Metrologia y Transductores

8/16/2019 Metrologia y Transductores

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F. Hugo Ramírez LeyvaCubículo 3

Instituto de Electrónica y Mecatrónica

[email protected]

Octubre 2012

1. Introducción

Metrología y Transductores

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Contenido del curso1. Sistemas de Unidades de

Medición Unidades fundamentales y

derivadas Sistemas de unidades Unidades eléctricas y magnéticas Sistema internacional de unidades

y conversiones de unidades2. Patrones de Medición

Clasificación Patrones f undamentales Patrones para unidades derivadas Patrones eléctricos Patrones IEEE

3. Medición y Error Definiciones Exactitud y precisión

Cifras significativas Tipos de error Análisis Estadístico Probabilidad de errores

4. Mediciones con puentes Introducción Puente de Wheatstone Puente Kelvin Puente de Wheatstonecon protección Puentes de c.a.y sus aplicaciones Puente de Maxwell Puente de Hay Puente de Schering Puente de Wien Conexión a tierra Wagner

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Contenido del curso5. Transductores Clasificación Selección Galgas extensiométricas Transductores de desplazamiento Mediciones de temperatura

6. AmplificadoresOperacionales

Clasificación Características básicas Detectores de nivel de voltaje Amplificador inversor Amplificador no-inversor Comparadores y circuitos de control

Algunas aplicaciones de los Amp. Op.

7. AmplificadoresDiferenciales, deInstrumentación yPuente

Amplificadores Diferenciales, deInstrumentación y Puente

Amplificador diferencial básico Mejoras en el amp. diferencial

básico Amplificador de instrumentación Amplificador básico de puente

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Contenido del curso

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8. Circuitos IntegradosTemporizadores

Modos de operación deltemporizador 555

Terminales del 555 Operación en oscilación libre o

estable Operación monoestable o de un

disparo

9. Circuitos IntegradosTemporizadores

Convertidores Digital a Analógico yAnalógico a Digital

Características de los DAC y ADC Proceso de Conversión Digital a

Analógica Salida de voltaje del DAC DAC multiplicador DAC-08, convertidor de 8 bits Convertidores integradores

analógico a digital por aproximaciones sucesivas

Convertidores flash o paralelos

Calificación

Tres Parciales Exámenes 50% Tareas 10% Prácticas 40%

Entrega 50%

Reporte 50% Proyecto

Entrega física 50% Reporte 50%

Redondeo Toda calificación superior a 0.5 se redondea el

entero superior Página del curso

http://www.utm.mx/~hugo/metro.htm

Programas a usar Proteus Excel LabVIEW

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BibliografíaS Tumanski, Principles of

Electrical Measurement, Taylor& Francis Group, 2006

Robert F. Coughlin,Amplificadores Operacionales yCircuitos Integrados Lineales,2000

William D. Cooper & Albert D.Helfrick, InstrumentaciónElectrónica Moderna y Técnicasde Medición, Prentice - Hall,1991

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Contenido de un Reporte Portada Introducción

En esta parte del documento se expone en forma clara y concreta, la teoríabásica de lo que va a tratar el documento. Por ejemplo si se va a realizar unrobot manipulador, se describe, ¿Qué es un robot manipulador?, ¿Qué hace?,¿De que esta compuesto?, etc. No debe ser mayor a 2 hojas, ni menor a ½página. La información que aquí pongan, puede provenir de artículos derevistas, páginas de Internet y libros. Al final del capítulo, en la parte debibliografía, pondrán las ligas de las páginas de Internet, o los libros dedonde tomaron la información. Debe de tener una secuencia clara, no seadmite que solo se CORTAR y PEGAR.

Objetivos En esta parte del documento se describen los objetivos que pretenden cubrir

en el documento. Se pueden dividir por objetivos generales (que se ponenprimero) y objetivos específicos (que van después).

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Contenido de un Reporte Descripción del sistema

Aquí ponen la estructura del sistema que van a desarrollar o están

desarrollando. Se pueden ayudar de diagrama a bloques, diagramasesquemáticos, etc.

Resultados En esta parte del documento discuten los resultados que hayan

obtenido, de lo que se ha tratado en el documento.

Conclusiones. En las conclusiones se resaltan los puntos más importantes que se

obtuvieron al realizar el trabajo. También se discuten los principalesproblemas que tuvieron que resolver y la forma en que fueronresueltos. Al final se discuten los posibles trabajos que faltan porrealizar para mejorar el trabajo expuesto en el documento.

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Contenido de un Reporte 7. Bibliografía

• En la bibliografía se enumeran todos los documentos que fueronconsultados para realizar el trabajo, como son hojas de datos dedispositivos, páginas de Internet, libros, etc.

• Se usa una numeración consecutiva de las fuentes consultadas. Entérminos generales, el formato es:

• Para libros:• [1] Autor o autores, “Titulo del libro”, Edi torial, edición, año.• Para artículos:• [2] Autor o autores, “Titulo del artículo”, Nombre de la revista,

congreso o memorias, Año• Para páginas de Internet• [http1] Nombre de la página, Dirección electrónica, fecha del último

acceso.

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Introducción

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Introducción

• http://picasaweb.google.com/lh/photo/29X6tRtilpyN_bGmFgcrZA

• http://www.mancomun.org/es/no_cache/actualidade/detalledenova/nova/robots-galegos-con-software-libre/

http://www.robotic-lab.com/blog/2007/06/13/mano-robot-con-sensores-tactiles/

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Introducción

http://www.aceriferru.com/robot%20soldadura.html • http://www.globalrobotsusa.com/Fanuc-M16iB-RJ3iB-20.htm

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Presentación de las Mediciones

(Analógico)

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(Digitales)

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(Gráfica)

Grafícadores

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Metrología La metrología es la ciencia de las mediciones.

Es la base para el desarrollo científico y tecnológico de la civilización.

Esta en constante evolución. Se clasifica en : La metrología legal tiene como función, la de establecer el cumplimiento de la

legislación metrológica oficial. La metrología científica busca la materialización de los patrones internacionales

de forma más f ácil o nuevas. También participa en la elaboración de normas Metrología Industrial da servicio de calibración de patrones y equipos a la

industria y el comercio.

La rastreabilidad (trazabilidad) es la desviaciónque existe entre los diferentes patrones, desde ladefinición, el patrón primario hasta elindustrial.

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Metrología

Se puede dividir de acuerdo al tipo y técnica demedición en: Metrología Geométrica Metrología Eléctrica Metrología térmica Metrología química

La normalización y el control de calidad tienen susbases en la metrología. Se necesita tener reglas precisas para la generación de productos de calidad que

brinde al usuario la seguridad y el servicio para el cual fueron diseñados.

El control de calidad es importante en los sistemas deproducción en serie. Usa métodos estadísticos para el análisis y el control de procesos.

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Unidades Fundamentales y derivadasUnidades Fundamentales y derivadasUnidades Fundamentales y derivadasUnidades Fundamentales y derivadas

Las cantidades físicas deben de ser definidas tanto en clase comomagnitud.

La medida estándar de cada cla se de cantidad física es la unidad. Cantidad física→ Magnitud Unidad→Metro Magnitud→ 10

Existen 2 tipos de unidades en ingeniería: Unidades fundamentales: Longitud, masa, tiempo, calor, electricidad,

intensidad luminosa y mol. Unidades derivadas. Son todas las unidades que se expresan en

términos de unidades fundamentales. Fuerza, presión, caudal, flujo,etc.

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Sistema de UnidadesSistema de UnidadesSistema de UnidadesSistema de Unidades En 1790 el gobierno Francés ordenó a la academia de ciencias el

proponer un sistema único de pesas y medidas.

El sistema debería ser independiente de cosas hechas por elhombre Basarse en la naturaleza. Las definiciones originales de las unidades fundamentales son:

El metro: La diezmillonésima parte de la distancia desde el polo alecuador a lo largo del meridiano que pasa por parís.

El gramo: La masa de 1cm3 de agua destilada a 4 °C, a 1 atm(atmosfera 760mm Hg).

El segundo 1/86,400 del día solar medio.

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Sistema de UnidadesSistema de UnidadesSistema de UnidadesSistema de Unidades En 1960 se adoptó el sistema internacional (SI) de unidades,

las unidades básicas que se definieron son: El metro m El ampere A El kilogramo kg Temperatura °K El segundo s La intensidad luminosa, la candela (Cd) El mol mol

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Unidades Cantidad Unidad Abreviatura (siglas)

Longitud Metro m Masa Kilogramo Kg Tiempo Segundo s Corriente Amperio A Temperatura Grado Kelvin °K Cantidad de sustancia Mol mol Voltaje Voltio V (J/C) Resistencia Ohmio Ω (V/A) Capacitancia Faradio F (C/V = s4 A2/(m2 kg) ) Inductancia Henrio H Energía Julio J (N m = kg m2/s2) Potencia Vatio W (J/s = V A) Frecuencia Hertz Hz (1/s)

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UnidadesCantidad Unidad Abreviatura

(siglas)

Carga Coulomb C (F V) Fuerza Newton N (m kg/s2) Flujo magnético Weber Wb (V s= T m2) Densidad de Tesla T (Wb/m2 =kg/(s2

A) )flujo magnético

Ángulo Sólido Estero radian Sr (rad2 = m2/m2) Flujo Luminosos Lumen lm (cd s r) Luminancia Lux lx (cd sr/m2) Presión Pascal Pa (N/ m2) Intensidad de campo V/m2

eléctrico

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Organizaciones de Estándares

IEEE Intitute of Electrical and Electronics Engineer .Instituto de Ingenieros Eléctricos y electrónicos. Posee más de 800 estándares

ANSI American Standard Institute Es el instituto que mantiene los estándares en estados

unidos.

ISO = Significa Igual. Es una federación internacional de m ás de 100 países.

En México el que pone los estándares es el CENAM

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Mediciones

Sistema de Medida: Es un conjunto deuno o más instrumentos de medición yfrecuentemente otros dispositivos, incluidosreactivos e insumos, ensamblados y

adaptados para producir valores medidos dela magnitud en intervalos especificados paramagnitudes de naturalezas especificadas.

Instrumento de Medición: Instrumentopara medir que produce una señal de salidaque lleva información sobre el valor de lamagnitud sujeta a medición, ejemplo untermómetro, una galga extensiométrica, untubo de bourdon,etc.

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Calibración

La relación entre la medición física de lavariable de entrada y la señal variable (salida)

en un sensor especifico se le llama calibracióndel sensor.

La sensitividad del dispositivo estadeterminado por la pendiente de la curva decalibración

La sensibilidad es el mínimo cambio medible La saturación se llega cuando la salida ya no

sigue a la entrada El rango dinámico es la diferencia entre el

valor mínimo y máximo

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Precisión y exactitud

La exactitud de un instrumento,es la diferencia entre el valormedido por el instrumento y elvalor real.

La precisión de un instrumentoes la repetibilida de lasmediciones.

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Pasos para hacer una mediciónPasos para hacer una mediciónPasos para hacer una mediciónPasos para hacer una medición

1. Diseño del conjunto demediciones (selección delequipo)

2. Operación inteligente delequipo de medición

3. Registro de los datos en formaclara

4. Estimación de la precisión delas mediciones y magnitud delos posibles errores causados

5. Preparación del informe

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Procesamiento de las mediciones

Cifras significativas Son todos aquellos dígitos de un número que se conocen

con seguridad El número de cifras significativas expresa la precisión de la

medición

Ejemplo:

Métodos para expresar las cifras significativas Número completo. Potencia de 10. Rango y error.

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Calculo con error

Redondeo. Si en un número existen más números que losque se conocen con certeza descartarlos. Si el último dígito es >5 → +1 Si el último dígito es


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Incertidumbre

Es el intervalo en el cual la medición es incierta con respecto al valorque es casi seguro. Se divide en : Absoluta. Es la precisión con la que se conoce que trabaja el instrumento y

se expresa como +.. Ejemplo: 10cm +0.05cm, su incertidumbre absoluta es +0.05cm

Relativa. Es una comparación de la incertidumbre del instrumento conrespecto al valor medido. Se define como: Ejemplo la incertidumbre relativa de 10cm +0.05cm es 0.5% Da una medida relativa de la calidad de la medición.

Incertidumbre de cantidades calculadas. Se parte de la premisa que la incertidumbre de la medición directa está en

el valor correcto. Se desea tener el peor caso del valor calculado.

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Incertidumbre absoluta100%

Valor medido

Incertidumbre en una función de

varias variables

Método de Kline and Mc.Clintockde Sea una función de varias variables, cada una con su

incertidumbre: Cada una de las variables tiene la incertidumbre La incertidumbre del resultado esta dada por:

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Ejemplos

Potencia V=100V+2V, I=10A+0.2A.

La potencia esP=1000W+28W, wr=2.83%

La resistencia de cierto alambre de cobreesta dado por:

Con: R0=6Ω+0.3%, es la r esistencia a 20°C.

Coeficiente de temperatura α=0.004°C-1+1%

Temperatura T=30+1°C

Resistencia nominal

Incertidumbre

Incertidumbres: ; ;

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Análisis Estadístico

Generalmente siempre que se hacenmediciones se obtienen resultados diferentes.

Es recomendable hacer un número grande demediciones y con base en ellas encontrar elvalor correcto.

Formato de procesar la información. Histogramas La moda. Es el pico máximo del histograma.

Puede tener 1 o más picos. La mediana. Es el valor central de todos los

valores de la medición (Áreas iguales en ambaspartes del histograma)

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Errores de medición Errores graves: Son debidos,

principalmente, al ser humano. Por fallas humanas

Uso inapropiado de los instrumentos Descuido o malos hábitos Instrumentos descalibrados

Efectuar mas de una lectura de la misma

cantidad por diferentes observadores yen diferentes condiciones

Errores aleatorios: Sus orígenes no sepueden determinar directamente. Se deben a causas desconocidas y

ocurren incluso cuando todos los erroressistemáticos se han considerado.

Errores sistemáticos: Se deben a fallasen los instrumentos. Errores instrumentales don inherentes a los

instrumentos de medición, a causa de suestructura electrónica o mecánica. Se pueden evitar por:

La selección del instrumento adecuado. Aplicar los factores de corrección después de

definir el error instrumental.

Calibrar al instrumento con un patrón. Errores ambientales

Se deben a las condiciones externas que afectan laoperación del dispositivo de medición, incluyendo lascondiciones del área circundante, como son:Temperatura, presión, humedad, campos magnéticosy eléctricos.

Errores estáticos Se originan por las limitaciones de los dispositivos de

medición.

Errores dinámicos Se generan cuando el instrumento no responde con la

suficiente rapidez a los cambios de la variable medida.

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Medidor de Tensión

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Medidor de Tensión

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Medidor de Tensión

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Medidor Trifásico

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Medidor de Potencia y Calidad de la Energía

José Manuel AvilaVazquez

http://biblioteca.utm.mx

Medidor Trifásico

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Medidor Trifásico

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Medidor Trifásico

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Codificador de Pulsos KYZ

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Codificador de Pulsos KYZ bajo el Protocolo de ComunicacionesMODBUS para Medidores Electrónicos de Energía Eléctrica”

Enmanuel Aparicio Velázquez


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Control de un Motor

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Wilebaldo Martínez-Velazco, Felix Emilio Luis-Pérez,Fermín Hugo Ramírez-Leyva. “Sistema de

Identificación y Control del Servo Motor Amirapara uso Didáctico Desarrollado en

instrumentación Programable”. VII Semana Nacionalde Ingeniería Electrónica SENIE 11; 26 al 28 de Octubre2011, Tapachula , Chiapas , México. ISBN 968-607-477-588-4

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Control de un Motor

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Control de un Motor

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Control de un Motor

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Control de Temperatura

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Control de Temperatura y Flujo de Aire por ciclos enteros deun Deshidratador Eléctrico con Base en InstrumentaciónProgramable

Julio César García Guillén


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0 10 20 30 40 500

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75

100

125

150

No de ciclos (n)

V o l t a j e ( V r m s ) , P o t e n c i a ( W )

Potencia

Voltaje


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