Practica 01: Sensores de luz y temperatura

Entrega vía Web: Viernes 07 de Marzo de 2014

1M. en C. Edgardo Adrián Franco Martínez

http://www.eafranco.com

@efranco_escom

edfrancom@ipn.mx

Contenido

• Introducción

• Objetivos

• Actividades

• Observaciones

• Reporte

• Fecha de Entrega

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Introducción• El uso de transductores y sensores es inevitable cuando

hablamos de instrumentación electrónica; estos son los

elementos base de todo sistema de medición de variables

físicas (luz, velocidad, temperatura, etc.).

• En está primer práctica trataremos de analizar el

funcionamiento de elementos simples como la

fotoresistencia, fototransistor, termistor y un sensor lineal

de temperatura.

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• Una fotoresistencia es un componente electrónico cuya

resistencia disminuye con el aumento de intensidad de luz

incidente. Puede también ser llamado célula fotoeléctrica o

resistor dependiente de la luz (LDR).

• Un fotoresistor está hecho de un semiconductor de alta

resistencia como el sulfuro de cadmio, CdS. Si la luz que

incide en el dispositivo es de alta frecuencia, los fotones son

absorbidos por la elasticidad del semiconductor dando a los

electrones la suficiente energía para saltar la banda de

conducción. El electrón libre que resulta, y su hueco

asociado, conducen la electricidad, de tal modo que

disminuye la resistencia. Los valores típicos varían entre 1

MΩ, o más, en la oscuridad y 100 Ω con luz brillante.

Fotoresistencia típica

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• Un fototransistor es un transistor sensible a la luz, la luzincide sobre la región de base, generando portadores enella. Esta carga de base lleva el transistor al estado deconducción. El fototransistor es más sensible que elfotodiodo por el efecto de ganancia propio del transistor.

• Un fototransistor es igual a un transistor común, con ladiferencia que el primero puede trabajar de 2 formas:

• Como transistor normal con la corriente de base (modo común).

• Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hacelas veces de corriente de base. (modo de iluminación).

• Puede utilizarse de las dos en formas simultáneamente,aunque el fototransistor se utiliza principalmente con el pinde la base sin conectar.

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(TO-72, TO-5)(PT331C, PT1302B)

• Un termistor es un sensor resistivo de temperatura.

Su funcionamiento se basa en la variación de la

resistividad que presenta un semiconductor con la

temperatura. Existen dos tipos de termistor:

• NTC (Negative Temperature Coefficient) – coeficiente de

temperatura negativo

• PTC (Positive Temperature Coefficient) – coeficiente de

temperatura positivo

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Termistor típico

• El LM35 es un sensor de temperatura de precisión y lineal.

• El LM35 se caracteriza por tener una precisión calibrada de

1ºC y puede llegar a medir temperaturas desde -55°C hasta

150°C. La salida es lineal y cada grado centígrado equivale a

10mV.

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Objetivos• Utilizar dispositivos capaces de producir

variaciones eléctricas ante variables físicas como

luz y temperatura.

• Medir sus reacciones y construir un circuito capaz

de poder convertir dichas variaciones en niveles de

voltaje o corriente, donde se vean reflejados los

cambios de las variables.

• Comprender la dificultad de obtener resultados

esperados si se desconocen las características

técnicas de los dispositivos.

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Lista de Materiales• 1 Fotorresistencia (Típica 2 o 10 MΩ)

• 1 Fototransistor (TO-72 o TO-5 o PT331C o PT1302B)

• 1 Termistor

• 1 LM35

*Resistencia de distintos valores y 1KΩ

*Protoboard, cables, puntas para multímetro y fuente

*Encendedor, cerillos, hielo

*Multímetro y fuente de poder

*Hoja de datos de todos los dispositivos9

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Actividades1. Medir la resistencia de la fotoresistencia bajo las siguientes

condiciones:

• *Intercambiar fotoresistencias con todos los equipos (Llenar la tabla para

todas)

2. Realizar un divisor de voltaje y probar de manera teórica y

practica las 5 condiciones anteriores.

• *Solo para su fototersistencia

• *Cálculos para Vout (considerando los valores de la fotoresistencia medidos en el punto 1)

• *Medir el voltaje en R10

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Luz ambiente

(Luz amanecer

aprox. 20,000 Lux)

Luz directa

lámpara

(Aprox. 2000 lux)

Luz sobre la mesa

de trabajo (Aprox.

600 lux)

Semi-obscuridad

(Aprox. 40 lux)

Obscuridad

(Aprox. 0 lux)

• Recuerde la configuración del divisor de voltaje

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3. Desarrolle la configuración siguientes según el

fototransistor adquirido como circuitos de

acoplamiento para el fototransistor y mida con la

ayuda de un multímetro bajo las 5 condiciones

previas la variación en corriente y en voltaje (según

sea el caso).

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(PT331C, PT1302B)(TO-72, TO-5)

4. Comparar de manera gráfica y textual la respuesta

del divisor de voltaje de 2, contra el circuito 3.

• ¿Cuál configuración utilizaría para construir un luxómetro? ¿Por qué?

• ¿Qué dificultades tuvo en la prueba de estos dos dispositivos?

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5. Mida resistencia del termistor bajo al menos tres

condiciones de temperatura

• *Intercambiar termistores (Llenar la tabla para todos)

6. Realizar un divisor de voltaje y probar de manera teórica

y practica las condiciones probadas.

• *Solo para su termistor

• *Cálculos para Vout (considerando los valores del termistor medidos en el punto 5)

• *Medir el voltaje en R

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Temperatura sobre

fuego (Aprox.

200°C)

Temperatura

ambiente

(Aprox. 26°C)

Temperatura Hielo

(Aprox. 3°C)

7. Con el circuito básico de aplicación del

LM35 mida los voltajes a la salida bajo las

condiciones de prueba.

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8. Comparar de manera gráfica y textual la respuesta

del divisor de voltaje de 6, contra los

configuraciones de 7.

• ¿Cuál configuración utilizaría para construir un termometro? ¿Por

qué?

• ¿Qué dificultades tuvo en la prueba de estos dos dispositivos?

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Observaciones• Justificar las respuestas y comparaciones de la manera más

técnica posible, evite suposiciones o hipótesis, investigue las

características de los dispositivos y el funcionamiento de las

configuraciones realizadas.

• Explique los conceptos de respuesta lineal y exponencial de

los sensores.

• Explique porque existe la necesidad de un acoplamiento o

acondicionamiento de la señal en un instrumento de

medición.

• Explique los posibles errores de medición en las actividades

realizadas.

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Reporte• Portada (Incluir foto del equipo)

• Introducción (Marco teórico)

• Actividades y resultados (Incluir fotos de los circuitos)

• Conclusiones (Por cada integrante del equipo)

• Anexo (Diagramas, especificaciones técnicas de los dispositivos)

• Bibliografía (En formato IEEE)

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Fecha de entrega

*Se entregará antes del día Viernes 07 de marzo de 2014

(23:59:59 hora limite)

*Se revisará redacción (coherencia y ortografía)

*No olvidar cumplir con las observaciones de las

actividades y reportarlas.

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