que vinculan la transmisión de calor entre el punto caliente y el punto frio de un sensor de caudal térmico. 5. Equipo necesario.

a. 2 Válvulas de estrangulación y antirretorno. b. 1 Sensor de caudal c. 1 Sensor de presión. d. Fuente de aire comprimido. e. Una fuente de voltaje de 24 Vdc f. Cables g. 2 multímetros

6. Procedimiento. Conecte el sensor de caudal y presión a la fuente de tensión. Conecte un multímetro digital de acuerdo al siguiente esquema eléctrico:

Esquema neumático Esquema eléctrico

PAG. 17




a. Cierre la válvula de estrangulación y antirretorno 1V1 b. Ajuste una presión de 600 kPa (6 bar) delante de la válvula 1V1. c. Abra el tornillo regulador (5 giros) de la válvula de estrangulación y antirretorno 1V2. d. Abra el tornillo regulador (5 giros) de la válvula de estrangulación y antirretorno 1V1. e. Ajuste una presión de 500 kPa (5 bar) entre las dos válvulas 1V1 y 1V2. La diferencia

de presión entre la presión de entrada y la de salida en la válvula 1V1 es de 100 kPa (1 bar).

f. Mida el caudal en el sensor de caudal y apunte el valor en la tabla. g. Abra el tornillo regulador (en pasos de 1 giro) de la válvula 1V1. Utilizando la válvula

1V2, siempre ajuste una presión de 100 kPa (1 bar) antes de leer los valores de medición. Incluya los valores medidos en la tabla.

IMPORTANTE: Al efectuar las mediciones, tenga en cuenta que la diferencia de presión delante y detrás de la válvula de estrangulación y antirretorno 1V1 siempre es de 100 kPa (1 bar).

7. Informe de laboratorio.

Presente el informe con los elementos que en este documento deben estar, añada como anexo al informe las hojas de datos escaneadas y correctamente revisadas, y compruebe teóricamente los resultados obtenidos en la hoja de datos, hallando las ecuaciones de las respuestas de ser pertinente.

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HOJA DE RESULTADOS

GUIA B1 GRUPO No:

Integrantes:

Números de vueltas del tornillo regulador 1V1

Caudal [l/min]

3

4

5

6

7

8

9

10

Revisado: ___________________________

PAG. 19




1. Tema: Característica estática de un sensor analógico de presión.

2. Objetivos:

Aprender el comportamiento de un sensor analógico de presión por medio de la medición

y comparación de las curvas características de la tensión y la corriente.

3. Teoría. Hay tres tipos de medidas de

presión que normalmente se realiza:

presión absoluta, presión relativa o de

instrumento y presión diferencial. La

presión absoluta es la presión con respecto

al vacio perfecto, la presión relativa es la

tomada contra la presión atmosférica y la

diferencial es con respecto a otra presión

conocida.

La forma mas conocida de los sensores de

presión es aquella que considera la

deformación de elementos elásticos frente

a la presión aplicada o el movimiento que

la deformación permite, pero también se

utilizan otros principios como la variación

de capacitancia o la piezoelectricidad. Los

sensores de presión de deformación

vienen en forma de tubos cerrados

(Bourdon) y membrana. Para poder

obtener una señal eléctrica de estos se

puede utilizar potenciómetros asociados a

mecanismos (en el caso de los de

Bourdon), LVDTs o galgas extensiométricas

(en los de membrana).

4. Trabajo preparatorio.

a. Determine los mecanismos utilizados para transmitir el movimiento en un manómetro de

Bourdon y las ecuaciones de un manómetro de membrana circular.

b. Consulte la diferencia entre sensores, transductores y transmisores.


a. Transmisores de presión analógicos.

b. Fuente de presión

c. Distribuidor de presión.

PAG. 20




d. Unidad de conmutación

e. Selector de salida.

f. Fuente de poder.

g. 2 multímetros digitales

h. Cables

6. Procedimiento.

a. Ensamble el circuito neumático y el eléctrico indicado en las figuras:

b. El multímetro g1 le configuramos para medir voltaje continuo, y el g2 para medir

corriente continua. Con el selector e en 0, observamos en g1 el voltaje de salida del

transmisor 10V/20mA y con e en 1 el voltaje de salida del transmisor 5V/20mA.

El voltaje que entrega el transmisor 10V/20mA, corresponde numéricamente a la

presión aplicada en los sensores a través de c (el sensor entrega 1V por cada bar de

presión). Por lo tanto el transmisor 10V/20mA es nuestro manómetro de referencia.

c. A través de la unidad de mantenimiento regulamos la presión de entrada a los

transmisores desde 0 a 6.5 BAR en intervalos de 0.5. Comprobamos estos valores a

través del manómetro de referencia.

d. Antes de encender la fuente verifique que los cables de salida de los transmisores

ingresan a los bornes correctos del multímetro y que los rangos del multímetro están

bien seleccionados. Leemos los valores de corriente y voltaje, que arroja el transmisor

de 5V/20mA y los anotamos en la Tabla No.1 de la hoja de resultados.

e. Pida a la persona que dirige la práctica que le coloque una presión a través de la

unidad de mantenimiento. Lea el voltaje y la corriente entregada por el sensor bajo

a

c

d e

f

g1

a

g2

PAG. 21




prueba (5V/20mA). Lea el valor de presión que indica el manómetro de la unidad de

mantenimiento.

7. Informe de laboratorio. En el informe de laboratorio hay que incluir, además a los puntos

comunes del informe, los valores tomados del experimento, las curvas características gráficas

Presión‐Voltaje y Presión Corriente y la determinación del valor de la presión ingresada en el

punto e del procedimiento a partir de las curvas características.

PAG. 22




HOJA DE RESULTADOS

GUIA C GRUPO No:

Integrantes:

Tabla No.1: Datos arrojados por el transmisor 5V/20mA

Presión (bar) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Voltaje (V)

Corriente (mA.)

Presión (bar) 4.5 5 5.5 6 6.5

Voltaje (V)

Corriente (mA.)

Datos para la determinación de la presión desconocida

Voltaje

Corriente

Revisado: ___________________________

PAG. 23




1. Tema: Operación de la barra de torsión 2. Objetivos:

a. Aprender el comportamiento de un sensor de torque utilizando un circuito de evaluación de medio puente.

b. Característica estática. 3. Teoría La flexión y la torsión son esfuerzos típicos de los elementos resistentes en maquinaria y en construcción. Las tensiones y las deformaciones resultantes de estos esfuerzos pueden provocar el fallo de estos elementos. A este respecto son factores importantes de influencia: el material, la sección transversal, la longitud de sujeción o empotramiento y el tipo de apoyo

La torsión se presenta ante todo en ejes y árboles de transmisión de vehículos y máquinas. Los pares de giro que actúan en el árbol hacen que sus secciones transversales giren unas respecto de otras. En un árbol o eje redondo, se admite que la torsión de las secciones transversales sigan siendo circulares. Además las superficies de estas secciones transversales se conservan planas y no se producen alabeos. También se admite, en el caso de torsiones de pequeña magnitud no se alteran la longitud ni el radio. Las líneas rectas del perímetro exterior del árbol, que discurren paralelas al eje, se transforman en líneas helicoidales. En el caso de secciones transversales no circulares se suelen producir alabeos.

PAG. 24




4. Trabajo preparatorio. Consultar o desarrollar las ecuaciones para la barra de torsión de medio

puente. 5. Equipo necesario.

a. Barra de torsión. b. Puente de medición con amplificación c. Multímetro o sistema de adquisición de datos. d. Juego de pesas. e. Fuente de alimentación. f. Cables.

6. Procedimiento.

a. Conecte el circuito de acuerdo a las indicaciones del tutor de laboratorio b. Cargamos la barra de torsión utilizando las pesas. Colocamos las pesas una a una y

anotamos la tensión de salida, en la Tabla No.1, de la hoja de resultados. c. Aplicar la masa desconocida a la barra, medimos el torque desconocido de salida

7. Informe de laboratorio. En el informe de laboratorio hay que incluir, además a los puntos comunes del informe, los valores tomados del experimento, las curvas características gráficas y la determinación del valor de la masa desconocida.

PAG. 25




HOJA DE RESULTADOS

GUIA C1 GRUPO No:

Integrantes:

Tabla No.1

Masa (gr.) 0 50 70 90 110 130 150 170 190

Voltaje (mV)

Masa (gr.) 210 260 310 360 410 460

Voltaje (mV)


Revisado: ___________________________

PAG. 26




1. Tema: Característica estática de un sensor analógico de presión.

2. Objetivos:

Aprender el comportamiento de un sensor analógico de presión por medio de la medición

y comparación de las curvas características de la tensión y la corriente.

3. Teoría. Hay tres tipos de medidas de

presión que normalmente se realiza:

presión absoluta, presión relativa o de

instrumento y presión diferencial. La

presión absoluta es la presión con respecto

al vacio perfecto, la presión relativa es la

tomada contra la presión atmosférica y la

diferencial es con respecto a otra presión

conocida.

La forma mas conocida de los sensores de

presión es aquella que considera la

deformación de elementos elásticos frente

a la presión aplicada o el movimiento que

la deformación permite, pero también se

utilizan otros principios como la variación

de capacitancia o la piezoelectricidad. Los

sensores de presión de deformación

vienen en forma de tubos cerrados

(Bourdon) y membrana. Para poder

obtener una señal eléctrica de estos se

puede utilizar potenciómetros asociados a

mecanismos (en el caso de los de

Bourdon), LVDTs o galgas extensiométricas

(en los de membrana).


a. Determine los mecanismos utilizados para transmitir el movimiento en un manómetro de

Bourdon y las ecuaciones de un manómetro de membrana circular.

b. Consulte la diferencia entre sensores, transductores y transmisores.


a. Transmisor de presión analógico SDE‐10‐10V/20 mA ‐ 19562

b. Transmisor de presión analógico SDE3‐D10D‐B‐HQ4‐2P‐M8

c. Fuente de presión

PAG. 27




d. Distribuidor de presión.

e. Fuente de poder.

f. 2 multímetros digitales

g. Cables

6. Procedimiento.

a. Ensamble el circuito neumático y el eléctrico indicado en las figura:

b. A través de la unidad de mantenimiento, regulamos la presión de entrada a los

transmisores desde 0 a 6.5 BAR, en intervalos de 0.5. Comprobamos esos valores a

través de la lectura del transmisor SDE3‐D10D‐B‐HQ4‐2P‐M8, que presenta en su

display directamente el valor de la presión aplicada.

c. Anote los resultados obtenidos del voltaje y la corriente entregados por el transmisor

SDE‐10‐10V/20 mA. No olvide que la corriente sale a través del cable blanco del

dispositivo y el voltaje por el negro. Tenga cuidado de las conexiones de las salidas de

voltaje y corriente desde el sensor a los multímetros por que puede quemar los

multímetros y el sensor.


comunes del informe, los valores tomados del experimento, las curvas características gráficas

Presión‐Voltaje y Presión Corriente y la determinación del valor de la presión ingresada en el

punto e del procedimiento a partir de las curvas características.

PAG. 28




HOJA DE RESULTADOS

GUIA C GRUPO No:

Integrantes:

Tabla No.1: Datos arrojados por el transmisor SDE‐10‐10V/20 mA

Presión (bar) 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4

Voltaje (V)

Corriente (mA.)

Presión (bar) 4.5 5 5.5 6 6.5

Voltaje (V)

Corriente (mA.)

Revisado: ___________________________

PAG. 29




1. Tema: Característica estática de un sensor potenciométrico lineal. 2. Objetivos:

a. Montaje y conexionado de un potenciómetro lineal. b. Conexionado y manipulación de un controlador de motor para una unidad de husillo. c. Determinación de la característica estática tensión – desplazamiento para un

potenciómetro. 3. Teoría. Una de las formas más sencillas prácticas y económicas para determinar pequeños y

medianos desplazamiento es a través de los potenciómetros. Un potenciómetro esta compuesto por un elemento resistivo, un elemento móvil al que se encuentra conectado por medio de escobillas u otra forma de conexión al elemento de resistivo.

La ecuación que gobierna el funcionamiento de estos sensores es:

Donde es la resistividad del material de resistencia, l la longitud del mismo y A su área transversal.


a. Consulte las maneras de obtener señal de voltaje y corriente a partir de un potenciómetro.

b. Consulte las características técnicas del transductor potenciométrico que se usara en la práctica e interprételas.


a. Transductor Potenciométrico lineal. b. Controlador de motor. c. Bancada del usillo. d. 2 Interruptores de proximidad magnéticos/inductivos (d1 y d2). e. Medidor de desplazamiento incremental (corredera de medición). f. Fuente de poder. g. Multímetro digital.

Fig. No.1

PAG. 30




h. Cables de conexión.

6. Procedimiento. a. Conecte los cables de los sensores magnéticos/inductivos y del motor a la unidad de

control del motor de acuerdo al siguiente esquema:

b. Fije el interruptor basculante i1 a la izquierda y el interruptor i2 a la derecha. Encienda la fuente y compruebe que la bancada del husillo gira hacia la derecha, se detiene y se mueve hacia la izquierda a través de la perilla BT. Compruebe si los sensores d1 y d2 detienen el movimiento del motor, llevando la bancada delante de ellos por medio de BT. Encienda, configure y compruebe el funcionamiento del medidor de desplazamiento incremental e.

c. Coloque el sensor potenciométrico como se observa en la figura anterior y realice las conexiones eléctricas que indica el siguiente gráfico.

PAG. 31




d. Ajuste los sensores d1 y d2 aflojando, desplazando y ajustando las mariposas, de tal forma que d1 quede a 65 cm del filo indicado, de la unidad de desplazamiento y d2 a 40 cm de la misma como se observa en las siguientes fotos:

e. Una vez ajustados los finales de carrera d1 y d2, llevamos la bancada hasta d2, por medio del botón BT.

f. Encendemos el medidor de desplazamiento incremental e, configuramos para medición en cm y lo enceramos.

g. Movemos la bancada de a 5mm, hacia el sensor d1, por medio del botón BT, hasta completar 130 mm. Con los datos que vamos tomando llenamos las hojas de resultados.

h. Solicite que el instructor coloque la bancada en una posición, lea el voltaje de esta posición y anótelo.


indicados en la página WEB de la asignatura, responda a los siguientes aspectos: a. Característica estática Voltaje‐Desplazamiento. b. Calculo de la posición desconocida. c. ¿Qué forma gráfica tiene esta característica estática y por qué tiene esta forma? d. Calcule la sensibilidad del sensor.

PAG. 32




HOJA DE RESULTADOS

GUIA D GRUPO No:

Integrantes:

Desplazamiento (mm) 0 5 10 15 20 25 30 35 40

Voltaje (V)


Voltaje (V)


Voltaje (V)

Voltaje a posición desconocida (V)

Revisado: ___________________________

PAG. 33




1. Tema: Característica estática de una celda de carga con sensor inductivo como detector de

desplazamiento.

2. Objetivos:

a. Experimentar con una aplicación secundaria del sensor inductivo.

b. Hallar la característica estática de una celda de carga con sensor inductivo como

elemento secundario.

3. Teoría. Una fuerza desconocida puede ser medida mediante varios procedimientos:

a. Balanceando la fuerza desconocida contra la ejercida por una masa (peso)

mediante un sistema de balanza.

b. Midiendo la aceleración que provoca en una masa conocida.

c. Distribuyendo la fuerza en un área conocida y midiendo la presión que esta ejerce.

d. Compensándola contra una fuerza provocada por un campo magnético generado

por una bobina.

e. Convirtiendo la fuerza en deformación sobre un elemento elástico.

El último método es frecuentemente utilizado a través de un sensor primario conocido

como celda de carga y ayudado de un sensor secundario que permite determinar la

deformación, el desplazamiento, la fuerza u otra variable secundaria. El sensor analógico

inductivo contiene un circuito oscilador que consiste en un circuito resonante paralelo con

una bobina y un condensador, así como un amplificador. El campo electromagnético está

dirigido hacia afuera por medio de un núcleo de ferrita. Su circuito equivalente lo

observamos en la figura 1.

Si se introduce un material conductor de la electricidad en la zona activa del campo

disperso, se inducen corrientes parasitas en el material, según las leyes del magnetismo,

que atenúan la oscilación. La atenuación de la oscilación varía según la conductividad,

permeabilidad magnética, dimensiones y proximidad del objeto conductor. La señal de

Fig. No.1

PAG. 34




salida, dentro de un rango definido, es proporcional a la distancia entre la pieza y el

sensor, si el material y las dimensiones de la pieza permanecen inalterables.

Para la celda de carga, una tira de flexión con una sección transversal constante, se sujeta

por un lado a un soporte y se deja apoyada por el otro. Se aplica una fuerza vertical en el

centro de la tira de longitud l. La flexión s se mide en el centro. La flexión máxima smax se

halla a la derecha del centro.


a. De la teoría de la resistencia de materiales determine cuál es el desplazamiento

del centro de una tira de aluminio de 210 mm x 32 mm x 1 mm, empotrada en uno

de sus extremos y soportada en el otro.

b. Consiga una placa de cualquier metal no ferromagnético, EXCEPTO ALUMINIO

(Cobre, Bronce, Plomo, estaño u otro) de acuerdo a las medidas indicadas en el

siguiente gráfico (El espesor puede variar entre 1 y 2 mm.):

ADVERTENCIA: LA PLACA DEBE ESTAR EN PERFECTAS CONDICIONES, NO SE

ACEPTARAN EN LA PRACTICA, PLACAS CON REBARBA, OXIDOS, PAPELES PEGADOS,

DOBLECES, TORCEDURAS, ROTURAS, HUECOS ADICIONALES O SIN LAS DIMENSIONES

CORRECTAS

210

3216

16

R2,5

1

Fig. No.2

PAG. 35




c. Consulte las características del sensor inductivo de la práctica.

d. Consulte que es conductividad, permeabilidad magnética y cual es la ley especifica

que sustenta el principio magnético del funcionamiento del sensor inductivo.


a. Placa de aluminio de 209 mm x 32 mm x 1.5 mm.

b. La placa solicitada en el literal b. del trabajo preparatorio. (si no trae la placa, no

podrá realizar la práctica)

c. Sensor analógico inductivo.

d. Juego de pesas.

e. Perfiles necesarios para ubicar el sensor y la placa.

f. Multímetro.

g. Pedazo de cuerda de nilón.

h. Fuente de alimentación.

i. Cables.

6. Procedimiento.

a. Ensamble mecánicamente el sensor de acuerdo a la siguiente figura:

b. El sensor inductivo debe estar alrededor de un milímetro sobre la cuerda de nilón.

En lugar de las pesas indicadas en la figura anterior vamos a utilizar un portapesas

y varias pesas de disco.

c. Conectamos los cables del sensor a la fuente y al multímetro tal como indica la

siguiente figura:

Fig. No.3

PAG. 36




d. Recuerde que por el cable blanco del sensor sale corriente entre 0 y 20 mA,

mientras que por el cable negro sale tensión entre 0 y 10 V. Antes de encender la

fuente verifique que el cable blanco se encuentra conectado a la entrada de

corriente del multímetro y que el multímetro esta configurado para medir

corriente en este rango.

e. Ponemos los discos de acuerdo a la siguiente tabla y llenamos los valores:

f. Solicite un elemento de masa desconocida, colóquelo en el sensor y lea la

corriente.

g. Cambie la placa de aluminio por la que el grupo trajo y repita todos los pasos.


comunes del informe, los valores tomados del experimento, las curvas características

gráficas y la determinación del valor de la masa desconocida.

PAG. 37




HOJA DE RESULTADOS

GUIA E GRUPO No:

Integrantes:

Placa de Aluminio

Masa (gr.) 0 50 70 90 110 130 150 170 190 Corriente (mA.)

Masa (gr.) 210 260 310 360 410 460 Corriente (mA.)

Corriente masa desconocida (mA.)

Placa que el grupo fabrico

Masa (gr.) 0 50 70 90 110 130 150 170 190 Corriente (mA.)

Masa (gr.) 210 260 310 360 410 460 Corriente (mA.)

Corriente masa desconocida (mA.)

Revisado: ___________________________

PAG. 38




1. Tema: Característica estática y operación de un sensor ultrasónico. 2. Objetivos:

a. Ensamblar el sensor ultrasónico. b. Realizar las conexiones eléctricas necesarias. c. Tomar datos para determinar la característica estática del sensor ultrasónico, para

tres reflectores d. Determinar el efecto de la inclinación de la superficie de reflexión sobre las

mediciones con este sensor

3. Teoría. Los ultrasonidos son antes que nada sonido, exactamente igual que los que oímos normalmente, salvo que tienen una frecuencia mayor que la máxima audible por el oído humano. Ésta comienza desde unos 16 Hz y tiene un límite superior de aproximadamente 20 KHz, mientras que nosotros vamos a utilizar sonido con una frecuencia de 40 KHz. A este tipo de sonidos es a lo que llamamos Ultrasonidos. El funcionamiento básico de los ultrasonidos como medidores de distancia se muestra de una manera muy clara en la Figura No.1, donde se tiene un receptor que emite un pulso de ultrasonido que rebota sobre un determinado objeto y la reflexión de ese pulso es detectada por un receptor de ultrasonidos.

La mayoría de los sensores de ultrasonido de bajo coste se basan en la emisión de un pulso de ultrasonido cuyo lóbulo, o campo de acción, es de forma cónica.

Midiendo el tiempo que transcurre entre la emisión del sonido y la percepción del eco se puede establecer la distancia a la que se encuentra el obstáculo que ha producido la reflexión de la onda sonora, mediante la fórmula:

Donde V es la velocidad del sonido en el aire y t es el tiempo transcurrido entre la emisión y recepción del pulso. Emisión ultrasónica. La frecuencia de sonido que esta por encima del límite audible humano (> 20 KHz) se conoce como ultrasonido. Las características particulares del ultrasonido son el resultado de las altas frecuencias junto con la corta longitud de onda. Estas características se adaptan principalmente cuando se utilizan con el fin de detectar la proximidad de objetos. Hay tres métodos diferentes de generar ultrasonidos:

Mecánicos.

Magnéticos.

Figura No. 1

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Eléctricos Dos fenómenos muy utilizados para generar ultrasonidos son la Magnetostricción y el efecto piezoeléctrico. Recepción ultrasónica. La mayoría de los receptores ultrasónicos están basados en el inverso del principio de funcionamiento del emisor. Controles electrónicos incorporados determinan el tiempo de la generación del sonido, emisión de la señal del sensor, medición de la señal del eco, con la tarea adicional de conmutar entre las operaciones de emisión y recepción. El modo pulso se utiliza principalmente para detectar la presencia de un objeto y para la medición de distancias. Este tipo de método típico en donde se generan y emiten pulsos de breve duración y breves tiempos de subida. Si dentro del rango de emisión del sensor se halla un objeto reflectante, las ondas sónicas se reflejan como señal de eco y regresan al receptor después de un tiempo de retardo en la propagación de la señal. Este retardo en la propagación es proporcional a la distancia entre el sensor y el objeto. Por lo tanto, puede determinarse la distancia absoluta por medio de la medición del tiempo.

Un sensor ultrasónico se divide en los siguientes grupos funcionales:

Transductor ultrasónico.

Unidad de evaluación y

Etapa de salida.

PAG. 40




Con el sensor ultrasónico es posible detectar substancias sólidas, líquidas, granulares y en polvo. Según la rugosidad de la superficie del objeto, el rango de un sensor puede por un lado reducirse como resultado de la dispersión difusa de regreso de la onda, pero por otro lado el sensor no necesita alinearse con el objeto con precisión en un ángulo recto para obtener la reflexión. El color del objeto no afecta al comportamiento del sensor. No debe haber ningún objeto presente dentro de la denominada parte local del campo sónico del sensor, ya que esto podría conducir a pulsos erróneos en la salida del sensor de proximidad. Por ejemplo, un sensor de proximidad ultrasónico con un diámetro de transductor de D = 15 mm y una frecuencia de transmisión de 200 KHz tiene un rango de campo local de aproximadamente 130 mm.

4. Trabajo preparatorio. a. Consulte en que consiste el efecto magnetostrictivo y piezoeléctrico en la

generación de ultrasonido. b. Consulte la aplicación del ultrasonido en la determinación de fallas en piezas

metálicas.

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c. Consulte las características del sensor ultrasónico que se va a utilizar en la presente práctica.


a. Sensor ultrasónico analógico. b. Controlador de motor. c. Unidad de usillo con motoreductor. d. Interruptores de proximidad magnéticos/inductivos (2, d1 y d2). e. Medidor de desplazamiento incremental (corredera de medición). f. Soporte para el sensor ultrasónico. g. Adaptador de altura para los reflectores. h. Tres reflectores de 20, 40 y 60 mm i. Fuente de poder. j. Multímetro digital. k. Cables de conexión.

6. Procedimiento. a. Conecte los cables de los sensores magnéticos/inductivos y del motor a la unidad

de control del motor de acuerdo al siguiente esquema:

b. Fije el interruptor basculante i1 a la izquierda y el interruptor i2 a la derecha. Encienda la fuente y compruebe que la bancada del husillo gira hacia la derecha, se detiene y se mueve hacia la izquierda a través de la perilla BT. Compruebe si los sensores d1 y d2 detienen el movimiento del motor, llevando la bancada delante de ellos por medio de BT. Encienda, configure y compruebe el funcionamiento del medidor de desplazamiento incremental e.

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c. Ajuste los sensores d1 y d2 aflojando, desplazando y ajustando las mariposas, de tal forma que d1 quede a 65 cm del filo indicado, de la unidad de desplazamiento y d2 a 40 cm de la misma como se observa en las siguientes fotos:

d. Realice el montaje mecánico del sensor ultrasónico, de acuerdo a los siguientes

esquemas. Utilizar la ranura del riel perfilado y la muesca en la escuadra de montaje para alinear correctamente el sensor y el perfil de soporte. La distancia entre el perfil de soporte y la referencia del aparato de desplazamiento debe ser de aproximadamente 100 mm, como se indica en la fotografía.

100 mm

Reflector

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e. Conectar el sensor ultrasónico, la placa de distribución, el controlador del motor y el

multímetro digital de acuerdo al siguiente esquema:

f. Llevamos la bancada hasta d2, por medio del botón BT.

g. Encendemos el medidor de desplazamiento incremental e, configuramos para medición en cm y lo enceramos.

h. Movemos la bancada de a 10mm, hacia el sensor d1, por medio del botón BT, hasta completar 200 mm. Con los datos que vamos tomando llenamos las hojas de resultados.

i. Tome resultados para los tres reflectores. j. Solicite que se ubique el reflector en una posición desconocida, lea la corriente que

indica el sensor. k. Mueva el reflector lo más cerca posible del sensor. Afloje los tornillos que lo ajusta y

gírelo lentamente. Observe lo que sucede en el multímetro. Si se sobrepasa un determinado ángulo cuando se gira el reflector, la corriente indicada se incrementa bruscamente


comunes del informe, lo siguiente: 8.

a. Los valores tomados del experimento b. Las curvas características gráficas c. La determinación del valor de la distancia desconocida. d. Indique y justifique lo observado en el punto k) del procedimiento. ¿Qué ángulo

debe sobrepasarse para que se produzca esta reacción? e. Calcule la sensibilidad del sensor f. Se debe supervisar los diferentes tipos de llantas de automóvil que se alimentan a

una cinta transportadora, basándose en las diferencias en su forma y dimensiones, para saber si son las correctas y si llegan en el orden adecuado. ¿Es posible realizar el trabajo con un sensor ultrasónico?. ¿ En que manera?. Justifique su respuesta.

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PAG. 45




HOJA DE RESULTADOS

GUIA F GRUPO No:

Integrantes:

Distancia (mm.) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 I (mA.) Ref 20 I (mA.) Ref 40 I (mA.) Ref 60

Distancia (mm.) 90 100 110 120 130 140 150 160 170 I (mA.) Ref 20 I (mA.) Ref 40 I (mA.) Ref 60

Distancia (mm.) 180 190 200 I (mA.) Ref 20 I (mA.) Ref 40 I (mA.) Ref 60

Corriente para distancia desconocida (mA.)

Angulo de pérdida de reflexión

Revisado: ___________________________

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1. Tema: Caudalímetro tipo turbina. 2. Objetivos:

a. Acoplar un caudalímetro de turbina a una línea de aire. b. Determinar la forma de onda de salida del caudalímetro. c. Hallar el caudal para cuatro lecturas de frecuencia diferentes.

3. Teoría.

El YF‐S201 es un sensor de flujo de construcción sólida el cual está constituido por un cuerpo de plástico, un rotor, y un sensor de efecto Hall. El diseño y funcionamiento de este tipo de sensor es simple. Utiliza un sensor primario tipo molinete, con aspas o álabes para medir la cantidad de líquido que se ha movido a través de él. El molinete tiene en el mismo eje un pequeño imán y hay un sensor magnético de efecto Hall en el otro lado del tubo que registra cada vuelta generando impulsos de salida a una velocidad proporcional a la velocidad de flujo. La flecha indica la dirección del flujo. Es decir, que el sentido en que pasa el agua debe ser de izquierda a derecha .Sus características son:

Modelo YF‐S201

Corriente < 15mA

Salida Señal de frecuencia a 5 VDC TTL Nivel alto del pulso de salida: ≥ 4.6V (DC5V)Nivel bajo del pulso de salida: ≤0.5V (DC5V)

Sensor primario Molinete de 8 alabes

Sensor secundario Efecto Hall.

Voltaje de trabajo 5 a 18 VDC

Max corriente de trabajo 15 mA a 5 VDC

Rango de entrada 1 – 30 LPM

Rango de Temperatura de trabajo ‐25 a +80

Rango de Humedad de trabajo 35% ‐ 80% RH

Precisión ± 2%

Posición de operación Vertical

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Presión máxima de trabajo 2 MPa

Ciclo de trabajo de salida (duty cycle) 50% ± 10%

Tiempo de subida de la señal de salida 0.04us

Tiempo de bajada de la señal de salida 0.18us

Característica estática F(Hz) = 7.5 x Q (LPM)

Pulsos por litro 450

Tiempo de vida útil Mínimo 300000 ciclos

Longitud cable de conexión Aproximadamente 15 cm

Detalle de los cables de conexión Rojo: Positivo de la alimentación (IN) Negro: Negativo de la alimentación (GND) Amarillo: Señal de salida (OUT)

Conexión de entrada de caudal Tubería de ½”, 0.78“ diámetro externo, roscado de ½ “


a. Realice el diagrama de conexiones eléctrica y neumática para poder tomar las lecturas

del caudalímetro. Incluya en el diagrama fuente de presión, regulador de caudal, caudalímetro de prueba, osciloscopio y conexión eléctrica del sensor al osciloscopio.

b. Determine los acoples, conectores y accesorios necesarios para conectar los diferentes elementos.

c. Traer los accesorios necesarios para acoplar la toma de ½ pulgada a las manguera que suministra el aire. Así como cualquier otro accesorio que sea necesario.

5. Equipo necesario. a. Caudalímetro YF‐S201. b. Manguera de varios diámetros. c. Accesorios para conectar los elementos neumáticos, que identifique en el

preparatorio y que USTED DEBE TRAER. d. Válvula reguladora de caudal. e. Osciloscopio. f. Multímetro. g. Punta de osciloscopio. h. Cables.

6. Procedimiento.

a. Presente el diagrama de conexiones neumática y eléctrica, desarrollado como preparatorio.

b. Arme, con la supervisión del profesor guía los esquemas enseñados y de ser necesario corregidos, según sea el caso. Utilice los ACCESORIOS PARA CONECTAR el sensor que Ud. y su grupo traerán.

c. Coloque en la línea neumática el caudal indicado en la hoja de datos. d. Mida la frecuencia del YF‐S201.

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e. Tome todos los datos de acuerdo a la tabla indicada al final de la guía. 7. Informe de laboratorio. Presente el informe con los elementos que en este documento deben estar, añada como anexo al informe las hojas de datos escaneadas y correctamente revisadas, y compruebe teóricamente los resultados obtenidos en la hoja de datos, hallando las ecuaciones de las respuestas.

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HOJA DE RESULTADOS

GUIA F1 GRUPO No:

Integrantes:

Forma de onda generada por el caudalímetro

Medición UNI Medida 1 Medida 2 Medida 3 Medida 4

YF‐S201 (Hz)

Caudal (LPM)

Revisado: ___________________________

PAG. 50




1. Tema: Operación del sensor óptico analógico difuso (de reflexión directa). 2. Objetivos:

a. Aprender la característica de la respuesta de un sensor óptico analógico difuso. b. Determinar la curva característica estática de un sensor óptico analógico difuso. c. Aplicar el sensor óptico para la medición de grosores.

3. Teoría. Un sensor óptico analógico difuso contiene un receptor fotoelectrico (fotodiodo o fototransistor) y un diodo emisor de luz infraroja IRED (IRED = Infrared emitting diode – diodo emisor de luz infraroja). El receptor fotoelectrico recibe la luz infraroja que a sido emitida por el IRED y reflejada por un objeto, y la convierte en una corriente electrica. Si la intensidad de la emisión de luz cambia debido a la distancia del reflector, la corriente electrica tambien cambia. Ajustando electrónicamente la respuesta caracteristica del propio sensor, puede conseguirse una relación lineal entre la señal de salida y la distancia del objeto, dentro de un cierto margen. El rango de detección puede modificarse por medio de un potenciometro incorporado.

El sensor funciona como un detector óptico de luz difusa con un cable de fibra óptica. La distancia de medición depende de la capacidad reflectora del objeto a medir, es decir, de la superficie y color del objeto. Por comparación con una curva de referencia, obtenida con un objeto patrón, puede determinarse la distancia o grosor de otros objetos similares. El sensor puede utilizarse en aplicaciones donde se precise la medición de distancias variables dentro de un rango entre 8 y 40 mm.

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4. Trabajo preparatorio. a. Consulte las características del sensor óptico analógico difuso que se va a utilizar

en la presente práctica. 5. Equipo necesario.

a. Sensor óptico analógico difuso. b. Corredera de posicionado. c. Juego de placas de polímero de 90x30x2 mm (No.23 a No.27) d. Calibrador e. Multímetro digital. f. Fuente de alimentación. g. Cables.

6. Procedimiento.

PRECAUCIÓN: El sensor dispone de un cable de fibra óptica que lleva la señal luminosa desde y hacia el objeto reflectante. La fibra óptica, por fabricarse con vidrios especiales es muy costosa y extremadamente frágil por lo tanto hay que manipularla con extremo cuidado. EVITE DOBLARLA, TORCERLA O ANUDARLA.

a. Montar el sensor óptico analógico difuso y la corredera de posicionado sobre la

placa perfilada y conecte el sensor como indica el siguiente esquema:

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a. Ubique en el clip la placa de plástico gris más delgada (No.23) y colóquela a 8 mm del sensor. Considerando la posición actual como la distancia referencial 0, desplace lentamente la corredera hasta llegar a 30 mm, de acuerdo a lo que indica la tabla de resultados.

b. Anote los valores obtenidos en la hoja respectiva. c. Ajustar la corredera para que la distancia entre la placa No. 23 y la cabeza del

sensor sea de 20 mm, mida la corriente. Sin mover la corredera coloque las placas No.24 a No.27 en el clip y tome los valores de la corriente.

Advertencia: La parte gruesa de la placa plástica, que sobresale, debe apuntar hacia el sensor.

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Anote los resultados. d. Mida el grosor de la parte gruesa de las placas con un calibrador y anote estos

valores.

7. Informe de laboratorio. En el informe de laboratorio hay que incluir, además a los puntos comunes del informe, lo siguiente:

a. Los valores tomados del experimento b. Las curvas características gráficas c. El cálculo de los grosores de las placas en base a la característica estática y la

corriente obtenida en el punto c). ¿Cuál es el procedimiento para obtener el grosor? ¿Cuál considera Ud. el valor más confiable, por calibrador o por el sensor? ¿Cuáles son los errores cometidos, calcúlelos?

d. ¿Cuál cree Ud. que sea la función de la fibra óptica?. Explique detalladamente. e. ¿Influirá la luz externa en las mediciones del sensor?¿En qué condiciones se

presentara esta influencia?¿Qué tipo de fenómeno medioambiental representara: Interferente o modificante? Sustente detalladamente sus respuestas.

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HOJA DE RESULTADOS

GUIA G GRUPO No:

Integrantes:

Valores para la placa de 90x30x2 mm. Distancia (mm.) 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0

I (mA.) Ref 20

Distancia (mm.) 10.0 12.5 15.0 17.5 20.0 22.5 25.0 27.5 30.0

I (mA.) Ref 20

Medición del grosor.

Pieza Corriente (mA.) Grosor (mm.) (calibrador)

Placa 24

Placa 25

Placa 26

Placa 27

Revisado: ___________________________

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1. Tema: Operación del sensor analógico inductivo. 2. Objetivos:

a. Determinación de la característica estática de un sensor analógico inductivo. b. Determinar la histéresis que puede presentar este sensor. c. Determinar la dependencia de la salida del sensor en relación con el material del

objeto. d. Determinar la dependencia de la superficie del objeto a medir con la respuesta del

sensor.

3. Teoría. Los sensores analogicos inductivos consisten en un circuiro oscilador construido con un circuito paralelo resonante con una bobina (inductancia) y un condensador (capacitancia), asi como un amplificador.

El campo electromagnetico es dirigido hacia el exterior por medio de la carcasa del nucleo de ferrita de la bobina. Si un material conductor de electricidad se introduce en la zona activa del campo de dispersión, se introducen corrientes parasitas en el material, de acuerdo a las leyes de inducción, las cuales atenuan la oscilación. La atenuación del oscilador varia según la conductividad, permeabilidad, dimensiones y proximidad del objeto. La atenuación del oscilador es evaluada a traves de sucesivas etapas electrónicas y se emite una señal de salida, la cual, dentro de un rango de medida definido, es proporcional a la distancia entre el sensor y el material.

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4. Trabajo preparatorio. a. Consulte las características del sensor inductivo analógico que vamos a usar en

esta práctica. b. Consulte como se dividen los materiales según la relación con los campos

magnéticos. 5. Equipo necesario.

a. Sensor analógico inductivo. b. Corredera de posicionado. c. Pieza 4: Acero inoxidable de 90x30 mm.

Pieza 5: Aluminio de 90x30 mm. Pieza 6: Latón de 90x30 mm. Pieza 7: Cobre de 90x30 mm. Pieza 11: Acero dulce de 30x30 mm. Pieza 12: Acero dulce de 25x25 mm. Pieza 13: Acero dulce de 20x20 mm. Pieza 14: Acero dulce de 15x15 mm. Pieza 15: Acero dulce de 10x10 mm. Pieza 16: Acero dulce de 5x5 mm.

d. Calibrador digital e. 2 multímetros digitales. f. Fuente de alimentación. g. Cables.

PAG. 57




6. Procedimiento.

PRECAUCION: En este sensor, el cable negro representa salida de voltaje y el blanco salida de corriente. Tenga cuidado al conectar al multímetro escogiendo la función de lectura correcta.

a. Montar el sensor analógico inductivo y la corredera de posicionado sobre la placa

perfilada y conecte el sensor como indica el siguiente esquema:

b. Colocar la placa de acero inoxidable en el clip de sujeción, acerque la placa hasta que toque el sensor, entonces encere el calibrador digital a 0.00 mm. Cerciórese

que el clip no haya girado e indique 0. c. Desplace el elemento móvil de la corredera y registre los datos en la Tabla A para

dibujar la característica estática de subida. d. A continuación, sin cambiar las condiciones de los dispositivos, desplace la placa

hacia el sensor y registre los valores en la Tabla B para dibujar la característica estática de bajada.

e. Repita el experimento para las placas de aluminio, latón y cobre. Solo de subida.

ADVERTENCIA: EN EL SIGUIENTE PUNTO, EL PEDAZO DE METAL DEBE ESTAR APUNTANDO HACIA EL SENSOR.

PAG. 58




f. Coloque el clip de sujeción a 3 y 4 mm del sensor y mida los valores de voltaje y corriente para cada una de las placas de acero dulce de área variable (placas No. 11 a No.16). Llene las tablas de resultados correspondientes.


a. Los valores tomados del experimento b. Las curvas características gráficas, para cada uno de los materiales c. ¿El sensor presenta histéresis para la pieza de acero inoxidable?. Si la respuesta es

si, dibuje el lazo de histéresis y calcule la histéresis porcentual. d. Dibuje la corriente y el voltaje contra el área para las piezas de acero dulce, a 3 y 4

mm de distancia. ¿Hay alguna relación del área con la salida del sensor?. Explique detalladamente su respuesta.

e. ¿Influirá otros campos magnéticos a las mediciones del sensor?¿En que condiciones se presentara esta influencia?¿Que tipo de fenómeno medioambiental representara: Interferente o modificante? Sustente detalladamente sus respuestas.

f. Calcule la sensibilidad del sensor. ¿Es función esta del material? Sustente detalladamente sus respuestas.

PAG. 59




HOJA DE RESULTADOS

GUIA H GRUPO No:

Integrantes:

TABLA A: Acero inoxidable 90x30 mm – Para curva de subida Distancia (mm.) 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0

Corriente (mA.)

Voltaje (V)

Distancia (mm.) 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0

Corriente (mA.)

Voltaje (V)

TABLA B: Acero inoxidable 90x30 mm – Para curva de bajada Distancia (mm.) 15.0 14.0 13.0 12.0 11.0 10.0 9.0 8.0 7.0 6.0

Corriente (mA.)

Voltaje (V)

Distancia (mm.) 5.0 4.0 3.0 2.0 1.0 0.0

Corriente (mA.)

Voltaje (V)

TABLA A: Aluminio 90x30 mm Distancia (mm.) 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0

Corriente (mA.)

Voltaje (V)

Distancia (mm.) 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0

Corriente (mA.)

Voltaje (V)

TABLA A: Latón 90x30 mm Distancia (mm.) 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0

Corriente (mA.)

Voltaje (V)

Distancia (mm.) 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0

Corriente (mA.)

Voltaje (V)

Revisado: ___________________________

PAG. 60




HOJA DE RESULTADOS

GUIA H GRUPO No:

Integrantes:

TABLA A: Cobre 90x30 mm Distancia (mm.) 0.0 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 7.0 8.0 9.0

Corriente (mA.)

Voltaje (V)

Distancia (mm.) 10.0 11.0 12.0 13.0 14.0 15.0

Corriente (mA.)

Voltaje (V)

Piezas de acero dulce de área variable (11 a 16).

Distancia de medición: 3 mm.

Pieza No. Corriente (mA.) Voltaje (V)

11

12

13

14

15

16

Distancia de medición: 4 mm.

Pieza No. Corriente (mA.) Voltaje (V)

11

12

13

14

15

16

Revisado: ___________________________

PAG. 61




1. Tema: Métodos para la medición de nivel en líquidos. 2. Objetivos:

a. Determinar las formas de medir líquidos. b. Operación de interruptores ópticos. c. Operación del interruptor capacitivo. d. Operación del interruptor ultrasónico e. Operación del interruptor de contrapresión.

3. Teoría.

Dentro de los procesos industriales la medición y el control de nivel se hace necesario cuando se pretende tener una producción continua, cuando se desea mantener una presión hidrostática, cuando un proceso requiere de control y medición de volúmenes de líquidos ó; bien en el caso más simple, para evitar que un líquido se derrame, la medición de nivel de líquidos, dentro de un recipiente parece sencilla, pero puede convertirse en un problema más ó menos difícil, sobre todo cuando el material es corrosivo ó abrasivo, cuando se mantiene a altas presiones, cuando es radioactivo ó cuando se encuentra en un recipiente sellado en el que no conviene tener partes móviles ó cuando es prácticamente imposible mantenerlas, el control de nivel entre dos puntos, uno alto y otro bajo, es una de las aplicaciones más comunes de los instrumentos para controlar y medir el nivel, los niveles se pueden medir y mantener mediante dispositivos mecánicos de caída de presión, eléctricos y electrónicos.

Los instrumentos mecánicos de medición y control de niveles ó cargas hidrostáticas, incluyen dispositivos visuales e indicadores, el dispositivo más simple para medir niveles es una varilla graduada, que se pueda insertar en un recipiente, la profundidad real del material se mide por la parte mojada de la varilla, este método es muy utilizado para medir el nivel en los tanques de una gasolinera, este método es simple pero efectivo, no es muy práctico, sobre todo si el material es tóxico ó corrosivo, ya que el individuo que lo aplica tiene que estar de pie sobre la abertura manejando la varilla con las manos.

En la industria, la medición de nivel es muy importante, tanto desde el punto de vista del funcionamiento correcto del proceso como de la consideración del balance adecuado de materias primas o de productos finales.

Los instrumentos de nivel pueden dividirse en medidores de nivel de líquidos y de sólidos que son dos mediciones claramente diferenciadas por sus distintas peculiaridades y las aplicaciones particulares de las que son objeto.

La utilización de instrumentos electrónicos con microprocesador en la medida de otras variables, tales como la presión y la temperatura, permite añadir “inteligencia” en la

medida de nivel, y obtener precisiones de lectura altas, del orden de 0.2 %, en el inventario de materias primas o finales o en transformación en los tanques de los procesos.

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Método de columna de vidrio

Flotadores

Barrera óptica


a. Consulte la instrumentación analógica y digital para medir el nivel de sólidos y líquidos.

b. Consulte como se dividen los materiales según la relación con los campos magnéticos.


a. Interruptor capacitivo.

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b. Interruptor óptico de fibra. c. Emisor y receptor de barrera ópticos. d. Interruptor ultrasónico. e. Interruptor de contrapresión. f. Equipo de distribución. g. Recipiente. h. Fuente de alimentación. i. Cables.

6. Procedimiento. a. Ensamblar los interruptores de barrera ópticos de acuerdo al siguiente esquema:

b. Llene lentamente el recipiente con agua hasta que escuche el zumbido, lea la altura de conexión. Deje salir el líquido hasta que se apague el zumbido, lea la altura de desconexión. Repita el procedimiento una vez más y anote los resultados.

c. Ensamblar el interruptor óptico de fibra, de acuerdo al siguiente esquema, tenga mucho cuidado en la manipulación de la fibra óptica.

PAG. 64




d. Llene lentamente el recipiente con agua hasta que escuche el zumbido, lea la altura de conexión. Deje salir el líquido hasta que se apague el zumbido, lea la altura de desconexión. Repita el procedimiento una vez más y anote los resultados.

e. Ensamble el interruptor capacitivo de acuerdo al siguiente esquema:

f. Llene lentamente el recipiente con agua hasta que escuche el zumbido, lea la altura de conexión. Deje salir el líquido hasta que se apague el zumbido, lea la altura de desconexión. Repita el procedimiento una vez más y anote los resultados.

g. Ensamble el interruptor ultrasónico de acuerdo al esquema siguiente:

PAG. 65




h. Llene lentamente el recipiente con agua hasta que escuche el zumbido, lea la altura de conexión. Deje salir el líquido hasta que se apague el zumbido, lea la altura de desconexión. Repita el procedimiento una vez más y anote los resultados.

i. Ensamble el interruptor de contrapresión de acuerdo al siguiente esquema:

j. Llene lentamente el recipiente con agua hasta que escuche el zumbido, lea la

altura de conexión. Deje salir el líquido hasta que se apague el zumbido, lea la

PAG. 66




altura de desconexión. Repita el procedimiento una vez más y anote los resultados.


a. Los valores tomados del experimento b. Los cálculos de histéresis, entre conexión y desconexión si el sensor presenta. c. ¿Cual de los métodos es más sensible y porque? d. ¿Se podría utilizar un interruptor inductivo para medir el nivel?. Si su respuesta es

positiva, ¿Cómo lo haría?

PAG. 67




HOJA DE RESULTADOS

GUIA I GRUPO No:

Integrantes:

Sensores Medición No.1 Medición No.2

Interruptor de barrera óptico Altura de conexión

Altura de desconexión

Interruptor óptico de fibra Altura de conexión


Interruptor capacitivo Altura de conexión


Interruptor ultrasónico Altura de conexión


Interruptor de contrapresión Altura de conexión


Revisado: ___________________________

PAG. 68




1. Tema: Formas de medición de la velocidad angular. 2. Objetivos:

a. Uso de un sensor inductivo para medir velocidad angular. b. Uso de un sensor fotoeléctrico para medir velocidad angular. c. Determinación de la velocidad angular por medio de una señal de frecuencia.

3. Teoría. Para la medición de velocidad angular, uno de los dispositivos más utilizados es el tacómetro. Los tacómetros los hay de dos tipos: tacómetro de magnitud y de frecuencia. El tacómetro consiste básicamente en un interruptor (mecánico, inductivo, fotoeléctrico, capacitivo, etc.) y un elemento que genera la señal de frecuencia por detección por accionamiento intermitente del sensor, como se indica en la presente grafica:

Un tacómetro fotoeléctrico es básicamente funciona de manera similar al inductivo, pero no con campo magnético sino con haz luminoso. Un disco rotatorio se coloca entre la fuente luminosa y la celda fotovoltaica, o simplemente entre un generador y un receptor de luz (optoacoplador). Parte del disco deja pasar el haz luminoso, y otra parte lo bloquea Por tanto la celda fotovoltaica constantemente es activada y desactivada, a una frecuencia que depende de la velocidad angular del disco. Al conectar el eje del disco con el eje al cual se le quiere medir la velocidad, seria generada una forma de onda de voltaje por la fotocelda. La frecuencia de la forma de onda será entonces una medida de la velocidad angular del eje.

PAG. 69




Si conocemos la frecuencia de la señal, lo cual lo podemos medir con un frecuencímetro, entonces la velocidad angular de giro será:

∗ 60

Donde f es la frecuencia y n el numero de ranuras, dientes o elementos que generen pulso durante un ciclo de giro (360º)

4. Trabajo preparatorio. a. Consulte las formas de medir la frecuencia de una señal periódica. b. Determine aplicaciones de los tacómetros en maquina‐ herramientas


a. Interruptor inductivo b. Interruptor fotoeléctrico de fibra. c. Motor con regulación de velocidad. d. Medidor y generador de frecuencias. e. Fuente de alimentación. f. Cables.

6. Procedimiento. a. Montar el interruptor fotoeléctrico con el motor y el medidor de frecuencia de

acuerdo al siguiente esquema:

PAG. 70




b. Disminuya la velocidad del motor hasta que el voltaje en el multímetro indique 4 V (el rango en el multímetro debe ser ubicado en 30 V). Aumente la tensión del motor de acuerdo a lo que indica el multímetro y llene la siguiente tabla:

c. Montar el interruptor inductivo con el motor y el medidor de frecuencia de acuerdo al siguiente esquema:

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d. Disminuya la velocidad del motor hasta que el voltaje en el multímetro indique 4 V (el rango en el multímetro debe ser ubicado en 30 V). Aumente la tensión del motor de acuerdo a lo que indica el multímetro y llene la siguiente tabla:


comunes del informe, lo siguiente: a. Los valores tomados del experimento y el cálculo de la velocidad. b. Con que otros sensores podría ensamblar tacómetros.

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HOJA DE RESULTADOS

GUIA J GRUPO No:

Integrantes:

Interruptor fotoeléctrico – Aplicación tacométrica

Tensión del motor Frecuencia Velocidad

4

4.5

5

5.5

6

6.5

7

7.5

8

8.5

9

9.5

10

12

13

14

15

16

17

Revisado: ___________________________

PAG. 73




HOJA DE RESULTADOS

GUIA J GRUPO No:

Integrantes:

Interruptor inductivo – Aplicación tacométrica


4

4.5

5

5.5

6

6.5

7

7.5

8

8.5

9

9.5

10

12

13

14

15

16

17

Revisado: ___________________________

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1. Tema: Característica estática de un sensor FSR 402. 2. Objetivos:

a. Determinar la característica estática de un sensor resistivo FSR 402.

3. Teoría.

El sensor Interlink Electronics FSR® 402 es un elemento sensor de la familia de los sensores resistivos. Los Force Sensing Resistors®, or FSR®s, son resistores robustos de lámina delgada de polímero (PTF), que exhiben un comportamiento de coeficiente negativo. Esto es disminución de la resistencia con el aumento de la fuerza. La sensibilidad del sensor ha sido optimizada para su uso en el control de dispositivos electrónicos táctiles en electrónica automotriz, sistemas médicos, industria y aplicaciones robóticas.

PAG. 75




a. Comprar y traer un sensor FSR 402. b. Desarrollar un circuito acondicionador para obtener señal de voltaje a partir de la

variación de resistencia del sensor (www.interlinkelectronics.com).

5. Equipo necesario. a. Soporte para la aplicación de la fuerza al sensor FSR 402 b. Multímetro (Cada grupo debe traer uno) c. Sensor FSR 402 (Cada grupo debe traer uno) d. Circuito de acondicionamiento (Cada grupo debe traer el suyo) e. Grupo de pesas

6. Procedimiento.

a. Coloque el sensor en el soporte de aplicación de las pesas. b. Vaya aplicando las pesas de acuerdo a la tabla indicada. c. Obtenga los valores de resistencia, a través del óhmetro del multímetro, anote los

resultados. d. Conecte el sensor al acondicionador. e. Obtenga los valores de voltaje a través del multímetro, anote los resultados. f. Obtenga la resistencia para la masa desconocida.

7. Informe de laboratorio. Presente el informe con los elementos que en este documento deben estar (de acuerdo a las indicaciones del profesor guía de laboratorio). Calcule el peso de la masa desconocida de acuerdo a la resistencia obtenida. Añada como anexo al informe las hojas de datos escaneadas y correctamente revisadas.

PAG. 76



HOJA DE RESULTADOS

GUIA J1 GRUPO No:

Integrantes:

Masa (gr.) 0 50 70 90 110 130 150 170 190

Resistencia ()

Voltaje (V)

Masa (gr.) 210 260 310 360 410 460

Resistencia ()

Voltaje (V)

Resistencia masa desconocida

Revisado: ___________________________

PAG. 77

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGÍA Y MECÁNICA Laboratorio de Instrumentación Industrial Mecánica


Elaborado por: Luis Echeverría Y. Página | 1

1. Tema: Formas de medición de la velocidad angular.

2. Objetivos:

a. Uso de un sensor inductivo para medir velocidad angular.

b. Uso de un sensor fotoeléctrico para medir velocidad angular.

c. Determinación de la velocidad angular por medio de una señal de frecuencia.

3. Teoría.

Para la medición de velocidad angular, uno de los dispositivos más utilizados es el tacómetro. Los

tacómetros los hay de dos tipos: tacómetro de magnitud y de frecuencia. El tacómetro consiste

básicamente en un interruptor (mecánico, inductivo, fotoeléctrico, capacitivo, etc.) y un elemento

que genera la señal de frecuencia por detección por accionamiento intermitente del sensor, como

se indica en la presente gráfica:

Un tacómetro fotoeléctrico es básicamente funciona de manera similar al inductivo, pero no con

campo magnético sino con haz luminoso. Un disco rotatorio se coloca entre la fuente luminosa y

la celda fotovoltaica, o simplemente entre un generador y un receptor de luz (optoacoplador).

Parte del disco deja pasar el haz luminoso, y otra parte lo bloquea Por tanto la celda fotovoltaica

constantemente es activada y desactivada, a una frecuencia que depende de la velocidad angular

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del disco. Al conectar el eje del disco con el eje al cual se le quiere medir la velocidad, seria

generada una forma de onda de voltaje por la fotocelda. La frecuencia de la forma de onda será

entonces una medida de la velocidad angular del eje.

Si conocemos la frecuencia de la señal, lo cual lo podemos medir con un frecuencímetro, entonces

la velocidad angular de giro será:

Donde f es la frecuencia y n el número de ranuras, dientes o elementos que generen pulso durante

un ciclo de giro (360º)


a. Consulte las formas de medir la frecuencia de una señal periódica.

b. Determine aplicaciones de los tacómetros en máquina‐ herramientas


a. Interruptor inductivo

b. Interruptor fotoeléctrico de fibra.

c. Motor con regulación de velocidad.

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d. Medidor y generador de frecuencias.

e. Fuente de alimentación.

f. Cables.

g. Tacómetro digital de laboratorio

6. Procedimiento.

a. Montar el interruptor fotoeléctrico con el motor, el tacómetro y el medidor de frecuencia

de acuerdo al siguiente esquema:

b. Coloque la pinza del tacómetro de la siguiente manera (sin que haya contacto con el disco):

PAG. 80




c. Disminuya la velocidad del motor hasta que el display del tacómetro indique 1500 rpm

(recordar que la velocidad de respuesta del tacómetro es 2 seg), y llene la tabla.

d. Montar el interruptor inductivo con el motor y el medidor de frecuencia de acuerdo al siguiente

esquema:

d. Disminuya la velocidad del motor hasta que el display del tacómetro indique 1500 rpm

(recordar que la velocidad de respuesta del tacómetro es 2 seg), y llene la tabla.


En el informe de laboratorio hay que incluir, además a los puntos comunes del informe, lo

siguiente:

a. Los valores tomados del experimento y el cálculo de la velocidad.

b. Con que otros sensores podría ensamblar tacómetros.

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HOJA DE DATOS

GUÍA JM GRUPO #

Integrantes:

Interruptor fotoeléctrico ‐ Aplicación tacométrica

Velocidad (rpm) Frecuencia (Hz)

1500

1700

1900

2100

2300

2500

2700

2900

3100

3300

3500

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HOJA DE DATOS

GUÍA JM GRUPO #

Integrantes:

Interruptor inductivo ‐ Aplicación tacométrica


1500

1700

1900

2100

2300

2500

2700

2900

3100

3300

3500

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1. Tema: Comportamiento de sensores resistivos de temperatura. 2. Objetivos:

a. Operación y característica estática de termistores y RTDs

3. Teoría.

Compuesto de una mezcla sintetizada de óxidos metálicos, el termistor es esencialmente un semiconductor que se comporta como un "resistor térmico" con un coeficiente térmico de temperatura negativo de valor muy elevado. Los termistores también se pueden encontrar en el mercado con la denominación NTC (Negative Temperature Coeficient ) habiendo casos especiales de coeficiente positivo cuando su resistencia aumenta con la temperatura y se los denomina PTC (Positive Temperature Coeficient). En algunos casos, la resistencia de un termistor a la temperatura ambiente puede disminuir en

hasta 6% por cada C de aumento de temperatura. Esta elevada sensibilidad a variaciones de temperatura hace que el termistor resulte muy adecuado para mediciones precisas de temperatura, utilizándoselo ampliamente para

aplicaciones de control y compensación en el rango de 150C a 450C. El termistor se fabrica a partir de óxidos metálicos comprimidos y sintetizados. Los metales utilizados son níquel, cobalto, manganeso, hierro, cobre, magnesio y titanio, como típicas se pueden considerar las preparaciones de óxido de manganeso con cobre y óxido de níquel con cobre. Modificando las proporciones de óxido se puede variar la resistencia básica un

termistor; se dispone de termistores con resistencias básicas a 25 C desde unos pocos cientos hasta varios millones de ohms. Los termistores sirven para la medición o detección de temperatura tanto en gases, como en líquidos o sólidos. A causa de su muy pequeño tamaño, se los encuentra normalmente montados en sondas o alojamientos especiales que pueden ser específicamente diseñados para posicionarlos y protegerlos adecuadamente cualquiera sea el medio donde tengan que trabajar.

Ecuación de un NTC

Se los puede adosar fácilmente o montar con tornillos, ir roscados en superficies o cementados. Los alojamientos pueden ser de acero inoxidable, aluminio, plástico, bronce u otros materiales. Las configuraciones constructivas del termistor de uso más común son los glóbulos, las sondas y los discos. Los glóbulos se fabrican formando pequeños elipsoides de material de termistor sobre dos alambres finos separados unos 0,25 mm. Normalmente recubiertos con vidrio por razones de protección, son extremadamente pequeños (0,15 mm a 1,3 mm de diámetro) y ofrecen una respuesta extremadamente rápida a variaciones de temperatura.

PAG. 84




Las sondas son glóbulos con conductores de extensión sellados dentro de puntas de varillas de vidrio sólidas con diámetros de 0,76 mm a 2.54 mm y largos de 6,3 mm a 50 mm. Las sondas de vidrio resultan por lo general robustas y más fáciles de montar que los glóbulos pero tienen una mayor constante de tiempo y requieren más espacio. Los discos se fabrican prensando el material bajo una presión de varias toneladas dentro de un molde redondo, lográndose piezas cilíndricas planas. Resultan útiles para las sondas de medición de temperatura en superficies donde se deben sensar un área relativamente grande.

Características En comparación con las termocuplas y las termorresistencias, el termistor no ofrece ventajas de exactitud de salida y estabilidad. Posiblemente, una ventaja importante esté en la extremadamente elevada sensibilidad del termistor a variaciones de temperatura. Los termistores NTC poseen elevadas resistencias a baja temperatura, pero sus resistencias disminuyen exponencialmente a medida que crece la temperatura. Por el contrario, las resistencias de los metales como ser platino, níquel y cobre aumentan linealmente con la temperatura. Los termistores no sirven para la medición de temperatura dentro de alcances amplios puesto que sus variaciones de resistencia son demasiado grandes para que puedan medirse de una manera adecuada con un solo instrumento; alcances de alrededor de 100K suelen ser lo máximo admisible. Los termistores resultan particularmente útiles para medir alcances reducidos de temperatura justamente a causa de sus grandes variaciones de resistencia; por ejemplo, la resistencia de un

termistor típico varía 156 Ω de 0C a 1C , mientras la del platino varía tan sólo 0,385 Ω. La elevada resistencia de los termistores no sólo hace aumentar la sensibilidad, posibilitando la medición de alcances reducidos de temperatura, sino también permite la conexión bifilar. La resistencia del alambre de conexión y los efectos de la temperatura ambiente son despreciables si se los compara con la resistencia del termistor y las variaciones de resistencia. La estabilidad del termistor es una de las características que están bajo estudio. Recientemente es ha desarrollado una técnica de deposición electrónica de radiofrecuencia

PAG. 85




que produce sensores de SiC de película delgada adecuados para temperaturas entre 100 C y 450 C y se dicen que sufren un cambio de resistencia menor del 3% luego de 2.000 horas a

400 C. La linealidad es otra área donde se registran importantes avances. Actualmente se está

fabricando un termistor que puede mantenerse lineal dentro de 0,5 C desde ‐65C hasta 200C. La especificación es estrictamente válida sólo para potencia cero, puesto que los problemas de disipación de calor interfieren con el de desempeño, pero el fabricante sostiene que los errores son mínimos a los niveles prácticos de corriente y tensión. La linealización también puede obtenerse mediante un diseño adecuado del circuito de medición. La linealización digital suele ser considerada efectiva para la mayoría de los termistores con un rango de trabajo no mayor a 1000 Ω. Para los sistemas analógicos opera los sistemas digitales que se estima funcionarán más allá de ese rango, la practica normal es emplear un resistor secundario en paralelo con el termistor de forma de linealizarlo y también poder hacerlo intercambiable con sensores del mismo tipo. Con esta solución, por lo general, su coeficiente de temperatura decrece muchísimo, pero sin llegar a los valores típicos de una termorresistencia metálica. En las aplicaciones de medición y control de temperatura, el termistor se usa, generalmente, como uno de los brazos de un puente Wheatstone convencional. Este tipo de circuito suministra una máxima sensibilidad. Para aumentar los niveles de salida del puente, se puede insertar un amplificador entre la salida del puente y el instrumento indicador o dispositivo de control. Este dispositivo es el que también se utiliza en el caso de las termorresistencias metálicas.

Diseño El diseño de los termistores implica considerar los aspectos mecánicos o físicos, por un lado, y los eléctricos por el otro. Consideraciones mecánicas o físicas Las especificaciones mecánicas se refieren a:

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Tamaño y configuración adecuados para el uso previsto, como ser el método de montaje el elemento sensor expuesto o encerrado, terminación, etc., lo que, a su vez, determina la constante de disipación y la constante de tiempo.

Material a utilizarse para la construcción del conjunto sensor del termistor, lo cual depende del medio (como ser aire, agua, aceite, etc.), longitud de exposición y medio corrosivo, niveles de choque, vibración y humedad, temperatura de operación y rango de temperatura, presión del medio al que se halla expuesto el termistor, etc.

Todas estas consideraciones son las mismas que se deben tener en cuenta para los casos ya vistos de termocuplas y termorresistencia. Consideraciones eléctricas. Las consideraciones eléctricas se refieren en forma somera a aquellas características de un termistor que pueden determinarse mediante un ensayo eléctrico.

La resistencia y la tolerancia a cierta temperatura de referencia.

La constante de disipación, que es la potencia, generalmente en mW que hará subir la temperatura del termistor 1°C por encima de la temperatura ambiente; esta constante queda determinada en cierta medida por el tipo y tamaño del termistor utilizado, y por el método de montaje.

La constante de tiempo, que es el tiempo, en segundos, para que todo el conjunto cambie su propia temperatura un 63% de como lo haría a partir de su temperatura original hasta alguna temperatura final al estar sometido a una variación escalón de temperatura; también queda determinado en cierta medida por el tipo y tamaño del termistor utilizado, y por el método de montaje.

El coeficiente de temperatura o la variación de resistencia por cada grado de variación de temperatura del termistor.

Selección. En las aplicaciones de medición y control de temperatura, la selección de una resistencia de termistor adecuada generalmente depende de las siguientes consideraciones: Alcance de temperatura. Por lo general, la resistencia nominal de un termistor se elige fundamentalmente en base al alcance de temperaturas de operación. Mayores valores de resistencia corresponden a temperaturas más elevadas, mientras las bajas temperaturas requieren menores resistencias. Valores de resistencia en los extremos del alcance de temperatura. Se deben considerar los siguientes factores:

Antes que nada, si la curva del termistor será positiva o negativa (PTC o NTC). Por lo general y su difusión lo confirma, en la medición de temperaturas se utiliza el NTC, salvo para casos de compensación de alguna variable a que forzosamente deba ser de característica PTC. Entonces considerando un termistor NTC, los otros dos factores a considerar son:

o La resistencia máxima a bajas temperaturas no debe ser demasiado alta para poder satisfacer las necesidades de los circuitos asociados como ser

PAG. 87




amplificador, lectura, etc. Si la resistencia a bajas temperaturas es muy alta, se debe considerar la posibilidad de captación de señales espurias. Si por otras razones es necesaria una elevada resistencia y la captación es un problema. se aconseja utilizar líneas blindadas, filtros y alimentación CC.

o La resistencia mínima a elevadas temperaturas no debe ser demasiado baja para poder satisfacer las necesidades del amplificador, lectura, etc. Si la resistencia a elevadas temperaturas es demasiado baja, se deben tener en cuenta los posibles errores debidos a las resistencias de contacto, a la resistencia de línea y a la variación de la resistencia de línea para variaciones de la temperatura ambiente.

Sensibilidad. La mayoría de las aplicaciones tienen una tolerancia expresada en unidades de temperatura. En cambio, los termistores suelen especificarse en términos de tolerancia de resistencia. Es una característica de los termistores que una tolerancia de resistencia fija sobre un alcance de temperatura sea equivalente a una tolerancia de temperatura que es menor en el extremo de temperaturas bajas y mayor en el extremo de temperaturas altas. Autocalentamiento. La potencia (PR) disipada en el termistor hará subir su temperatura por encima de la ambiente. El incremento de temperatura es una función directa de la constante de disipación del termistor con su montaje dentro del medio ambiente donde opera. Aplicaciones. Según la utilización, pueden encontrarse en el mercado termistores con valores entre 100 Ω y 30 KΩ, los de uso más frecuente se encuentran en la franja entro 1KΩ y 5KΩ. Dentro de estos valores, tal como se mencionó anteriormente, no influyen los pequeños valores de resistencia correspondientes a los conductores de extensión o los propios del termistor. El rango de temperatura de uso más difundido es entre ‐50°C y 200°C, a pesar de haber algunos que alcanzan los 450°C. Su aplicación más frecuente es como sensor de temperatura para mediciones rápidas en sondas manuales que acompañan a los termómetros portátiles electrónicos, hoy más difundidos. Su desventaja es su falta de estabilidad en el tiempo y su gran dispersión en comparación con las termorresistencias, que pueden fabricarse con valores de resistencia superiores (Pt 500 y Pt 1000), mayores exactitudes y valores normalizados universalmente que garantizan su intercambio sin calibración previa. La ventaja más importante es su pequeña masa, lo que permite velocidades de respuesta muy altas 4. Trabajo preparatorio.

a. Consulte las características de un termistor comercial de disco. b. Explique detalladamente la aplicación de un termistor tipo disco.


a. Un contenedor plástico.

PAG. 88




b. Una resistencia de calentamiento de 0.5Ω. c. Un acondicionador de termocupla NiCr‐Ni. d. Una interface USB. e. Una termocupla de inmersión NiCr‐Ni. f. Un RTD Pt100. g. Dos termistores. h. Una termocupla de Cromel‐Alumel (Tipo K). i. Un multímetro. j. Pieza de soporte para sensores. k. Papel o tela absorbente que Ud. debe traer.

6. Procedimiento.

LEA ESTO CUIDADOSAMENTE ANTES DE INICIAR En esta práctica debe tener excesivo cuidado porque vamos a manipular agua. Si el agua se derrama sobre los elementos electrónicos podrá causar un cortocircuito que dañara

irreparablemente estos dispositivos. Como el agua al final de la medición alcanza los 56 C, hay riesgo de que se queme si no la manipula con cuidado. Por lo tanto Ud. Es responsable de manipular correctamente los elementos de esta práctica.

a. Llenar el contenedor de plástico hasta la línea señalada en rojo. Seque bien el

contenedor antes de continuar con el papel o la tela absorbente. b. Colocar la resistencia de calentamiento. NO LA CONECTE TODAVIA. c. Coloque la termocupla de inmersión junto a la termocupla tipo K, en el soporte de

sensores. d. Conecte la termocupla tipo K al multímetro. e. Conecte el termistor de inmersión al acondicionador de termocuplas y los dos al

interface USB. Arranque el programa MEASURE de PHYWE, dando doble click sobre el icono en el escritorio.

f. Calibre con un punto, de ser necesario, la termocupla de inmersión. Pida indicaciones para este procedimiento.

g. Desconecte multímetro y guarde el termistor tipo K. h. Coloque el termistor pequeño de disco junto a la termocupla de inmersión, en el

soporte. Conecte el termistor al multímetro en modalidad de medición de resistencia (Rango de 20KΩ). ENCIENDA LA RESISTENCIA, tome datos y anote en la tabla de resultados.

i. Vacíe cuidadosamente el agua caliente, y vuelva a llenar el envase con agua a temperatura ambiente. Seque bien el contenedor antes de continuar con el papel o la tela absorbente.

j. Coloque el termistor grande de disco junto a la termocupla de inmersión, en el soporte. Conecte el termistor al multímetro en modalidad de medición de resistencia (Rango de 2KΩ). ENCIENDA LA RESISTENCIA, tome datos y anote en la tabla de resultados.

PAG. 89




k. Vacíe cuidadosamente el agua caliente, y vuelva a llenar el envase con agua a temperatura ambiente. Seque bien el contenedor antes de continuar con el papel o la tela absorbente.

l. Sujete con sus manos el RTD, junto al termistor de inmersión (no lo sujete al soporte de sensores por que el dispositivo es muy pesado) Conecte el PT100 al multímetro en modalidad de medición de resistencia (Rango de 200Ω). ENCIENDA LA RESISTENCIA, tome datos y anote en la tabla de resultados.


comunes del informe, lo siguiente: a. Calcule y dibuje la característica estática de los sensores probados.

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HOJA DE RESULTADOS

GUIA K GRUPO No:

Integrantes:

Temperatura Termistor pequeño Termistor grande PT100

C Ω

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

50

52

54

56

Revisado: ___________________________

PAG. 91


Instrumentación Mecatrónica


1. Tema: Característica estática del sensor ultrasónico SR04 y EZ4. 2. Objetivos:

a. Determinar la característica estática de los sensores SR04 y EZ4.

3. Teoría.

El sensor ultrasónico HC‐SR04 utiliza el principio del sonar para determinar la distancia a un objeto. Una señal de ultrasonido es generada y su eco es recibido Este módulo ofrece una excelente precisión de alcance y lecturas estables en un paquete fácil de usar. La operación no se ve afectada por la luz solar o material negro (aunque los materiales blandos como acústicamente tela pueden ser difíciles de detectar). Sus características técnicas son: Power: 5V DC Quiescent Current : <2mA

Effectual Angle: <15° Ranging Distance: 2cm – 500 cm/1" ‐ 16ft Resolution: 0.3 cm LxWxH: 45 x 20 x 15mm Weight: 8.5g

Para una alimentación de 2,5 V ‐ 5,5 V, el LV‐MaxSonar®‐ EZ4™ ofrece un rango de detección que va de pequeño a gran alcance, en un paquete increíblemente pequeño. El LV‐MaxSonar®‐EZ4™ detecta objetos desde 0 a 254 pulgadas (6.45 metros) y proporciona información sobre el rango del sonar desde 6 pulgadas hasta 254 pulgadas con una resolución de 1 pulgada. Objetos de 0 a 6 pulgadas son captados a 6 pulgadas. Los formatos de salida de la interfaz que se incluyen son la salida de ancho de pulso, salida de tensión analógica y salida digital serie.

PAG. 92




El usillo con moto reductor y medidor de desplazamiento incremental, es un dispositivo del laboratorio de Instrumentación Industrial Mecánica que nos permite controlar los desplazamientos en magnitud y dirección, para lo cual dispone de un motor DC y requiere de un circuito de control de dirección. El usillo dispone de 2 interruptores de dirección magnéticos para evitar colisiones entre la bancada de desplazamiento y los extremos del equipo.


a. Prepare y arme un circuito para poder controlar la dirección de desplazamiento de la unidad de usillo con moto reductor con medidor de desplazamiento incremental, que trabaja a 24 Vdc. Utilice los sensores para detener el movimiento en cualquiera de las direcciones. Consulte las características del motor en el laboratorio de Instrumentación Industrial Mecánica, si es que lo necesita.

b. Prepare y arme un circuito para generar una salida detectable (voltaje, corriente, frecuencia o binaria) para los sensores SR04 y EZ4. Puede hacerlo a través de un microcontrolador o en base a un Arduino®.


a. Unidad de usillo con moto reductor con medidor de desplazamiento incremental. b. Circuito de control de giro para el usillo. c. Sensor y circuito de acondicionamiento SR04 d. Sensor y circuito de acondicionamiento EZ4 e. Multímetros f. Placas para detección de posición.

6. Procedimiento.

a. Conecte el circuito de control de giro para el motor del usillo y compruebe su funcionamiento.

bancadaMedidor de desplazamiento

incremental

Interruptores de

colisión

Motor 24 Vdc

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b. Ubique el sensor SR04 a un lado del usillo apuntando hacia la bancada móvil y asegúrelo. Coloque la placa reflectora sobre la bancada móvil.

c. Mueva la bancada desde 0 hasta 200 mm de acuerdo a las tablas de la hoja de datos. d. Tome los datos arrojados por el acondicionamiento del sensor. e. Repita los pasos anteriores para el sensor EZ4.


sensor

PAG. 94




HOJA DE RESULTADOS

GUIA K1 GRUPO No:

Integrantes:

Resultados SR04

Distancia placa 0 10 20 30 40 50 60 70 80 Salida sensor


Distancia placa 180 190 200 Salida sensor

Resultados EZ4



Distancia placa 180 190 200 Salida sensor

Revisado: ___________________________

PAG. 95




1. Tema: Simulación de un sensor mediante su función de transferencia y análisis dinámico del

mismo.

2. Objetivos: a. Simular el funcionamiento dinámico de un sensor, partiendo de su modelo físico –

matemático. b. Manipular una herramienta para la simulación dinámica de un sensor en base a su

función de transferencia.

3. Teoría. Las mediciones son, excepcionalmente, independientes del tiempo, por lo tanto estas presentan un componente dinámico, que es necesario conocerlo para poder interpretarlas. Para poder apreciar la capacidad y uso de los instrumentos, es necesario conocer los tipos de respuestas en el tiempo y desarrollar un modelo matemático que permita comprender estos funcionamientos. La función de transferencia, relaciona algébricamente la salida con la entrada de un sistema en términos de la variable de Laplace. Esta función permite separar los tres elementos de un sistema: entrada, sistema y salida.

I(s) O(s) Donde:

1 2 31 2 3 0

1 2 31 2 3 0

.........( )( )

( ) .........

m m m mm m m m

n n n nn n n n

b s b s b s b s bO sG s n m

I s a s a s a s a s a


a. Consulte la forma como se ingresa la característica dinámica de un sensor usando

SIMULINK, y obtener la respuesta para entradas en escalón, pulso y rampa. Busque ayuda en la dirección WEB: http://www.mathworks.com/access/helpdesk_r13/help/toolbox/simulink/

b. Obtenga la función de transferencia de una termocupla, un acelerómetro (con masa, resorte y amortiguador) y un motor de DC. En base a los modelos y ecuaciones matemáticas de estos dispositivos.

c. Determine los tres tipos posibles de respuesta transitoria para una entrada escalón en un sistema de segundo orden.

1 2 31 2 3 0

1 2 31 2 3 0

.........

.........

m m m mm m m m

n n n nn n n n

b s b s b s b s b

a s a s a s a s a

PAG. 96




5. Equipo necesario. a. Computador, b. Matlab con SIMULINK. c. Funciones de transferencia

6. Procedimiento.

a. Ingrese las funciones de transferencia de los instrumentos indicados en el trabajo preparatorio.

b. Halle y dibuje la respuesta de los instrumentos a las señales indicadas en la hoja de resultados, consigne en la misma las respuestas

c. Ingrese diferentes valores de los parámetros del acelerómetro para obtener respuestas: subamortiguada, críticamente amortiguada y sobreamortiguada para la entrada escalón indicada en la hoja de resultados


Presente el informe con los elementos que en este documento deben estar, añada como anexo al informe las hojas de datos escaneadas y correctamente revisadas, y compruebe teóricamente los resultados obtenidos en la hoja de datos, hallando las ecuaciones de las respuestas.

PAG. 97




HOJA DE RESULTADOS

GUIA L GRUPO No:

Integrantes:

PARTE B: Termocupla: Entrada Salida

Entrada Salida

Entrada Salida

Revisado: ___________________________

120°C

T

t

V

t

350°C

T

t

V

t

120°C

T

t

V

t 0

10s

PAG. 98




HOJA DE RESULTADOS

GUIA L GRUPO No:

Integrantes:

Acelerómetro: Entrada Salida

Entrada Salida

Entrada Salida

Revisado: ___________________________

2 G

a

t

y

t

10 G

a

t

y

t

2 G

a

t

y

t 0

10s

PAG. 99




HOJA DE RESULTADOS

GUIA L GRUPO No:

Integrantes:

Motor de DC: Entrada Salida

Entrada Salida

Entrada Salida

Revisado: ___________________________

24 V

V

t

ω

t

32 V

V

t

ω

t

6 V

V

t

ω

t 0

10s

PAG. 100




HOJA DE RESULTADOS

GUIA L GRUPO No:

Integrantes:

PARTE C: Acelerómetro: Entrada

Salida Sobreamortiguada Parámetros: M = ________ c = _________ k = _________ Salida Críticamente Amortiguada Parámetros: M = ________ c = _________ k = _________ Salida Subamortiguada Parámetros: M = ________ c = _________ k = _________

Revisado: ___________________________

2 G

a

t

y

t

y

t

y

t

PAG. 101




1. Tema: Medición de velocidad angular con SR04, NTE3100 y SHARP 2YOA21. 2. Objetivos:

a. Determinar la característica estática de los sensores SR04, NTE3100 y SHARP 2YOA21,

acoplados para medir velocidad angular.

3. Teoría.

El sensor ultrasónico HC‐SR04 utiliza el principio del sonar para determinar la distancia a un objeto. Una señal de ultrasonido es generada y su eco es recibido Este módulo ofrece una excelente precisión de alcance y lecturas estables en un paquete fácil de usar. La operación no se ve afectada por la luz solar o material negro (aunque los materiales blandos como acústicamente tela pueden ser difíciles de detectar). Sus características técnicas son: Power: 5V DC Quiescent Current : <2mA

Effectual Angle: <15° Ranging Distance: 2cm – 500 cm/1" ‐ 16ft Resolution: 0.3 cm LxWxH: 45 x 20 x 15mm Weight: 8.5g

El módulo interruptor NTE3100 es un diodo emisor de infrarrojos de arseniuro de galio y un fototransistor NPN de silicio con montaje en carcasa de policarbonato. El empaquetamiento está diseñado para optimizar la resolución mecánica, la eficiencia de acoplamiento, la eyección de luz de ambiente, el coste y la confiabilidad. Funciona con el principio de que lo opaco sobre el infrarrojo interrumpirá la transmisión de luz entre un emisor de luz infrarroja y un fotosensor, conmutando la salida del estado "ENCENDIDO" al estado "APAGADO". Utilizado en aplicaciones como copiadoras,

impresoras, máquinas de fax, tocadiscos, caseteras e interruptores optoelectrónicos. Entre sus características tenemos:

Espacio de 3 mm entre la luz LED y el detector

PAG. 102




Caja de policarbonato protegida de la luz ambiental.

Margen de temperatura de funcionamiento: ‐25°C a 85°C

Margen de temperatura de almacenamiento: ‐40°C a 85 °C

Temperatura de la aguja (durante el soldado, a 1/16" de la caja, 10 s.): 260 °C

El sensor de distancia producidos por Sharp es una solución popular y relativamente baja para medir la distancia. El sensor puede ser usado también para medir color (en forma muy limitada) y son las características de este sensor:

Distancia mínima de medición: 10 cm;

Distancia máxima de medición: 80cm;

Sensor infrarrojo de proximidad;

Salida analógica inversamente proporcional a la distancia;

Voltaje de alimentación operativo: 4,5 V a 5,5 V;

Tiempo de respuesta: 38 ± 10 ms. El Motor con disco perforado, que dispone el laboratorio de Instrumentación Industrial Mecánica, es un motor en el interior de una caja de aluminio al que se encuentra acoplado un disco de metal perforado. Actualmente se encuentra


a. Prepare y arme un circuito para poder controlar la velocidad de giro del motor con disco perforado. El voltaje que utiliza el motor es de 24 Vdc.

b. Prepare y arme un circuito para generar una salida detectable (voltaje, corriente, frecuencia o binaria) para los sensores SR04, NTE3100 y SHARP 2YOA21. Puede hacerlo a través de un microcontrolador o en base a un Arduino®.


a. Unidad de Motor con disco perforado. b. Circuito de control de velocidad de giro. c. Sensor y circuito de acondicionamiento para el SR04 d. Sensor y circuito de acondicionamiento para el NTE3100 e. Sensor y circuito de acondicionamiento para el SHARP 2YOA21 f. Multímetros g. Medidor de frecuencia h. Accesorios adicionales.

6. Procedimiento.

PAG. 103




a. Conecte el circuito de control de velocidad de giro al motor con disco perforado y compruebe su funcionamiento.

b. Ubique el sensor SR04, convenientemente frente al disco perforado de tal forma que los agujeros en el disco generen variaciones en la salida del sensor. Anote los resultados obtenidos para 10 velocidades angulares conocidas del disco.

c. Ubique el sensor NTE3100 acoplándolo al disco perforado, de tal forma que los agujeros en el disco generen variaciones en la salida del sensor. Anote los resultados obtenidos para 10 velocidades angulares conocidas del disco. Ayúdese del medidor de frecuencia.

d. Ubique el sensor SHARP 2YOA21, convenientemente frente al disco perforado de tal forma que los agujeros en el disco generen variaciones en la salida del sensor. Anote los resultados obtenidos para 10 velocidades angulares conocidas del disco.


PAG. 104




HOJA DE RESULTADOS

GUIA L1 GRUPO No:

Integrantes:

Resultados SR04


Distancia placa 10 Salida sensor

Resultados NTE3100



Resultados SHARP 2YOA21 Distancia placa 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Salida sensor


Revisado: ___________________________

PAG. 105




1. Tema: Simulación de la respuesta dinámica de un sensor mediante el uso de Working Model. 2. Objetivos:

a. Simular el funcionamiento dinámico de un sensor, partiendo de su modelo físico –

matemático. b. Manipular una herramienta para la simulación dinámica de un sensor en base

simulación computarizada.

3. Teoría.

La Respuesta dinámica de un instrumento relaciona la entrada – salida del mismo una vez que el dispositivo se ha “estabilizado”, o sea es independiente del tiempo. Ahora bien, puede ocurrir que la cantidad bajo medición sufra una variación en un momento determinado y por lo tanto es necesario que conozcamos el comportamiento dinámico del instrumento cuando sucedan estas variaciones. Para realizar el análisis dinámico del instrumento podemos aplicar un cambio brusco de un estado a otro (la función escalón). Definamos una serie de parámetros que caracterizan a la respuesta dinámica: Error dinámico. El error dinámico de un instrumento se define como la diferencia entre la cantidad indicada en un instante de tiempo dado y el verdadero valor del parámetro que se está midiendo. Tiempo de respuesta. Es el tiempo transcurrido entre la aplicación de una función escalón y el instante en que el instrumento indica un cierto porcentaje (90%, 95% o 99%) del valor final. Para instrumentos con aguja indicadora (medidores), el tiempo de respuesta es aquél que tarda la aguja en estabilizarse aparentemente, lo cual ocurre cuando ha llegado a un porcentaje determinado (por ejemplo 1%) de su valor final. Tiempo nulo. Es el tiempo transcurrido desde que se produce el cambio brusco a la entrada del instrumento hasta que él alcanza el 5% del valor final. Sobreimpulso. Si el sensor responde como un sistema de segundo orden subamortiguado, el sobreimpulso es la respuesta más alta de salida durante su comportamiento dinámico.

PAG. 106




Working Model es el resultado de doce años de trabajo en colaboración entre ingenieros profesionales y especialistas en software. Es un software para ingeniería fácil de usar que lo harán más productivo, ahorrándole tiempo y dinero en la elaboración de prototipos de maquinaria, realización de pruebas y rediseño.


a. Consulte el modelo del sistema de suspensión de un automóvil. b. Consulte el modelo de un acelerómetro. c. Determine los tres tipos posibles de respuesta transitoria para una entrada escalón en

un sistema de segundo orden.

5. Equipo necesario. a. Computador, b. Working Model. c. Modelos matemáticos.

6. Procedimiento.

a. Realice el programa para simular el sistema de suspensión de un automóvil, y grafique el desplazamiento que sufre la carrocería. Añada botones de deslizamiento para ingresar y cambiar los parámetros del modelo. Obtenga las tres respuestas de un sistema de segundo orden. Anote los parámetros que dieron lugar a estas tres respuestas.

b. Realice el programa para simular el sistema de un acelerómetro, y grafique el desplazamiento que sufre la masa sísmica. Añada botones de deslizamiento para ingresar y cambiar los parámetros del modelo. Obtenga las tres respuestas de un sistema de segundo orden. Anote los parámetros que dieron lugar a estas tres respuestas.

7. Informe de laboratorio. Presente el informe con los elementos que en este documento deben estar, añada como anexo al informe las hojas de datos escaneadas y correctamente revisadas, y además COMPRUEBE TEÓRICAMENTE los tipos de respuesta obtenidos, por simulación, resolviendo matemáticamente el modelo para cada caso.

PAG. 107




HOJA DE RESULTADOS

GUIA M GRUPO No:

Integrantes:

Sistema de suspensión de un automóvil

Respuesta subamortiguada.

M: k: c:

Respuesta críticamente amortiguada.

M: k: c:

Respuesta sobreamortiguada.

M: k: c:

Revisado: ___________________________

PAG. 108




1. Tema: Detección de espectro de vibración con dispositivos piezoeléctricos. 2. Objetivos:

a. Obtener el espectro de vibración, mediante dispositivos piezoeléctricos. b. Determinar las frecuencias de un espectro de vibración.

3. Teoría. La vibración se define como el movimiento oscilante que hace una partícula alrededor de un punto fijo. Este movimiento puede ser regular en dirección, frecuencia y/o intensidad; o aleatorio, que es lo más normal. La medición y análisis de vibraciones es utilizado, en conjunto con otras técnicas, en todo tipo de industrias como técnica de diagnóstico de fallas y evaluación de la integridad de máquinas y estructuras.

Algunas de las técnicas más utilizadas en la inspección de máquinas, son:

Análisis Espectral. La esencia del análisis espectral es descomponer la señal vibratoria en el dominio del tiempo en sus componentes espectrales en frecuencia.

PAG. 109




Análisis de la Forma de Onda. El análisis de la forma de la vibración en el tiempo a veces puede proveer información complementaria al análisis espectral.

Análisis de Fase de Vibraciones. Se puede definir la diferencia de fase entre dos vibraciones de igual frecuencia como la diferencia en tiempo o en grados con que ellas llegan a sus valores máximos, mínimos o cero.

Análisis de los Promedios Sincrónicos en el Tiempo. Esta técnica recolecta señales vibratorias en el dominio tiempo y las suma y promedia sincrónicamente mediante un pulso de referencia repetitivo. En la siguiente figura se muestra vibraciones medidas en la tercera prensa de una máquina papelera. Se observa utilizando la técnica de promedios sincrónicos en el tiempo la contribución a la vibración global del rodillo superior y el filtro. Esto permite determinar en forma más fácil el origen de las diferentes componentes vibratorias.

PAG. 110




Análisis de Orbitas. Combinando dos señales vibratorias captadas por sensores ubicados relativamente entre ellos a 90º (vertical y horizontal) en un descanso de la máquina se puede obtener el movimiento del eje en el descanso o su órbita.

Análisis de Demodulaciones. El análisis de demodulaciones en amplitud consiste en analizar la envolvente de la señal temporal de una señal modulada. Este análisis permite determinar más fácilmente la periocidad de las modulaciones y diagnosticar problemas.

Análisis de Vibraciones en Partidas y Paradas de una Máquina. Es el caso de los problemas que generan vibraciones cuyas frecuencias son función de la velocidad de la máquina. Al disminuir ésta, dichas componentes van disminuyendo en acorde, por lo que en algún momento coinciden con alguna frecuencia natural de ella y son amplificadas, evidenciando en ese instante en forma más clara el problema.

Transformadas tiempo‐frecuencia. Esto se consigue con las distribuciones o transformadas (tiempo‐frecuencia). Las transformadas (tiempo‐frecuencia) son análisis tridimensionales amplitud‐tiempo‐frecuencia, es decir, segrega una nueva dimensión (el tiempo) a la clásica FFT.

PAG. 111




El LDT0‐028K,es un sensor de vibración de polímero piezoeléctrico sin masa inercial, empleado en la detección de impactos, rupturas de cristales, desbalance de máquinas, movimiento de vehículos, dispositivos antirrobo, monitoreo de parámetros vitales, SW flexible, etc. Fabricante: Measurement Specialties Características:

‐ Se puede alterar su frecuencia de resonancia sosteniéndolo en lugares diferentes de su longitud. ‐ Elemento sensor resistente y flexible que soporta impactos de alta carga ‐ Fácil montaje con pines soldables al PCB


a. Prepare y arme un circuito para poder captar una señal de voltaje a través del LDT0‐028K o compatible.

b. Prepare un programa en LabVIEW, para tomar los datos del circuito indicado anteriormente. Puede utilizar como elemento de adquisición de datos una tarjeta Arduino.


a. Sensor LDT0‐028K y acondicionamiento b. Mesa vibratoria c. PC con LabVIEW instalado. d. Tarjeta Arduino, configurada como elemento de adquisición de datos. e. Fuente f. Accesorios adicionales.

6. Procedimiento.

a. Acople a la mesa vibratoria, el dispositivo LDT0‐028K de acuerdo a las indicaciones del fabricante del sensor.

b. Conecte el sensor a su circuito de acondicionamiento. c. Conecte la salida del circuito de acondicionamiento a la tarjeta Arduino, trabajando

como tarjeta de adquisición de datos. d. Abra el LabVIEW, cargue el programa y tome datos para frecuencias de 2, 5 y 8, de

acuerdo a la perilla de control de la mesa vibratoria. 7. Informe de laboratorio. Presente el informe con los elementos que, en este documento deben estar (de acuerdo a las indicaciones del profesor guía de laboratorio). Para cada uno de los espectros capturados, determine cuál es la frecuencia fundamental, y dos componentes adicionales de frecuencia.

PAG. 112




HOJA DE RESULTADOS

GUIA M1 GRUPO No:

Integrantes:

Esboce los grafico obtenidos para las posiciones de las perillas indicadas:

Perilla en 2 Perilla en 5

PAG. 113




Perilla en 8

Revisado: ___________________________

PAG. 114




1. Tema: Determinación de la posición de las galgas extensiométricas en una celda de carga. 2. Objetivos:

a. Simular el comportamiento estático de una celda de carga, mediante el uso de un

paquete CAD/CAM/CAE. b. Manipular una herramienta para la simulación dinámica de un sensor en base a su

función de transferencia.

3. Teoría.

Las celdas de carga constituyen uno de los grupos más importantes de sensores para detectar variables mecánicas como fuerza, peso, presión, torque, par, entre otros. Fundamentan su operación en la deformación elásticas de elementos conocidos como celdas o células de carga. Las celdas de carga comerciales vienen en múltiples formas para acomodarse a diferentes aplicaciones. La celda de carga trabaja en asociación con sensores que puedan medir micro desplazamientos producidos por la deformación elástica de la misma. Estos sensores

suelen ser normalmente galgas extensiométricas. Las galgas extensiométricas están normalmente sujetas a tensión, compresión o cizalladura en los dispositivos.

PAG. 115




Los tipos más populares de celdas son:

de botella (Canister Load Cell)

en S (´S´ Beam Load Cell)

en voladizo (Bending Beam Load Cell)

en voladizo por cortante redonda (Shear Beam Round)

en voladizo por cortante rectangular (Shear Beam Rectangular).

en C (´C´ Beam Load Cell)

de botón (Load Button Cell) 4. Trabajo preparatorio.

a. Dibuje en SolidWorks las siguientes celdas de carga:

64

58

12

12

R6

R5

8

12

20

PAG. 116




b. Consulte en el Internet las características técnicas de una celda de carga tipo

BENDING BEAM LOAD CELL y dibújelo.

5. Equipo necesario. a. Computador, b. SolidWorks con CosmosWorks. c. Celdas de carga dibujadas.

6. Procedimiento.

a. Cargue los archivos de los dibujos a SolidWorks.

R14,9

R14,7

R12,9

33

13,7

3127

PAG. 117




b. Aplique la carga sobre las celdas, si es necesario dibujar algún accesorio para aplicar la misma, dibújelo.

c. Genere y guarde el informe de una de las fuerzas aplicadas a la celda. d. Anote en las hojas de resultados la posición de las galgas en la celda.

7. Informe de laboratorio. Presente el informe con los elementos que en este documento deben estar, añada como anexo al informe las hojas de datos escaneadas y correctamente revisadas, y compruebe teóricamente los resultados obtenidos en la hoja de datos, hallando las ecuaciones de las respuestas.

PAG. 118




HOJA DE RESULTADOS

GUIA N GRUPO No:

Integrantes:

´S´ Beam Load Cell

X: Y: Z:

X: Y: Z:

X: Y: Z:

X: Y: Z:

X: Y: Z:

Canister Load Cell

X: Y: Z:

X: Y: Z:

X: Y: Z:

X: Y: Z:

X: Y: Z:

Bending Beam Load Cell

X: Y: Z:

X: Y: Z:

X: Y: Z:

X: Y: Z:

X: Y: Z:

Revisado: ___________________________

PAG. 119




1. Tema: Simulación del funcionamiento de un sensor en Solidworks y FloWorks.

2. Objetivos:

a. Simular el funcionamiento estático de un sensor, partiendo de su caracterización

mecánica. b. Manipular una herramienta para el diseño y simulación de un sensor en base a su

caracterización mecánica.

3. Teoría. FloWorks es un software para la simulación de fluidos integrado totalmente y de forma exclusiva con SolidWorks. Su objetivo es la facilidad de uso y la potencia de cálculo. La línea de producto se divide de la siguiente manera: FloWorks Basic: para ingenieros que quieran validar sus diseños, permite analizar flujo interno y externo, compresible e incompresible, flujos laminares y turbulentos, así como análisis en estado permanente y análisis de transferencia de calor. Funciona totalmente a través de asistente, y tiene la misma potencia de análisis que los módulos superiores. FloWorks: añade a las anteriores capacidades la mezcla de múltiples fluidos, capacidad de transferencia de calor adicional y curva de ventiladores y bombas. Además, tiene capacidades de postproceso adicionales, como por ejemplo, el trazado de partículas. Está indicado para ingenieros con necesidades avanzadas de análisis. FloWorks PE: añade además control avanzado de mallados y ajustes del SOLVER para optimizar el análisis a realizar y el tiempo de computación. Soporta los sistemas con múltiples procesadores. Dispone de la función EFD Zomming con la cual el usuario puede concentrarse en una pequeña zona del análisis y recalcular con mayor precisión. FloWorks Explorer: durante el tiempo que una licencia completa de FloWorks está haciendo cálculos, el usuario puede preparar otros análisis y visualizar los resultados de los análisis ya realizados.


a. Consulte la forma como trabajar con FloWorks para simular un fluido que pasa por

un sensor placa orificio, los datos del sensor son tubería de 16 mm de diámetro, con placa de acero de 3 mm y un orifico de 10 mm.

b. Consulte características técnicas de un tubo de Pitot, para tubería de uso industrial.


a. Computador, b. SolidWorks con FloWorks.

6. Procedimiento.

PAG. 120




a. Simule el comportamiento del sensor de placa orificio indicado en el preparatorio. b. Simule el comportamiento de un Venturi, de un dispositivo de boquilla con los

mismos datos del placa – orificio y un tubo de Pitot. Para el Pitot utilice los datos consultados en el preparatorio.


Presente los resultados y el informe de acuerdo a los elemento indicados.

PAG. 121




HOJA DE RESULTADOS

GUIA O GRUPO No:

Integrantes:

Placa – orificio: Bosquejo de las líneas de flujo

Venturi: Bosquejo de las líneas de flujo

Revisado: ___________________________

PAG. 122




HOJA DE RESULTADOS

GUIA O GRUPO No:

Integrantes:

Boquilla: Bosquejo de las líneas de flujo

Tubo de Pitot: Bosquejo de las líneas de flujo

Revisado: ___________________________

PAG. 123




1. Tema: Calibración de un sensor de Fuerza Industrial.

2. Objetivos:

a. Aprender el comportamiento de un sensor de fuerza industrial.

b. Característica estática.

3. Teoría. Una fuerza desconocida puede ser medida mediante varios

procedimientos:

a. Balanceando la fuerza desconocida contra la ejercida por una

masa (peso) mediante un sistema de balanza.

b. Midiendo la aceleración que provoca en una masa conocida.

c. Distribuyendo la fuerza en un área conocida y midiendo la

presión que esta ejerce.

d. Compensándola contra una fuerza provocada por un campo

magnético generado por una bobina.

e. Convirtiendo la fuerza en deformación sobre un elemento

elástico.

El último método es frecuentemente utilizado a través de un sensor primario conocido

como celda de carga y ayudado de una galga extensiometrica. Las galgas extensiometricas

utilizan un alambre doblado, el mismo que se estira como producto de la deformación

aplicada al elemento elástico. Este estiramiento produce un cambio de su resistencia

eléctrica. La ecuación de la galga extensiométrica es:

∆

Donde k es la constante de galga y es la deformación longitudinal y es igual a L/Lo. Para que la variación de resistencia de la galga extensiométrica se transforme en variación de

voltaje se utiliza un puente de resistencias en el cual la galga se encuentra en uno o dos brazos.

En los sensores de fuerza industrial, el sistema de

acondicionamiento de señal, normalmente, se

encuentra incorporado al dispositivo,

configurando lo que se conoce como un

transmisor de fuerza y proporcionando una salida

de corriente o voltaje proporcional a la entrada. El

circuito de puente completo interno es

Fig. No.1

Fig. No.2

PAG. 124




complementado por medio de resistencias dependientes de la temperatura y resistencias fijas

calibradas.

Se utiliza un sensor de fuerza industrial para la medición de grandes fuerzas. La característica

estática de este sensor debe determinarse por medio de una calibración.


Para los estudiantes de la carrera de Mecatrónica.

Explique detalladamente el siguiente circuito de acondicionamiento de un sensor de

fuerza industrial (celda de carga).

Para los estudiantes de la carrera de Mecánica.

Para una celda de carga industrial tipo botella, realice el análisis por elementos finitos

y determine el lugar donde se deben ubicar las celdas de carga para lograr una mayor

sensibilidad.


a. Sensor de fuerza industrial.

F

PAG. 125




b. Puente de medición con amplificación

c. Soporte para pesas

d. Multímetro o sistema de adquisición de datos.

e. Juego de pesas redondas.

f. Fuente de alimentación.

g. Cables.

6. Procedimiento.

a. Ensamble el circuito de cuarto de puente indicado en la siguiente figura:

b. Enceramos la señal de salida por medio de la perilla de offset (dada la sensibilidad

de las galgas del sensor y el amplificador, para la puesta a cero es suficiente una

precisión de 10 mV en la salida del amplificador, medido por el voltímetro)

c. Cargamos el sensor utilizando las pesas en el portapesas indicado. Colocar las

pesas separadamente y anotar la tensión de salida, anotamos los valores en las

Tabla No.1, de la hoja de resultados.


comunes del informe (página WEB), los valores tomados del experimento, las

característica estática gráfica V(F) y hay que consultar un la operación de un sensor de

fuerza industrial basado en cristales piezoeléctricos.

PAG. 126




HOJA DE RESULTADOS

GUIA P GRUPO No:

Integrantes:

Tabla No.1

Fuerza (N.) 0 10 20 30 40 50 60 70 80

Voltaje (V)

Fuerza (N.) 90 100

Voltaje (V)

Revisado: ___________________________

PAG. 127




1. Tema: Medición de la fuerza de un cilindro neumático. 2. Objetivos:

a. Determinar la característica presión – fuerza de un cilindro neumático. b. Aplicación práctica de una celda de carga.

3. Teoría.

En los sistemas hidráulicos y neumáticos la energía es transmitida a través de tuberías. Esta energía es función del caudal y presión del aire o aceite que circula en el sistema. Una de las características destacables de los sistemas de potencia fluidos es que la fuerza, generada por la fuente fluida, controlada y dirigida por válvulas y transportada por las líneas, puede ser convertida fácilmente a casi cualquier clase de movimiento mecánico deseado en el mismo lugar que sea necesario. Sea tanto movimiento lineal (línea recta) como rotatorio, éste puede ser obtenido usando un dispositivo de impulsión conveniente. Un actuador es un dispositivo que convierte la potencia fluida en fuerza y movimiento mecánicos. Los cilindros, los motores, y las turbinas son los tipos más comunes de dispositivos de impulsión usados en sistemas de potencia fluida. Un cilindro actuador es un dispositivo que convierte la potencia fluida a lineal, o en línea recta, fuerza y movimiento. Puesto que el movimiento lineal es un movimiento hacia adelante y hacia atrás a lo largo de una línea recta, este tipo de actuadores se conoce a veces como motor recíproco, o lineal. La presión del fluido determina la fuerza de empuje de un cilindro, el caudal de ese fluido es quien establece la velocidad de desplazamiento del mismo. La combinación de fuerza y recorrido produce trabajo, y cuando este trabajo es realizado en un determinado tiempo produce potencia. Ocasionalmente a los cilindros se los llama "motores lineales".

El cilindro consiste en un émbolo o pistón operando dentro de un tubo cilíndrico. Los cilindros actuadores pueden ser instalados de manera que el cilindro esté anclado a una estructura

PAG. 128




inmóvil y el émbolo o pistón se fija al mecanismo que se accionará, o el pistón o émbolo se puede anclar a la estructura inmóvil y el cilindro fijado al mecanismo que se accionará. Los cilindros actuadores para los sistemas neumáticos y hidráulicos son similares en diseño y operación. El cilindro es el dispositivo más comúnmente utilizado para conversión de la energía antes mencionada en energía mecánica. Un cilindro actuador en el cual la superficie transversal del pistón es menos de una mitad de la superficie transversal del elemento móvil se conoce como cilindro tipo pistón. Este tipo de cilindro se utiliza normalmente para aplicaciones que requieran funciones tanto de empuje como de tracción. El cilindro tipo pistón es el tipo más comúnmente usado en los sistemas de potencia fluida. Las partes esenciales de un cilindro tipo pistón son un barril cilíndrico o camisa, un pistón y un vástago, cabezales extremos, y guarniciones convenientes para mantener el sellado. Los cabezales se encuentran fijados en los extremos de la camisa. Estos cabezales extremos contienen generalmente los puertos fluidos. Un cabezal extremo del vástago contiene una perforación para que el vástago de pistón pase a través del mismo. Sellos convenientes llamados guarniciones se utilizan entre la perforación y el vástago del pistón para evitar que el líquido se escape hacia fuera y para evitar que la suciedad y otros contaminantes entren en la camisa. El cabezal del extremo contrario de la mayoría de los cilindros está provisto de un vínculo mecánico para asegurar el cilindro actuador a algún tipo de estructura. Este cabezal extremo se conoce como el cabezal de anclaje.

En la figura anterior, vemos un corte esquemático de un cilindro típico. Este es denominado de doble efecto por que realiza ambas carreras por la acción del fluido. Las partes de trabajo esenciales son: 1) La camisa cilíndrica encerrada entre dos cabezales, 2) El pistón con sus guarniciones, y 3) El vástago con su buje y guarnición. El vástago del pistón se puede extender a través de cualquiera o de ambos extremos del cilindro. El extremo extendido del vástago es normalmente roscado para poder fijar algún tipo de vínculo mecánico, tal como un perno de argolla, una horquilla, o una tuerca de fijación. Esta conexión roscada del vástago y del vínculo mecánico proporciona un ajuste entre el vástago y la unidad sobre la que accionará. Después de que se haga el ajuste correcto, la tuerca de fijación se ajusta contra el vínculo mecánico para evitar que el mismo gire. El otro extremo del

PAG. 129




vínculo mecánico se fija, directamente o a través de un acoplamiento mecánico adicional, a la unidad que se accionará. De manera de satisfacer los variados requisitos en los sistemas de potencia fluidos, los cilindros tipo pistón están disponibles en variados diseños.


a. Consulte detalladamente como calcular la fuerza real aplicada por un cilindro neumático.

b. Consulte detalladamente cómo se dimensiona un cilindro neumático.


a. Unidad de mantenimiento. b. Sensor analógico de presión D.ER‐SDE‐10‐10V/20mA. c. Distribuidor de presión. d. Cilindro. e. Sensor de fuerza D.ER‐KS‐FP1130. f. Acondicionador del sensor de fuerza. g. Multímetros digitales.

6. Procedimiento. a. Arme el sistema mecánico – neumático de la siguiente figura.

PAG. 130




b. Arme el circuito eléctrico de la siguiente figura:

c. Ajuste a 0 V la celda de carga sin aire en el cilindro. d. Ingrese los valores de presión indicados en la hoja de resultados. Controle los mismos

mediante el sensor de presión, y anote los valores entregados por el multímetro de la celda. Regule la presión con el regulador de la unidad de mantenimiento.

7. Informe de laboratorio. Presente el informe con los elementos que en este documento deben estar, añada como anexo al informe las hojas de datos escaneadas y correctamente revisadas, y presente tabularmente y gráficamente la relación presión – fuerza real, para el pistón y además añada en la tabla la fuerza teórica.

PAG. 131




HOJA DE RESULTADOS

GUIA Q GRUPO No:

Integrantes:

Presión (bar) Celda de carga (V)

0.3

0.9

1.2

1.5

1.8

2.1

2.4

2.7

3.0

3.3

3.6

4.0

Revisado: ___________________________

PAG. 132




1. Tema: Histéresis en la detección en interruptores de ópticos de reflexión directa. 2. Objetivos:

a. Aprender sobre la forma de operación de interruptores ópticos de reflexión directa

ante diferentes superficies. b. Aprender sobre la histéresis de los sensores digitales.

3. Teoría.

Los sensores ópticos de proximidad, constan de dos partes principales: el emisor y el receptor. En el caso de los sensores de reflexión directa (también llamados difusos), ambas partes se hallan alojadas en el mismo cuerpo.

Normalmente, como emisores se utilizan diodos emisores de luz led, en la longitud de onda del rojo o del infrarrojo. Esta luz es detectada por el receptor, por medio de los semiconductores adecuados. En estos, el objeto refleja una parte de la luz emitida y activa el receptor. El objeto a detectar puede ser reflectante, mate, transparente u opaco, a condición de que una parte suficientemente elevada de la luz sea reflejada directamente o por difusión. Para sensores digitales, la demora entre la acción y la reacción de un instrumento de medición se define como histéresis


a. Consulte y explique las características técnicas de dos sensores difusos digitales

comerciales.


a. Fuente de alimentación b. Sensor óptico RTD.ER‐SOE‐RT‐Q c. Sensor óptico LL2D.ER‐SOE‐M18 d. Corredera de posicionado e. Placa de distribución. f. Escala de medición g. Objetos de prueba h. Cables.

6. Procedimiento.

a. Coloque el sensor óptico RTD.ER‐SOE‐RT‐Q como se indica en la figura:

PAG. 133




b. Conecte eléctricamente el sensor de acuerdo al siguiente esquema:

c. Coloque en el portaplacas de la corredera de posicionado cada uno de los objetos de prueba, desplace todo el portaplacas a lo largo de la escala de medición desde una posición cercana al sensor y alejándose del mismo, hasta que lo detecte el sensor (activación del sonido en la placa de distribución), anote esta distancia de activación, luego desplace la placa hacia el sensor hasta que este se desactive, anote la distancia de desactivación.

d. Coloque el sensor óptico LL2D.ER‐SOE‐M18 como se indica en la figura:

PAG. 134




e. Conecte eléctricamente el sensor de acuerdo al siguiente esquema:

f. Coloque en el portaplacas de la corredera de posicionado cada uno de los objetos de prueba, desplace todo el portaplacas a lo largo de la escala de medición desde una posición cercana al sensor y alejándose del mismo, hasta que lo detecte el sensor (activación del sonido en la placa de distribución), anote esta distancia de activación, luego desplace la placa hacia el sensor hasta que este se desactive, anote la distancia de desactivación.

7. Informe de laboratorio. Presente el informe con los elementos que en este documento deben estar, añada como anexo al informe las hojas de datos escaneadas y firmadas.

PAG. 135




HOJA DE RESULTADOS

GUIA R GRUPO No:

Integrantes:

Sensor óptico RTD.ER‐SOE‐RT‐Q

Placa Punto de conexión

(mm) Punto de

desconexión (mm) Histéresis(mm)

Carta de grises KODAK, lado blanco (pieza 17)

Carta de grises KODAK, lado gris (pieza 17)

Plástico transparente (pieza 18)

Plástico rojo (pieza 19)

Plástico azul (pieza 20)

Plástico negro (pieza 21)

Cartón blanco (pieza 22)

Acero dulce (St 37) (pieza 3)

Acero inoxidable (pieza 4)

Aluminio (pieza 5)

Latón (pieza 6)

Cobre (pieza 7)

Goma (pieza 9)

Sensor óptico LL2D.ER‐SOE‐M18


(mm) Punto de


Carta de grises KODAK, lado blanco (pieza 17)

Carta de grises KODAK, lado gris (pieza 17)








Aluminio (pieza 5)

Latón (pieza 6)

Cobre (pieza 7)

Goma (pieza 9)

Revisado: ___________________________

PAG. 136


Laboratorio de Instrumentación Mecatrónica


1. Tema: Medición de temperatura en un recinto cerrado. 2. Objetivos:

a. Entender el diseño, operación y funcionamiento de los dispositivos de medición de

temperatura.

3. Teoría. Termistores NTC. Son resistencias de coeficiente de temperatura negativo, constituidas por un cuerpo semiconductor cuyo coeficiente de temperatura sea elevado, es decir, su conductividad crece muy rápidamente con la temperatura. Se emplean en su fabricación óxidos semiconductores de níquel, zinc, cobalto, étc. La relación entre la resistencia y la temperatura no es lineal sino exponencial (no cumple la ley de Ohm). Dicha relación cumple con la fórmula siguiente:

R = A . e B/T donde A y B son constantes que dependen del resistor. La curva nos muestra esa variación

La característica tensión‐intensidad (V/I) de un resistor NTC presenta un carácter peculiar, ya que cuando las corrientes que lo atraviesan son pequeñas, el consumo de potencia (R I2) será demasiado pequeño para registrar aumentos apreciables de temperatura, o lo que es igual,

PAG. 137




descensos en su resistencia óhmica; en esta parte de la característica la relación tensión‐intensidad será prácticamente lineal y en consecuencia cumplirá la ley de Ohm. Si seguimos aumentando la tensión aplicada al termistor, se llegará a un valor de intensidad en que la potencia consumida provocará aumentos de temperatura suficientemente grandes como para que la resistencia del termistor NTC disminuya apreciablemente, incrementándose la intensidad hasta que se establezca el equilibrio térmico. Ahora nos encontramos pues, en una zona de resistencia negativa en la que disminuciones de tensión corresponden aumentos de intensidad.

Sensor de temperatura LM35. El LM35 es un sensor de temperatura con una precisión calibrada de 1ºC. Puede medir temperaturas en el rango que abarca desde ‐55º a + 150ºC. La salida es muy lineal y cada grado centígrado equivale a 10 mV en la salida. Sus características más relevantes son:

Precisión de ~1,5ºC (peor caso), 0.5ºC garantizados a 25ºC.

No linealidad de ~0,5ºC (peor caso).

Baja corriente de alimentación (60uA).

Amplio rango de funcionamiento (desde ‐55º a + 150ºC).

Bajo costo.

Baja impedancia eléctrica de salida. Su tensión de salida es proporcional a la temperatura, en la escala Celsius. No necesita calibración externa y es de bajo costo. Funciona en el rango de alimentación comprendido entre 4 y 30 voltios. Como ventaja adicional, el LM35 no requiere de circuitos adicionales para su calibración externa cuando se desea obtener una precisión del orden de ±0.25 ºC a temperatura ambiente, y ±0.75 ºC en un rango de temperatura desde 55 a 150 ºC.

PAG. 138




La baja impedancia de salida, su salida lineal y su precisa calibración inherente hace posible una fácil instalación en un circuito de control. Debido a su baja corriente de alimentación (60uA), se produce un efecto de autocalentamiento reducido, menos de 0.1 ºC en situación de aire estacionario. El sensor se encuentra disponible en diferentes encapsulados pero el más común es el TO‐92, una cápsula comúnmente utilizada por los transistores de baja potencia, como el BC548 o el 2N2904.

Tiene tres pines: alimentación (VCC), tierra (GND) y salida (OUT). Este sensor es fabricado por Fairchild y National Semiconductor.


a. Diseñe completamente un circuito con un termistor NTC, que genere pulsos

relacionados con la variación de temperatura y un circuito que utilizando un LM35 permita obtener una salida de voltaje entre 3 y 5 voltios para el rango de

PAG. 139




temperaturas que vamos a utilizar como datos de entrada. Se deben presentar en papel: los cálculos de TODOS los componentes utilizados en su diseño, los diagramas y planos de diseño con sus respectivos rotulados y el negativo del o los circuitos que se requieren realizar para colocar en baquelita su diseño. No se olvide de tomar en cuenta que la frecuencia de salida de su circuito con NTC debe caer en el rango de frecuencia que pueden medir los multímetros del laboratorio. Puede utilizar los componentes electrónicos y mecánicos que crea convenientes. CADA GRUPO DEBE TENER DOS DISEÑOS DIFERENTES, CASO CONTRARIO NO SE PERMITIRA LA REALIZACIÓN DE LA PRACTICA Y SE CONSIDERARA COMO COPIA.

b. Traer ensamblado en protoboard, su diseño para probar el funcionamiento en el laboratorio.


a. Recinto cerrado para control de temperatura y humedad. b. Protoboard con los circuitos diseñados. c. Sensor de temperatura patrón y sistema de acondicionamiento de señal d. Fuente de alimentación. e. Cables. f. Multímetro con capacidad de medición de frecuencia.

6. Procedimiento.

a. Coloque el sensor de temperatura patrón por el agujero específico para este dispositivo.

b. Coloque los sensores de temperatura a prueba (uno a la vez) c. Regule la temperatura y tome las medidas que se indican en las hojas de resultados.


PAG. 140




HOJA DE RESULTADOS

GUIA S GRUPO No:

Integrantes:

Optoacoplador – Aplicación tacométrica

Temperatura Frecuencia NTC Voltaje LM35

25

27

29

31

33

35

37

39

41

43

45

47

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51

53

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Revisado: ___________________________

PAG. 141

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PAG. 142

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PAG. 143

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PAG. 144

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGIA Y MECANICA Laboratorio de Instrumentación Mecatrónica 2


1. Tema: Característica estática de un higrómetro capacitivo 2. Objetivos:

a. Determinar la característica estática de un higrómetro capacitivo. b. Conocimiento sobre la operación del circuito de acondicionamiento de higrómetros

capacitivos.

3. Teoría. El higrómetro es el instrumento utilizado para medir la humedad relativa (HR), es decir, la cantidad de vapor de agua presente en el aire. La unidad de medida de la humedad relativa se define como el porcentaje de la cantidad de vapor de agua presente en 1 m3 de aire en una temperatura dada. Principio de funcionamiento capacitivo Uno de los sistemas de medición está compuesto por un medidor conectado a un capacitador que tiene como dieléctrico un material cuya constante dieléctrica cambia con las variaciones de humedad relativa. Estas variaciones capacitivas a su vez, causan un cambio de frecuencia en la electrónica del instrumento, dando lugar a una modulación de frecuencia la cual es una función de la humedad relativa. La frecuencia se convierte entonces en voltaje, que se transforma a su vez en un valor de humedad relativa que se visualiza en la pantalla. Hay varios tipos de circuitos osciladores que sirven para procesar la señal. Es frecuente la utilización del circuito 555 para diseñar este tipo de circuitos. La característica estática humedad relativa (HR en adelante) – capacitancia es la indicada en el siguiente gráfico:

Y la característica estática algébrica es:

PAG. 145



1.25x10 HR 1.36x10 HR 2.19x10 HR 0.90 Donde, c0 es la capacidad del condensador a una humedad del 55% y HR está en porcentaje de humedad. 4. Trabajo preparatorio.

a. Diseñe un oscilador para el sensor capacitivo de humedad HUMIREL HS1100. b. Arme el circuito diseñado en un protoboard, o sobre una baquelita. Ayúdese del

brochure del sensor, que lo puede descargar de la dirección: http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/humirel/HS1100.pdf, o de la pagina web de HUMIREL.


a. Equipo para experimentación de humedad. b. Sensor de humedad relativa PHYWE. c. Acondicionador de señal USB PHYCON PHYWE d. Circuito ensamblado en el circuito preparatorio, que INCLUIRA EL SENSOR HS1100 o

equivalente , QUE CADA GRUPO DEBE TRAER PARA REALIZAR LA PRACTICA, CASO CONTRARIO NO LA REALIZAN.

e. Computador. f. Software MEASURE. g. Multímetro con capacidad de medir frecuencias.

6. Procedimiento.

a. Coloque 750 ml de agua en la entrada para este líquido del humidificador. b. Conecte el sensor PHYWE al acondicionador y este último al computador. c. Inicie el software MEASURE y colóquelo un instrumento digital virtual. d. Inserte el sensor PHYWE por el agujero A del equipo. e. Inserte el HS1101 por el agujero B del equipo. f. Conecte el multímetro, en modo de medición de frecuencia a la salida del circuito

oscilador. g. Encienda el equipo, espere aproximadamente 7 minutos hasta que la humedad en el

recinto sea del 120 %. h. Pase a deshumidificador. Tome los resultados y anótelos en las hojas de resultados.


PAG. 146



HOJA DE RESULTADOS

GUIA TMCT2 GRUPO No:

Integrantes:

HR (%) Frecuencia (Hz) HR (%) Frecuencia (Hz)

100 56

90 54

85 52

80 50

75 48

70 46

65 44

60 42

58 40

Revisado: ___________________________

PAG. 147



1. Tema: Característica estática de un higrómetro capacitivo 2. Objetivos:

a. Determinar la característica estática de un higrómetro capacitivo. b. Conocimiento sobre la operación del circuito de acondicionamiento de higrómetros

capacitivos.

3. Teoría. El higrómetro es el instrumento utilizado para medir la humedad relativa (HR), es decir, la cantidad de vapor de agua presente en el aire. La unidad de medida de la humedad relativa se define como el porcentaje de la cantidad de vapor de agua presente en 1 m3 de aire en una temperatura dada. Principio de funcionamiento capacitivo Uno de los sistemas de medición está compuesto por un medidor conectado a un capacitador que tiene como dieléctrico un material cuya constante dieléctrica cambia con las variaciones de humedad relativa. Estas variaciones capacitivas a su vez, causan un cambio de frecuencia en la electrónica del instrumento, dando lugar a una modulación de frecuencia la cual es una función de la humedad relativa. La frecuencia se convierte entonces en voltaje, que se transforma a su vez en un valor de humedad relativa que se visualiza en la pantalla. Hay varios tipos de circuitos osciladores que sirven para procesar la señal, como se indica en el párrafo anterior.

PAG. 148



En el circuito que se observa en el grafico anterior el CI 555 trabaja en modo de oscilador (astable) controlado por el higrómetro capacitivo HS1101. La frecuencia de la onda depende de la capacidad del HS1101 y esta capacidad depende de la humedad relativa. La característica estática humedad relativa (HR en adelante) – capacitancia es la indicada en el siguiente gráfico:

Y la característica estática algébrica es:

1.25x10 HR 1.36x10 HR 2.19x10 HR 0.90 Donde, c0 es la capacidad del condensador a una humedad del 55% y HR está en porcentaje de humedad. 4. Trabajo preparatorio.

a. Arme el circuito con los componentes indicados en el trabajo preparatorio. b. Consulte la relación capacidad frecuencia del circuito indicado anteriormente.

Ayúdese del brochure del sensor, que lo puede descargar de la dirección: http://www.datasheetcatalog.org/datasheet/humirel/HS1100.pdf, o de la pagina web de HUMIREL.

PAG. 149




a. Equipo para experimentación de humedad. b. Sensor de humedad relativa PHYWE c. Acondicionador de señal USB PHYCON PHYWE d. Circuito ensamblado en el circuito preparatorio. e. Computador. f. Software MEASURE. g. Multímetro con capacidad de medir frecuencias.

6. Procedimiento.

a. Coloque 750 ml de agua en la entrada para este líquido del humidificador. b. Conecte el sensor PHYWE al acondicionador y este último al computador. c. Inicie el software MEASURE y colóquelo un instrumento digital virtual. d. Inserte el sensor PHYWE por el agujero A del equipo. e. Inserte el HS1101 por el agujero B del equipo. f. Conecte el multímetro, en modo de medición de frecuencia a la salida del circuito

oscilador. g. Encienda el equipo, espere aproximadamente 7 minutos hasta que la humedad en el

recinto sea del 120 %. h. Pase a deshumidificador. Tome los resultados y anótelos en las hojas de resultados.


PAG. 150



HOJA DE RESULTADOS

GUIA TMEC GRUPO No:

Integrantes:

HR (%) Frecuencia (Hz) HR (%) Frecuencia (Hz)

100 56

90 54

85 52

80 50

75 48

70 46

65 44

60 42

58 40

Revisado: ___________________________

Revisado: ___________________________

PAG. 151




1. Tema: Modelación y simulación del funcionamiento y mecanismos indicador de un tubo de Bourdon C.

2. Objetivos:

a. Observar el comportamiento de un tubo de Bourdon en C, frente a la presión. b. Diseñar un mecanismo para transmitir el movimiento del extremo libre de un

manómetro de Bourdon. 3. Teoría.

Los tubos de Bourdon son tubos curvados en forma circular de sección oval. La presión a medir actúa sobre la cara interior del tubo, con lo que la sección oval se aproxima a la forma circular. Mediante el acodamiento del tubo de Bourdon se producen tensiones en el borde que flexionan el tubo. El extremo del tubo sin tensar ejecuta un movimiento que representa una medida de la presión el cual se traslada a una aguja indicadora. Para presiones hasta 40 bar se utilizan en general tubos curvados de forma circular con un ángulo de

torsión de 270°, para presiones superiores, tubos con varias vueltas en forma de tornillo.

Los tubos de Bourdon tienen una fuerza de retorno relativamente baja. Por ello, debe tenerse en cuenta su influencia en la indicación, en los equipos adicionales como por ejemplo indicadores de seguimiento, transmisores de señal límite o potenciómetros de control remoto. Los órganos de medición de tubo de Bourdon solamente pueden protegerse contra sobrecarga de manera limitada mediante el apoyo del órgano medidor con un valor límite de presión. Para cualquier tipo de carga, la relación entre la carga y la deformación es una constante del material, conocida como el

módulo de Young: E=Carga/e. Por ende, si la constante de deformación es conocida, se puede obtener la carga según:

Carga = E*e

De modo que frente a deformaciones pequeñas de materiales elásticos, será posible obtener una cuantificación reproducible de las cargas (fuerzas) solicitantes.

PAG. 152




El manómetro de Bourdon depende, precisamente, de la elasticidad de los materiales utilizados en su construcción. Este manómetro, tal vez el más común en plantas de procesos que requieran medición de presiones.


a. Dibuje el tubo de Bourdon en C utilizando SolidWorks. Elija las medidas de un dispositivo comercial que lo puede encontrar en el Internet

b. Dibuje el mecanismo de transmisión de desplazamiento de un tubo de Bourdon en C, en Working Model. Utilice los mecanismos equivalentes que crea necesario.

5. Equipo necesario. a. Computador, b. SolidWorks y CosmosWorks. c. Working Model. d. Archivos con los dibujos, realizados en el preparatorio.

6. Procedimiento.

a. Ingrese el dibujo del Bourdon en el SolidWorks, realice la simulación de su operación para una presión de 200 psi..

b. Con el dibujo del mecanismo de transmisión de movimiento de un Bourdon ingresado en Working Model simule para determinar la transmisión de movimiento en el mismo de lineal a angular.


PAG. 153




HOJA DE RESULTADOS

GUIA V GRUPO No:

Integrantes:

Bosqueje los resultados obtenidos en CosmosWorks

Revisado: ___________________________ Bosqueje los resultados obtenidos en Working Model

Revisado: ___________________________

PAG. 154




1. Tema: Histéresis de detección en interruptores capacitivos y ultrasónicos. 2. Objetivos:

a. Aprender sobre la operación de interruptores capacitivos y ultrasónicos con diferentes

superficies. b. Aprender sobre la histéresis en interruptores.

3. Teoría.

Los interruptores capacitivos o también conocidos como sensores de proximidad capacitivos son similares a los dispositivos inductivos. La principal diferencia esta que los dispositivos capacitivos fundamentan su funcionamiento en campos electrostáticos en lugar de los campos electromagnéticos, que utilizan los inductivos, por lo tanto los dispositivos capacitivos pueden detectar la presencia de materiales metálicos como no

metálicos: papel, vidrio, líquidos y tejidos. La superficie de detección de un sensor capacitivo está formada por dos electrodos concéntricos metálicos que forman un capacitor. Cuando un objeto se acerca a la superficie de detección de su entrada se presenta un cambio en el campo electrostático de los electrodos lo que representa una variación de la capacitancia en un circuito oscilador. Como resultado, el oscilador comienza a oscilar. El circuito de disparo lee la amplitud de la oscilación y cuando alcanza un nivel específico del estado de la salida cambia. Cuando el objeto se aleja del interruptor la amplitud del oscilador, y el sensor regresa a su estado original.

PAG. 155




Los interruptores ultrasónicos o también llamados sensores de proximidad ultrasónicos utilizan un transductor para enviar y recibir las señales de sonido de alta frecuencia. Cuando un objetivo entra en el haz el sonido, este se refleja hacia el interruptor, provocando que se energice o desenergice el circuito de salida. Discos piezoeléctricos. Un disco de cerámica piezoeléctrica es montado en el sensor. A través del mismo se transmite y recibe impulsos de alta frecuencia. Se aplica al disco un voltaje de alta frecuencia induciendo una vibración, de la misma frecuencia en este. El disco al vibrar produce ondas de sonido de alta frecuencia. Cuando los pulsos de sonido golpean en un objeto se reflejan produciendo ecos. La duración del pulso reflejado se evalúa en el dispositivo. Cuando el objetivo entra en el rango de operación preestablecido, la salida del interruptor cambia de estado. Cuando el objetivo deja el rango de operación preestablecido, la salida vuelve a su estado original.

El pulso emitido es, en realidad, un conjunto de 30 pulsos de 200 KV de amplitud. El eco puede ser en microvoltios.

El patrón de radiación de un dispositivo ultrasónico consiste en un cono principal y varios conos vecinos. El ángulo aproximado de detección del cono principal es de 5 °.

PAG. 156




Para sensores digitales, la demora entre la acción y la reacción de un instrumento de medición se define como histéresis.


a. Consulte y explique las características técnicas de dos interruptores capacitivos y ultrasónicos, comercialmente disponibles.


a. Fuente de alimentación b. Interruptor capacitivo ER–SKE–M12‐PP‐SIBU c. Interruptor ultrasónico ER‐SUE‐M18‐PP‐SIBU d. Corredera de posicionado e. Placa de distribución. f. Escala de medición g. Objetos de prueba h. Cables.

6. Procedimiento.

a. Coloque el Interruptor capacitivo ER–SKE–M12‐PP‐SIBU como se indica en la figura:

PAG. 157





c. Coloque en el portaplacas de la corredera de posicionado cada uno de los objetos de prueba, desplace todo el portaplacas a lo largo de la escala de medición desde una posición cercana al sensor y alejándose del mismo, hasta que lo detecte el sensor (activación del sonido o luz en la placa de distribución), anote esta distancia de activación, luego desplace la placa hacia el sensor hasta que este se desactive, anote la distancia de desactivación.

d. Coloque el Interruptor ultrasónico ER‐SUE‐M18‐PP‐SIBU como se indica en la figura:

PAG. 158




e. Conecte eléctricamente el sensor de acuerdo al siguiente esquema:

f. Coloque en el portaplacas de la corredera de posicionado cada uno de los objetos de prueba, desplace todo el portaplacas a lo largo de la escala de medición desde una posición cercana al sensor y alejándose del mismo, hasta que lo detecte el sensor (activación del sonido en la placa de distribución), anote esta distancia de activación, luego desplace la placa hacia el sensor hasta que este se desactive, anote la distancia de desactivación.


PAG. 159




HOJA DE RESULTADOS

GUIA W GRUPO No:

Integrantes:

Interruptor capacitivo ER–SKE–M12‐PP‐SIBU


(mm) Punto de









Aluminio (pieza 5)

Latón (pieza 6)

Cobre (pieza 7)

Goma (pieza 9)

Interruptor ultrasónico ER‐SUE‐M18‐PP‐SIBU


(mm) Punto de









Aluminio (pieza 5)

Latón (pieza 6)

Cobre (pieza 7)

Goma (pieza 9)

Revisado: ___________________________

PAG. 160




1. Tema: Histéresis de detección en interruptores neumáticos y capacitivos. 2. Objetivos:

a. Aprender sobre la operación de interruptores neumáticos y capacitivos con diferentes

superficies. b. Aprender sobre la histéresis en interruptores.

3. Teoría.

Los interruptores capacitivos o también conocidos como sensores de proximidad capacitivos son similares a los dispositivos inductivos. La principal diferencia esta que los dispositivos capacitivos fundamentan su funcionamiento en campos electrostáticos en lugar de los campos electromagnéticos, que utilizan los inductivos, por lo tanto los dispositivos capacitivos pueden detectar la presencia de materiales metálicos como no

metálicos: papel, vidrio, líquidos y tejidos. La superficie de detección de un sensor capacitivo está formada por dos electrodos concéntricos metálicos que forman un capacitor. Cuando un objeto se acerca a la superficie de detección de su entrada se presenta un cambio en el campo electrostático de los electrodos lo que representa una variación de la capacitancia en un circuito oscilador. Como resultado, el oscilador comienza a oscilar. El circuito de disparo lee la amplitud de la oscilación y cuando alcanza un nivel específico del estado de la salida cambia. Cuando el objeto se aleja del interruptor la amplitud del oscilador, y el sensor regresa a su estado original.

PAG. 161




El presostato también es conocido como interruptor de presión. Es un aparato que cierra o abre un circuito eléctrico dependiendo de la lectura de presión de un fluido. El fluido ejerce una presión sobre un pistón interno haciendo que se mueva hasta que se unen dos contactos. Cuando la presión baja un resorte, empuja el pistón en sentido contrario y los contactos se separan. Un tornillo permite ajustar la sensibilidad de disparo del presostato al aplicar más o menos fuerza sobre el pistón a través del resorte. Usualmente tienen dos ajustes independientes: la presión de encendido y la presión de apagado. No deben ser confundidos con los transductores de presión (medidores de presión); mientras estos últimos entregan una señal variable en base al rango de presión, los presostatos entregan una señal apagado/encendido únicamente. Los tipos de presostatos varían dependiendo del rango de presión al que pueden ser ajustados, temperatura de trabajo y el tipo de fluido que pueden medir. Puede haber varios tipos de presostatos: Presostato diferencial: Funciona según un rango de presiones, alta‐baja, normalmente

ajustable, que hace abrir o cerrar un circuito eléctrico que forma parte del circuito de mando de un elemento de accionamiento eléctrico, comúnmente motores.

Alta diferencial: Cuando se supera la presión estipulada para el compresor, el rearme puede ser manual o automático.

Baja diferencial: Cuando la presión baja más de lo estipulado para el compresor, el rearme puede ser manual o automático.

Un presostato tipo, tiene los siguientes elementos: 1 = Toma de presión 2 = Fuelles de medida 3 = Cuerpo 4 = Eje actuador 5 = Base de conexión 6 = Puntos de pivotación 7 = Microinterruptor. 8 = Muelle de ajuste de presión 9 = Regulación del ajuste de conmutación 10 = Indicador punto de conexión 11 = Tornillo de calibración 12 = Muelle de contrapresión

PAG. 162





a. Consulte y explique las características técnicas de dos interruptores capacitivos y presostatos, comercialmente disponibles.


a. Fuente de alimentación b. Interruptor capacitivo ER–SKE–M12‐PP‐SIBU c. Presostato PVE – 1/4 B. d. Corredera de posicionado e. Placa de distribución. f. Escala de medición g. Objetos de prueba h. Regulador de presión SDE3‐D10D‐B‐HQ4‐2P‐M i. Compresor j. Sensor de presión. k. Cables.

6. Procedimiento.

a. Coloque el Interruptor capacitivo ER–SKE–M12‐PP‐SIBU como se indica en la figura:


PAG. 163




c. Coloque en el portaplacas de la corredera de posicionado cada uno de los objetos de prueba, desplace todo el portaplacas a lo largo de la escala de medición desde una posición cercana al sensor y alejándose del mismo, hasta que lo detecte el sensor (activación del sonido o luz en la placa de distribución), anote esta distancia de activación, luego desplace la placa hacia el sensor hasta que este se desactive, anote la distancia de desactivación.

d. Arme el sistema neumático de la figura:

PAG. 164




e. Conecte eléctricamente el presostato de acuerdo al siguiente esquema:

f. A través del regulador de presión aumente la misma hasta que lo detecte el interruptor (activación del sonido en la placa de distribución), anote esta presión de activación, luego reduzca la presión hasta que este se desactive, anote la presión de desactivación. Mueva el regulador de presión de referencia y repita el proceso para tres valores más.


Tornillo regulador de presión de referencia

PAG. 165




HOJA DE RESULTADOS

GUIA W1 GRUPO No:

Integrantes:

Interruptor capacitivo ER–SKE–M12‐PP‐SIBU


(mm) Punto de desconexión

(mm) Histéresis(mm)








Aluminio (pieza 5)

Latón (pieza 6)

Cobre (pieza 7)

Goma (pieza 9)

Interruptor presión PVE – 1/4 B

Presión de referencia Presión de conexión

(bar) Presión de desconexión

(bar) Histéresis(bar)

Tornillo posición inicial

Tornillo posición 1




Revisado: ___________________________

PAG. 166




1. Tema: Característica estática de un tacómetro óptico con optoacoplador. 2. Objetivos:

a. Entender el diseño, operación y funcionamiento de tacómetros ópticos. b. Encontrar aplicaciones de los tacómetros ópticos.

3. Teoría. Tacómetros por conteo de pulsos. Estos tacómetros, que pueden ser de contacto, o sin contacto con la pieza que gira, basan su funcionamiento en el conteo de la cantidad de pulsos eléctricos por unidad de tiempo, utilizando algún procedimiento de generación de pulsos proporcionales a la velocidad de giro de la pieza, cuya velocidad se quiere medir. En algunos casos, como en los automotores, se utilizan directamente los pulsos generados por ciertas partes móviles, como el sistema de encendido, en otros, se acoplan al árbol de levas. De todas formas el sistema de medición de velocidad de giro se compone de dos partes generales:

a) Un dispositivo generador de pulsos en cantidad proporcional al giro. b) Un indicador contador de esos pulsos por unidad de tiempo, calibrado en velocidad de

giro, generalmente revoluciones por minuto (RPM). c) El dispositivo indicador final puede ser tanto digital como analógico de aguja indicadora.

Existen dos métodos principales que se usan para lograr los pulsos eléctricos necesarios para la medición, estos son:

a) Generando pulsos por medios ópticos. b) Generando pulsos por métodos magnéticos.

Generando pulsos por medios magnéticos. En la figura se muestra un esquema del funciona este tipo de tacómetro. Un pequeño generador de pulsos eléctricos de imanes permanentes, se acopla a la pieza cuya velocidad de rotación queremos medir, este generador puede producir uno o más pulsos por cada giro de la pieza. La señal de salida del generador se conecta a un dispositivo electrónico que cuanta los pulsos por unidad de tiempo, y muestra la indicación correspondiente a esta velocidad, en la escala o en una pantalla digital. En muchos casos la generación de los pulsos se realiza utilizando la propia pieza que gira, a la cual se le adjunta un pequeño imán que pasa muy cerca de una bobina estacionaria. Cada vez que el imán pasa frente a la bobina, en ella se genera un voltaje instantáneo que constituye el pulso. Generando pulsos por medios ópticos. En la figura se muestra una de las formas de producir pulsos por

PAG. 167




métodos ópticos. Un dispositivo genera un haz de luz visible, infrarrojo o laser que es capturado por un receptor. Este receptor genera un pulso eléctrico cada vez que es iluminado. La pieza cuya rotación se quiere medir, al rotar, intercepta intermitentemente el haz luminoso, y con ello genera la serie de pulsos proporcionales necesarios para la medición. Un dispositivo contador como el del punto anterior completa el trabajo. 4. Trabajo preparatorio.

a. Diseñe completamente un tacómetro óptico mediante un emisor – receptor de luz

infrarroja, que genere pulsos relacionados con la velocidad de giro del disco del equipo de disco perforado utilizado en la guía J. Se deben presentar en papel: los cálculos de TODOS los componentes utilizados en su diseño, los diagramas y planos de diseño con sus respectivos rotulados y el negativo del o los circuitos que se requieren realizar para colocar en baquelita su diseño. No se olvide de tomar en cuenta que la frecuencia de salida de su sensor debe caer en el rango de frecuencia que pueden medir los multímetros del laboratorio. Puede utilizar los componentes electrónicos y mecánicos que crea convenientes. CADA GRUPO DEBE TENER UN DISEÑO DIFERENTE, CASO CONTRARIO NO SE PERMITIRA LA REALIZACIÓN DE LA PRACTICA Y SE CONSIDERARA COMO COPIA.

b. Traer ensamblado en protoboard, su diseño para probar el funcionamiento en el laboratorio.

c. Determine la ecuación a aplicar para hallar la velocidad angular en función de la frecuencia obtenida.

5. Equipo necesario. a. Motor con regulación de velocidad. b. Protoboard con el circuito diseñado. c. Fuente de alimentación. d. Cables. e. Multímetro con capacidad de medición de frecuencia.

6. Procedimiento.

a. Coloque el sensor al motor y fíjelo sin interferir con el giro del disco. b. Tome las medidas que se indican en las hojas de resultados.


PAG. 168




HOJA DE RESULTADOS

GUIA X GRUPO No:

Integrantes:

Optoacoplador – Aplicación tacométrica


4

4.5

5

5.5

6

6.5

7

7.5

8

8.5

9

9.5

10

12

13

14

Revisado: ___________________________

PAG. 169




1. Tema: Característica estática de un tacómetro óptico con optoacoplador.

2. Objetivos:

a. Entender el diseño, operación y funcionamiento de tacómetros ópticos.

b. Encontrar aplicaciones de los tacómetros ópticos.

3. Teoría.

Tacómetros por conteo de pulsos. Estos tacómetros, que pueden ser de contacto, o sin contacto

con la pieza que gira, basan su funcionamiento en el conteo de la cantidad de pulsos eléctricos por

unidad de tiempo, utilizando algún procedimiento de generación de pulsos proporcionales a

la velocidad de giro de la pieza, cuya velocidad se quiere medir.

En algunos casos, como en los automotores, se utilizan directamente los pulsos generados

por ciertas partes móviles, como el sistema de encendido, en otros, se acoplan al árbol de levas.

De todas formas el sistema de medición de velocidad de giro se compone de dos partes generales:

a) Un dispositivo generador de pulsos en cantidad proporcional al giro.

b) Un indicador contador de esos pulsos por unidad de tiempo, calibrado en velocidad

de giro, generalmente revoluciones por minuto (RPM).

c) El dispositivo indicador final puede ser tanto digital como analógico de aguja indicadora.

Existen dos métodos principales que se usan para lograr los pulsos eléctricos necesarios para la

medición, estos son:

a) Generando pulsos por medios ópticos.

b) Generando pulsos por métodos magnéticos.

Generando pulsos por medios magnéticos. En la

figura se muestra un esquema del funciona este

tipo de tacómetro.

Un pequeño generador de pulsos eléctricos de

imanes permanentes, se acopla a la pieza cuya

velocidad de rotación queremos medir, este

generador puede producir uno o más pulsos por

cada giro de la pieza. La señal de salida del

generador se conecta a un dispositivo electrónico

que cuanta los pulsos por unidad de tiempo, y

muestra la indicación correspondiente a esta velocidad, en la escala o en una pantalla digital.

PAG. 170




En muchos casos la generación de los pulsos se realiza utilizando la propia pieza que gira, a la cual

se le adjunta un pequeño imán que pasa muy cerca de una bobina estacionaria. Cada vez que el

imán pasa frente a la bobina, en ella se genera un voltaje instantáneo que constituye el pulso.

Generando pulsos por medios ópticos. En la

figura se muestra una de las formas de

producir pulsos por métodos ópticos. Un

dispositivo genera un haz de luz visible,

infrarrojo o laser que es capturado por un

receptor. Este receptor genera un pulso

eléctrico cada vez que es iluminado. La pieza

cuya rotación se quiere medir, al rotar,

intercepta intermitentemente el haz luminoso, y con ello genera la serie de pulsos proporcionales

necesarios para la medición. Un dispositivo contador como el del punto anterior completa el

trabajo.


a. Diseñe completamente un tacómetro óptico mediante un emisor – receptor de luz

infrarroja, que genere pulsos relacionados con la velocidad de giro del disco del

equipo de disco perforado utilizado en la guía J. Se deben presentar en papel: los

cálculos de TODOS los componentes utilizados en su diseño, los diagramas y

planos de diseño con sus respectivos rotulados y el negativo del o los circuitos que

se requieren realizar para colocar en baquelita su diseño. No se olvide de tomar

en cuenta que la frecuencia de salida de su sensor debe caer en el rango de

frecuencia que pueden medir los multímetros del laboratorio. Puede utilizar los

componentes electrónicos y mecánicos que crea convenientes. CADA GRUPO

DEBE TENER UN DISEÑO DIFERENTE, CASO CONTRARIO NO SE PERMITIRA LA

REALIZACIÓN DE LA PRACTICA Y SE CONSIDERARA COMO COPIA.

b. Traer ensamblado en protoboard, su diseño para probar el funcionamiento en el

laboratorio.

c. Determine la ecuación a aplicar para hallar la velocidad angular en función de la

frecuencia obtenida.


Motor con regulación de velocidad.

Protoboard con el circuito diseñado.

Fuente de alimentación.

Cables.

Multímetro con capacidad de medición de frecuencia.

Tacómetro Digital de Laboratorio

PAG. 171




6. Procedimiento.

a. Coloque el sensor al motor y fíjelo sin interferir con el giro del disco.

b. Coloque la pinza del tacómetro digital sin interferir con el giro del disco.

c. Tome las medidas que se indican en las hojas de resultados.


Presente el informe con los elementos que en este documento deben estar, añada como anexo al

informe las hojas de datos escaneadas y correctamente revisadas, y compruebe teóricamente los

resultados obtenidos en la hoja de datos, hallando las ecuaciones de las respuestas.

PAG. 172




HOJA DE DATOS

GUÍA XM GRUPO #

Integrantes:

Optoacoplador ‐ Aplicación tacométrica


1500

1700

1900

2100

2300

2500

2700

2900

3100

3300

3500

PAG. 173




1. Tema: Medición de velocidad. 2. Objetivos:

a. Determinar un procedimiento de medición para la determinación de una velocidad

lineal. b. Determinar el comportamiento de diferentes interruptores de posición para

aplicaciones de medición de velocidad angular.

3. Teoría.

La velocidad lineal de un objeto, o más correctamente una partícula, se define como la velocidad de variación de la posición del objeto en el tiempo. Es una cantidad vectorial, lo que significa que tiene una dirección, así como una magnitud y la dirección está asociada con la dirección del cambio de posición. La magnitud se denomina velocidad (o ritmo), y nos indica que tan rápido un objeto se está moviendo. La velocidad lineal se mide siempre en términos de algún objeto de referencia. Así, el indicador de velocidad de un coche le dice qué tan rápido uno se mueve respecto a la tierra. Por lo general, la velocidad lineal se identifica sólo con la

expresión "velocidad". Unidades comunes para la velocidad son metros por segundo y kilómetros por hora, pero cualquier combinación similar de unidades de longitud por unidad de tiempo es el correcto. El problema de la medición de la velocidad es algo diferente al de la medición de otras cantidades, pues no hay un gran número de tipos de sensores o de fabricantes para esta variable, de donde escoger. Con frecuencia, el problema es tal que la persona debe utilizar sus conocimientos de medida de otras magnitudes y su ingenio para desarrollar un método de medición de la velocidad adecuada para el problema en cuestión. La velocidad se obtiene a menudo mediante la diferenciación de los desplazamientos o la integración de aceleración. Como información de base para esto, las ecuaciones necesarias se indican a continuación.

PAG. 174





Describa un método para determinar la velocidad entre dos puntos mediante interruptores (o sensores ON/OFF) de posición.


a. Unidad de conteo/Generación de pulso b. 2 Sensores ópticos. c. Sensor inductivo. d. Sensor capacitivo. e. Fuente f. Soportes para salida de fibra g. Cables. h. Fibra de vidrio

6. Procedimiento.

a. Ensamble el esquema indicado a continuación:

a

b1

b2

f f 10 cm

5 cm

PAG. 175




b. Una vez comprobadas las conexiones, encienda la fuente y deslice un objeto entre los sensores.

c. Reemplace los sensores ópticos por los dispositivos capacitivo y ultrasónico. d. Determine la distancia correcta para que los interruptores puedan captar al elemento

móvil (distancia de detección), sin que este tenga que desplazarse diagonalmente.

e. Anote los datos obtenidos en la tabla de resultados.

7. Informe de laboratorio. Presente el informe con los elementos que en este documento deben estar, añada como anexo al informe las hojas de datos escaneadas y correctamente revisadas. Responda al siguiente cuestionario:

¿Qué tan conveniente resulta este método para determinar una velocidad lineal?

¿Influirá en algo el tipo de sensor que se usa para detectar el inicio y final del elemento móvil? Explique claramente su respuesta.

¿Qué elementos determinaran la resolución y la precisión en la determinación de la velocidad por este método?

PAG. 176




HOJA DE RESULTADOS

GUIA Y GRUPO No:

Integrantes:

Interruptores ópticos

Espacio recorrido

Tiempo de desplazamiento

Velocidad

Interruptor capacitivo y ultrasónico

Distancia de detección capacitivo

Distancia de detección ultrasónico

Espacio recorrido

Tiempo de desplazamiento

Velocidad.

Revisado: ___________________________

PAG. 177




1. Tema: Zonas de operación de interruptores magnéticos. 2. Objetivos:

a. Familiarizarse con la configuración y funcionamiento de los interruptores de

proximidad magneto resistivos. b. Familiarizarse con el proceso de conmutación de los interruptores de proximidad

magneto resistivos. c. Familiarizarse con los principios básicos de conexión y circuitos de los interruptores de

proximidad.

3. Teoría.

El uso de interruptores de proximidad, que no están en contacto con el objeto a detectarse tiene una infinidad de aplicaciones que van desde la detección de posición hasta el uso el tacómetros y como dispositivo secundario en la medición de flujo. Una de las aplicaciones más populares son los tacómetros magnéticos, como se muestra en la figura. Un magneto es colocado en uno de los dientes de un engranaje, el dispositivo justamente detecta la presencia del imán al pasar frente al sensor, generando una señal de frecuencia función de la velocidad del engrane. Sin embargo para un mejor funcionamiento de esta y otras aplicaciones es necesario determinar las curvas de conmutación y la influencia de la orientación del dispositivo con respecto al magneto. 4. Trabajo preparatorio. Indique detalladamente (detalladamente quiere decir: elementos, posiciones, orientaciones, mecanismos, circuitos y otras consideraciones) dos aplicaciones secundarias

del sensor de proximidad magneto resistivo, u otro afín (enlazado por campo magnético).

5. Equipo necesario. a. Interruptor de proximidad magneto resistivo. b. Sujeta piezas de trabajo. c. 2 Imanes con su elemento de sujeción.

PAG. 178




d. Unidad de detección de conexión. e. Fuente. f. Cables.

6. Procedimiento.

a. Coloque la pieza de sujeción y los magnetos en el porta piezas. b. Coloque el sensor frente al porta piezas como indica la siguiente figura.

c. Coloque la salida del sensor (Q1) a una luz indicadora. d. Desplacé horizontalmente y verticalmente el magneto hasta que se cambie el estado

de conmutación del interruptor. Anote estos puntos en los gráficos indicados en las hojas de datos.


PAG. 179




HOJA DE RESULTADOS

GUIA Z GRUPO No:

Integrantes:

Magneto 1

mm

50

40

30

20

10

10 20 30 40 50 mm

10

20

30

40

50

mm

0

Revisado: ___________________________

PAG. 180




Magneto 2

mm

50

40

30

20

10

10 20 30 40 50 mm

10

20

30

40

50

mm

0

Revisado: ___________________________

PAG. 181

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