Informe Lab Control

UNIVERSIDAD PEDADOGICA Y TECNOLOGICA DE COLOMBIA SEDE SECCIONAL SOGAMOSO

ESCUELA DE INGENIERIA INDUSTRIALCONTROL AUTOMÁTICO DE PROCESOS

I INTRODUCCIÓN

En muchos campos de la ingeniería actualmente se va mas allá de la mecanización de los procesos por la necesidad que tienen los operarios y las máquinas de mejora; el control no solo ofrece hacer más fácil el trabajo sino que también tecnificarlo y para esto se hace necesario el conocimiento y manejo de los

instrumentos usados en la medición electrónica o control.

II OBJETIVOS

Comprender el funcionamiento de una fotocelda y su papel como elemento transductor en un ejemplo práctico.

INFORME DISEÑO DE UN SENSOR DE LUMINOSIDAD (Noviembre 2010)



Identificar los estándares de medición de señales electrónicas, acondicionando la señal que entrega la fotocelda por medio de un circuito con amplificador operacional.

III MATERIALES

Protoboard

Es una placa de uso genérico reutilizable o semi permanente, usado para construir prototipos de circuitos electrónicos con o sin soldadura. [1]



Figura 1: Foto del protoboard utilizado en la práctica.

Resistencias: 100Ω, 250Ω, 1kΩ, 330kΩ, 3.3kΩ.

Cable para protoboard

Fusibles 0.25 A – 250 V

Pinzas y pelacables

4 amplificadores operacionales LF353

Fuente conmutada

Una fuente conmutada es un dispositivo electrónico que transforma energía eléctrica mediante transistores en conmutación. [2]

http://es.wikipedia.org/wiki/Conmutaci%C3%B3n

http://es.wikipedia.org/wiki/Transistores

http://es.wikipedia.org/wiki/Energ%C3%ADa_el%C3%A9ctrica

http://es.wikipedia.org/wiki/Dispositivo_electr%C3%B3nico

http://es.wikipedia.org/wiki/Dispositivo_electr%C3%B3nico



Figura 2: Foto de la fuente utilizada en la práctica.

Multímetro

Es un instrumento de medición que ofrece la posibilidad de medir distintos parámetros eléctricos y magnitudes en el mismo dispositivo. Las funciones más comunes son las de voltímetro, amperímetro y óhmetro. [3]



Figura 3: Foto del multímetro utilizado en la práctica.

Fotocelda:

Una resistencia, cuyo valor en ohmios varía ante las variaciones de la luz incidente.

Una fotocelda presenta un bajo valor de su resistencia ante la presencia de luz, y, un alto valor de resistencia ante la ausencia de luz. [4]

http://es.wikipedia.org/wiki/Ohm

http://es.wikipedia.org/wiki/Resistencia_(componente)



Figura 4: Fotocelda utilizada en la práctica.

IV MARCO TEORICO

Amplificador operacional:

Es un elemento activo con una alta relación de ganancia diseñado para emplearse con otros elementos de circuito y efectuar una



Operación específica de procesamiento de

señales. Capaz de realizar multitud de

funciones con pocos componentes discretos.

El Amplificador Operacional se comporta de forma lineal si:–Hay camino de circulación de corriente entre la salida y la entrada negativa

–La tensión de salida no supera los límites de la tensión de alimentación

Amplificador Operacional LF353

Estos dispositivos son de bajo costo, alta velocidad, de doble entrada JFET, con una capacidad de desplazamiento interno recortado.



Proporcionan los dispositivos de polarización de entrada muy bajoBaja las corrientes de polarización de entrada y compensan las corrientes.

Diagrama de pines



FOTOCELDA O FOTORESISTENCIA

La fotorresistencia, como su nombre lo indica, es un resistencia cuyo valor dependen de la energía luminosa incidente en ella, específicamente son resistencias cuyo valor de resistividad disminuye a medida que aumenta la energía luminosa incidente

sobre ella y viceversa. Una fotorresistencia se compone de un material semiconductor cuya resistencia varía en función de la iluminación. La fotorresistencia reduce su valor resistivo en presencia de rayos luminosos. Es por ello por lo que también se le llama resistencias dependientes de luz (light dependent resistors), fotoconductores o células fotoconductoras.



Figura 1. Símbolo de la Fotorresistencia

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Figura 2. Fotoresistencia

Un fotorresistor está hecho de un semiconductor de alta resistencia. 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 de la banda de valencia a la banda de conducción, aumentando así la conductividad del dispositivo y

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disminuyendo su resistencia. Las fotorresistencias se caracterizan por la ecuación:

Dónde:R: resistencia de la fotorresistencia.A,α: constantes que dependen del semiconductor

utilizado.E: densidad superficial de la energía recibida.

Principio de Funcionamiento

La resistencia de este tipos de componentes varía en función de la luz que recibe en su superficie. Así, cuando están en oscuridad su resistencia es alta y

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cuando reciben luz su resistencia disminuye considerablemente. Cuando incide la luz en el material fotoconductor se generan pares electrón - hueco. Al haber un mayor número de portadores, el valor de la resistencia disminuye. De este modo, la fotorresistencia iluminada tiene un valor de resistencia bajo. Las células son también capaces de reaccionar a una amplia gama de frecuencias, incluyendo infrarrojo (IR), luz visible, y ultravioleta (UV). Los materiales que intervienen en su construcción son Sulfuro de Cadmio, utilizado

como elemento sensible a las radiaciones visibles y sulfuro de plomo se emplean en las LDR que trabajan en el margen de las radiaciones infrarrojas. Estos materiales se colocan en encapsulados de vidrio o resina.



Figura 3. Fotogeneración de Portadores

Si dejamos de iluminar, los portadores fotogenerados se recombinarán hasta volver hasta sus valores iniciales. Por lo tanto el número de portadores disminuirá y el valor de la resistencia será mayor. Por supuesto, el material de la fotorresistencia responderá a unas longitudes de onda determinadas.

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Figura 4. Estado de Conducción sin Fotogeneración

Es decir, la variación de resistencia será máxima para una longitud de onda determinada. Esta longitud de onda depende del material y el dopado, y deberá ser suministrada por el proveedor. En general, la variación de resistencia en función de la longitud de onda presenta curvas como las de la figura siguiente:

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Figura 5. Curva característica de la LDR

V PROCEDIMIENTO

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1. Se tomó la medición del valor de la resistencia de la fotocelda con luz y sin luz.

2. Se montó el circuito que se muestra en la figura.

3. Se tomó la medición de voltaje bajo las condiciones de luz y oscuridad.

4. Se realizó el diseño de un circuito de acondicionamiento de señal garantizando una salida estándar de 1-5 voltios, donde un voltio representa oscuridad y 5 voltios representa la máxima cantidad de luz ambiente posible.

5. Se montó el circuito de acondicionamiento.



6. Se realizó la comprobación del funcionamiento del circuito diseñado tomando el valor de los voltajes de salida.

VI RESULTADO

Resistencia Voltaje

Con luz 1.76 Ω 1.7 v

Sin luz 70.3 Ω 0.38 v

Voltaje de referencia

Sin luz 1 v



Con luz 5v



Medimos y comprobamos los voltajes y corrientes en cada uno de los circuitos.

Figura 9: Foto del montaje realizado para la práctica.



Obtuvimos la medición de voltaje RMS, voltaje promedio y voltaje pico de las señales.

Observamos las diferentes señales producidas por el osciloscopio al variar la señal de entrada desde el generador.

VI RESULTADOS

CIRCUITO SERIE

R1: 1KΩ

Tabla 1: Código de colores para R1en el circuito en serie

CAFÉ NEGRO ROJO ORO

1 0 2 5%



Tabla 2: Resultados de la medición para R1 obtenidos con el multímetro en el circuito en serie

MULTIMETRO

Resistencia 1.002 k Ω

Voltaje 2.13 v

Intensidad 9.81 mA

R2= 220 Ω

Tabla 3: Código de colores para R2 en el circuito en serie

ROJO ROJO CAFE ORO

2 2 1 5%



Tabla 4: Resultados de la medición para R2 obtenidos con el multímetro en el circuito en serie

MULTIMETRO

Resistencia 219 Ω

Voltaje 9.87 v

Intensidad 9.81 mA

Tabla 5: Resultados de la medición del circuito en serie

CIRCUITO SERIE

Voltaje 12.1 v

Intensidad 9.81 mA



CIRCUITO PARALELO R1= 1K Ω

Tabla 6: Código de colores para R1en el circuito en paralelo


1 0 2 5%

Tabla 7: Resultados de la medición para R1 obtenidos con el multímetro en el circuito en paralelo

MULTIMETRO



Resistencia 1.002k Ω

Voltaje 5.02 v

Intensidad 5000 mA

R2= 10KΩ

Tabla 8: Código de colores para R2 en el circuito en paralelo

CAFÉ NEGRO AMARILLO ORO

1 0 3 5%

Tabla 9: Resultados de la medición para R2 obtenidos con el multímetro en el circuito en paralelo

MULTIMETRO

Resistencia 10001 Ω



Voltaje 5.02 v

Intensidad 501 mA

Tabla 10: Resultados de la medición del circuito en paralelo

CIRCUITO PARALELO

Voltaje 5.02 v

Intensidad 5501 mA



CIRCUITO MIXTO

* R1= 1KΩTabla 11: Código de colores para R1en el circuito mixto


1 0 2 5%

Tabla 12: Resultados de la medición para R1 obtenidos con el multímetro en el circuito mixto

MULTIMETRO

Resistencia 1.002 kΩ

Voltaje 9.19 v

Intensidad 9.171 mA



R2 = 6.8 KΩ

Tabla 13: Código de colores para R2 en el circuito mixto

AZUL GRIS ROJO ORO

6 0 2 5%


MULTIMETRO

Resistencia 6.64 k Ω

Voltaje 2.809 v

Intensidad 4.23μA

* R3= 100ΩTabla 15: Código de colores para R3 en el circuito mixto



CAFÉ NEGRO CAFÉ ORO

1 0 1 5%


MULTIMETRO

Resistencia 98.9Ω

Voltaje 0.877v

Intensidad 8.97 mA

R4=220 Ω

Tabla 17: Código de colores para R4 en el circuito mixto

ROJO ROJO CAFÉ ORO



2 2 1 5%


MULTIMETRO

Resistencia 219 Ω

Voltaje 1.93 v

Intensidad 8.81 mA

Tabla 19: Resultados de la medición del circuito mixto

CIRCUITO MIXTO

Voltaje

Intensidad



TABLAS DE LAS MEDICIONES ELECTRÓNICAS HECHAS POR EL

OSCILOSCOPIO DE DIFERENTES SEÑALES

Tabla 20: Resultados de la medición electrónica hecha por el osciloscopio de la señal seno

SEÑAL SENO

Frecuencia 59.9 Hz Periodo 16.8 ms



Voltaje medio 54.9 mv

Voltaje pico-pico 4.24 v

Voltaje RMS – ciclo 1.46 v

Voltaje RMS mínimo -2.08 v Voltaje RMS máximo

2.16 v

Tiempo de subida 5.08 ms

Tiempo de bajada 4.08 ms

Ancho positivo 8.560 ms

Ancho negativo 8.160 ms



Figura 10: Foto del oscilograma de la señal seno.



Tabla 21: Resultados de la medición electrónica hecha por el osciloscopio de la señal triangular

SEÑAL TRIANGULAR

Frecuencia 60 Hz Periodo 16.8 ms

Voltaje medio 28.5 v



Voltaje RMS mínimo -2.00 v

Voltaje RMS máximo 2.08 v









Figura 11: Fotos del oscilograma de la señal triangular.

Tabla 22: Resultados de la medición electrónica hecha por el osciloscopio de la señal cuadrada

SEÑAL CUADRADA

Frecuencia 60 Hz

Periodo 16.8 ms




Voltaje pico-pico 4.48 mv




Tiempo de subida 33.3 µs

Tiempo de bajada 33.3 µs





Tabla 23: Resultados de la medición electrónica hecha por el osciloscopio de la señal seno del circuito canal 1



SEÑAL SENO DEL CIRCUITO CANAL 1

Frecuencia 59.45 HzPeriodo 16.81 ms










Tabla 24: Resultados de la medición electrónica hecha por el osciloscopio de la señal seno del circuito canal 2



SEÑAL SENO DEL CIRCUITO CANAL 2

Frecuencia 59.24 Hz

Periodo 16.84 ms

Voltaje medio 407 mv


Voltaje RMS – ciclo 674 mv

Voltaje RMS mínimo -40.0 mv








VII CONCLUSIONES

NO ENTENDI QUE DIFERENCIA HAY ENTRE EL CANAL 1 Y 2

VIII BIBLIOGRAFIA

[1]http://es.wikipedia.org/wiki/Placa_de_pruebas

[2]http://es.wikipedia.org/wiki/Fuente_conmutada

[3]http://es.wikipedia.org/wiki/Mult%C3%ADmetro

[4] http://es.wikipedia.org/wiki/Fotocelda

[5]



FOTOCELDA http://martinezmorenomedicionesind.blogspot.com/2007/06/fotoresistencia-ldr_16.html

Documents

Informe Lab Control