Prctica2

PREMBULO AL TALLER DE APRENDIZAJEAsignatura Sensores y Actuadores

El Potencimetro

Universidad Autnoma de Nuevo LenFacultad de Ingeniera Mecnica y Elctrica

Manual de Prcticas para Sensores y Actuadores12345 Av. Universidad s/n Ciudad UniversitariaSan Nicols de los Garza, Nuevo Len, C.P. 66451Tel. (81) 8329-4020 Fax (81) 8332-0904Correo: relacionespublicas@fime.uanl.mx

Tabla de contenidoIntroduccin3Objetivo General4Objetivo Particular4Marco Terico4Planteamiento del Problema9Desarrollo de la prctica9Resultados10Conclusiones11Problemas Propuestos11Problema 112Problema 215

Introduccin

Trabajo pesado es, por lo general, la acumulacin de tareas livianas que no se hicieron a tiempoAnnimo

El resistor es un componente elctrico, de los ms importantes en el mundo de la electrnica, es el concepto base de toda una gama de interacciones con circuitos elctricos.

Objetivo El resistor tiene el funcionamiento de ocasionar una oposicin al flujo de corriente que es generado por la ley de ohm. La ley de Ohm nos indica lo siguiente

Dnde:Ec. (1)V= voltaje (Volts)I= Corriente (Ampere)R=Resistencia (Ohms; )

Si observamos a detalle la frmula de la ley de Ohm Qu ocurrira si el valor de la resistencia total en un circuito elctrico resultara ser 0, no existir una resistencia en tal? La respuesta es sencilla, la corriente tomara un valor infinito, algo no deseado en un circuito.

El potencimetro monovuelta es un componente basado en el resistor, la funcin es la siguiente:

Consta de limitar el paso de la corriente elctrica a travs de un circuito el cual es provocado por la cada de tensin en ellos, solo que el potencimetro consta de un privilegio el cual no posee el resistor, el variar su valor resistivo, donde la rotacin mecnica que provoca el desplazamiento del cursor en la totalidad del elemento resistivo es inferior o igual a 360. Adems un potencimetro colocado en paralelo con alguna resistencia cumple con la funcin de variacin de voltaje.

Objetivo General

El estudiante ampliar sus conocimientos con los principios bsicos del potencimetro, sus principales tipos, caractersticas y aplicaciones. Adems deber describir el comportamiento de un potencimetro rotacional, la relacin entre su desplazamiento angular y el voltaje de salida mediante una grfica. De este modo se familiarizar con el equipo proporcionado en el laboratorio montando el material a utilizar en el hardware NI Elvis y realizando un cdigo en el software NI LabVIEW el cual tendr una interfaz con el anterior. Objetivo ParticularEl estudiante pedir en el laboratorio el material a utilizar, har las conexiones pertinentes en el equipo, seguir las instrucciones escritas para evitar errores en las conexiones y se dedicar a realizar su prctica tomando los datos necesarios y evidencias para su reporte.

Marco Terico

Un potencimetro es un elemento resistivo que tiene un contacto deslizante que puede desplazarse a lo largo de dicho elemento. Este desplazamiento se convierte en una diferencia de potencial.

Los potencimetros limitan el paso de la corriente elctrica (Intensidad) provocando una cada de tensin en ellos al igual que en una resistencia, pero en este caso el valor de la corriente y la tensin en el potencimetro las podemos variar solo con cambiar el valor de su resistencia. En una resistencia fija estos valores seran siempre los mismos.

El valor de un potencimetro viene expresado en ohmios (smbolo ) como las resistencias, y el valor del potencimetro siempre es la resistencia mxima que puede llegar a tener. El mnimo lgicamente es cero. Por ejemplo un potencimetro de 10K puede tener una resistencia con valores entre 0 y 10.000.

FIGURA 2.1 El potencimetro bsico

Fjate que la resistencia es el hilo conductor enrollado. Tenemos 3 terminales A, B y C. Si conectramos las terminales A y B al circuito sera una resistencia fija del valor igual al mximo de la resistencia que podra tener el restato. Ahora bien si conectamos los terminales A y C el valor de la resistencia dependera de la posicin donde estuviera el terminal C, que se puede mover hacia un lado o el otro. Hemos conseguido un Potencimetro, ya que es una resistencia variable. Este potencimetro es variable mecnicamente, ya que para que vara la resistencia lo hacemos manualmente, moviendo el terminal C. Este tipo de potencimetros se llaman restatos, suelen tener resistencias grandes y se suelen utilizar en circuitos elctricos por los que circula mucha intensidad.Se suelen llamar potencimetros lineales o deslizantes por que cambian su valor deslizando por una lnea la patilla C. Veamos cmo son en realidadExisten muchos tipos de potencimetros:

FIGURA 2.2 El potencimetro lineal

El mismo mecanismo, pero ms pequeo, tendran los potencimetros rotatorios para electrnica. Se usan en circuitos de pequeas corrientes. Veamos como son.

FIGURA 2.3 El potencimetro rotatorio

Si nos fijamos tienen 3 patillas como el anterior. Para conectarlo debemos conectar al circuito las patillas A y B o la C y B, es decir la del medio siempre con una de los extremos y as conseguiremos que sea variable. Tienen una rosca que puede variarse con un destornillador, como es el caso del de color negro, o puede tener un saliente que gira con la mano para variar la resistencia del potencimetro al valor que queramos. Estos potencimetros tambin se llaman rotatorios.

El potencimetro rotacional o giratorio est formado por una pista o canal circular con devanado de alambre o por una capa de plstico conductor; sobre la pista rota un contacto deslizante giratorio. Si tenemos un voltaje de entrada constante entre las terminales 1 y 3, el voltaje de salida o V entre las terminales 2 y 3 es una fraccin del voltaje de entrada. Esta fraccin depende de la relacin de resistencia 2 - 3 R comparada con la resistencia total o 1 - 3 R.

El smbolo de un potencimetro mecnico en un circuito elctrico es el siguiente:

FIGURA 2.3 Smbolo del potencimetro mecnico

Vemos que es como el de una resistencia pero con una flecha que lo atraviesa y que significa variabilidad (que vara). Podemos usar cualquiera de los dos. Si la resistencia de la pista por unidad de longitud es constante, entonces la salida es proporcional al ngulo a lo largo del cual gira el deslizador. En este caso un desplazamiento angular se puede convertir en una diferencia de potencial.

Ec. (2)

Podemos suponer que la resistencia cambia uniformemente a lo largo del desplazamiento, dicha suposicin ser tomada para encontrar una constante en el potencimetro, sin embargo esta suposicin es falsa pues la linealidad del potencimetro est acotada.

Si definimos un potencimetro como 2 resistencias variables (R12 y R23) las cuales obedecen la siguiente ecuacin: R12 + R23 =Rt, donde Rt es la resistencia total del potencimetro, tendramos un diagrama como el de la figura siguiente.

FIGURA 2.4 Diagrama de conexin del potencimetro

En un circuito en serie, la corriente que viaja en todo el circuito permanece constante y se puede determinar por la ley de Ohm.

Donde:Ec. (3)I=CorrienteVf=Voltaje suministrado por la fuenteRt=Resistencia total en el circuito

El voltaje medido entre las terminales 2 y 3 del Potencimetro se puede calcular mediante la siguiente ecuacin:

Ec. (4)

Y al sustituir las ecuaciones obtendremos lo siguiente

Ec. (5)Ya que R23 es variable y suponiendo que este vara linealmente respecto al desplazamiento angular del cursor podemos decir que la resistencia entre las terminales 2 y 3 en funcin del ngulo desplazado sera:

Donde:Ec. (6)= el ngulo desplazado= El desplazamiento angular mximo del potencimetroRt= La resistencia total del potencimetro

Podemos llamar constante angular del potencimetro a la razn de la Rt en el para un determinado potencimetro.

Ec.(7)

Entonces la diferencia de voltaje entre las terminales 2 y 3 puede ser calculada por la siguiente ecuacin:

Ec. (8)

La diferencia entre el comportamiento esperado y el obtenido se denomina conformidad.

Los modelos disponibles comercialmente incluyen aquellos que admitan un movimiento circular de una o mas vueltas en el caso de los helicoidales y en varios de estos modelos la salida en funcin del desplazamiento tiene un comportamiento no lineal. Incluso puede ser una funcin senoidal del ngulo de giro del cursor.

Planteamiento del Problema

Ahora es necesario ver de manera prctica el funcionamiento del potencimetro para fortalecer los conocimientos recin adquiridos. Con el material necesario se realizaran las conexiones en la NI ELVIS y observaremos el cambio que se presenta del voltaje, por medio de los instrumentos de medicin del software del NI ELVIS.

Desarrollo de la prctica1. Medir la resistencia total real del potencimetro, la cual puede ser medida conectando un hmetro entre las terminales de los extremos, o puede ser leda en la serigrafa del potencimetro.

2. Montar el potencimetro en la base de madera y a travs del transportador para poder medir su desplazamiento angular.

3. Medir el voltaje real que suministrara la fuente de voltaje.

4. Calibrar el multmetro virtual del NI ELVIS, para lo cual haremos lo siguiente; a.Desconectar cualquier cosa que este sobre el protoboard del NI ELVIS. b.Unir con un cable los puertos Voltage HI y Voltage LOW del DMM ubicados en la parte inferior izquierda del protoboard del NI ELVIS. c.Encender el NI ELVIS e inicializar el programa de National Intruments para el NI ELVIS. d.Seleccionar el mdulo de Digital Multimeter. e.Presionar el botn de NULL. f.Retirar el cableado de los puertos Voltage HI y Voltage LOW. g.Apagar el NI ELVIS.

5. Conectar el potencimetro como la siguiente figura 2.5.

IMAGENFIGURA 2.5 Conexiones del potencimetro

6. Una vez conectado correctamente, encender el NI ELVIS.

7. Inicializar el programa de National Intruments para el NI ELVIS y seleccionar el mdulo de DMM.

8. Girar el potencimetro hasta que la perilla apunte a los 0 grados.

9. Girar la perilla del potencimetro y tomar mediciones de su desplazamiento angular y el voltaje de salida medidos. Se recomienda utilizar la fuente de 5v del NI ELVIS y medir los datos cada 10 de desplazamiento angular

10. Hacer una grfica del desplazamiento angular contra el voltaje medido en la salida. Resultados

Las magnitudes de voltaje obtenido, efecto de la variacin en el ngulo de giro del potencimetro, se tabularn en la siguiente tabla (con mediciones de 0 a 270) y al final proceders a graficar los resultados para una mas sencilla visualizacin de los datos.

Angulo (Grados)Voltaje (Voltios)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

200

210

220

230

240

250

260

270

Tabla 2.1 Ejemplo de la tabla

Grfica 2.1 Ejemplo de la grfica

Conclusiones

[Descripcin en 2 renglones de qu se aprendi en la prctica y/o los beneficios de la tecnologa utilizada.]

Problemas Propuestos

Con el objetivo de que el estudiante se familiarice con el software de los laboratorios y que sepa cmo manipular los datos que pueda adquirir, adems de utilizar el software LabVIEW, propone que realice los siguientes ejercicios para su aprendizaje.

1- Hacer un programa en LabVIEW que nos permita asociar el voltaje medido, con el desplazamiento angular del potencimetro.

2- Hacer un programa en LabVIEW que nos permita asociar el llenado de un tanque, con el desplazamiento angular del potencimetro.

3- Que realice una auto-alimentacin explicando los comandos utilizados en los problemas 1 y 2, para que vaya conociendo las aplicaciones de estos.

Problema 1

LabVIEW es una herramienta grfica de prueba, control y diseo mediante la programacin. El lenguaje utilizado se llama lenguaje G. Este programa fue creado por National Instruments en 1976. Los programas hechos con LabView se llaman VI (Virtual Instrument), lo que da una idea de uno de sus usos: el control de instrumentos.

Utilizaremos el ELVIS como una DAQ para conectar los valores del voltaje medidos en el potencimetro y una computadora, para luego poder programar con LabVIEW y utilizar esos datos de entrada.

Modelo matemtico de un potencimetro.La parte elctrica del potencimetro est dada por la ecuacin despejando, la parte mecnica se da por:

Dnde: Es el ngulo que gira la perilla del potencimetro N es igual al nmero de vueltas Si se combinan las partes mecnicas y elctricas se obtiene lo siguiente:

Sustituyendo por una constante k:

En esta prctica se colocara el potencimetro de la misma manera que lo hicimos en la prctica #2, pero ahora en lugar de medir el voltaje regulado con un vlmetro, se har mediante una tarjeta DAQ. La tarjeta DAQ de esta prctica ser el NI ELVIS y este se conecta a la PC, para luego poder manipular esa informacin con el software LabVIEW y obtener un programa como el de a continuacin.

1. Colocar el potencimetro de tal manera que los conectores estn del lado izquierdo, cerca de la fuente de voltaje del NI ELVIS.

2. Abrir el documento Prac2.VI.

3. Sin prender el NI ELVIS, conectar el cable rojo inferior a la salida de voltaje de 5 Volts, el cable negro inferior a la conexin de tierra (Gnd).

4. El voltaje de salida del potencimetro ser medido por medio del DMM (Multmetro Digital) del NI ELVIS. (Ms informacin en prctica #1). IMAGENFIGURA 2.6

5. Acomodar los iconos del archivo de forma que se puedan realizar fcilmente las conexiones mostradas en la fig. 2.7, se debe tener en cuenta que hay que aadir ciertos valores constantes a funciones como WAIT, comparador MAYOR QUE y voltaje variable.

Bloque WAIT Bloque MAYOR QUE

6. Realizar conexiones virtualesComo podemos ver en la fig. 2.7 tenemos 3 diferentes estados de programacin El primer paso es para inicializar los instrumentos que utilizaremos. Este paso esta agrupado a la izquierda del ciclo WHILE.

En el segundo paso se encuentra el propio ciclo WHILE, dentro del cual se realiza una rutina de medicin del voltaje en el potencimetro hasta que oprimamos el botn de paro u ocurra un error en el VI, se recomienda ponerle un valor de 500 ms de espera a la funcin WAIT.

Por ultimo en el tercer paso, despus del ciclo WHILE, se encuentran los procesos para cerrar los instrumentos utilizados.

7. Dentro del ciclo WHILE, el sub programa DMM READ mide el voltaje registrado en la salida del potencimetro, luego este valor entra un nodo de frmula, el cual a travs de la formula mostrada en el marco terico calcula el desplazamiento angular terico en el potencimetro. Este valor es enviado al indicador angular, luego este mismo valor es comparado dentro de un sub ciclo, donde si este valor es mayor a un valor crtico el LED deber encender. El ciclo WHILE termina cuando el botn de paro es oprimido.

Bloque DMM READ

FIGURA 2.7 Diagrama de programacin

8. Determinar por medio de constantes (int) el tiempo de espera dentro del ciclo, la frmula utilizada en el nodo de formula (dar doble clic sobre el icono del sub programa) y el valor crtico donde el LED deber encender.

9. Disear el panel frontal de manera que podamos ver la posicin angular terica, el voltaje crtico en el cual debe prender el LED, y el botn de paro (stop).

FIGURA 2.8 Ejemplo de panel frontal y los diferentes tipos de medidores

10. Considerar el rango de giro del potencimetro, el rango efectivo donde su comportamiento es lineal, el voltaje real de la fuente y el voltaje mximo permitido por la DAQ.

11. Tabular los resultados del ejercicio y comparar los datos obtenidos con los que obtuvieron en la prctica #2

Problema 2

Suponiendo que el potencimetro fuera una llave de paso para el llenado de un tanque de agua, se controlar la cantidad de agua que posea el tanque y por medio de 3 LEDs se nos informar del nivel que contenga.

En este ejercicio solo se utilizara le Software LabVIEW, donde desarrollaremos el programa VI y por medio de Front Panel podremos observar el resultado.

1- Disear un programa en LabVIEW que muestre el tanque y el nivel de agua que tendra despus de determinado tiempo si se llenara con la llave de paso en esa posicin, y que contenga 3 LEDs que indiquen el nivel del agua; bajo, medio, alto.

2-Realizar conexiones virtuales

Con base a la figura 2.9 busque los componentes necesarios.

Realizar las conexiones mostradas en la figura

Declarar las constantes para los comparadores (se pueden usar valores diferentes, siempre y cuando respete la lgica que se busca en el ejercicio)

Cerrar el programa dentro de un While Loop, para que este constan en ejecucin.

FIGURA 2.9 Diagrama de programacin

3- Disear el panel frontal para poder ajustar el potencimetro y as lograr apreciar el nivel de agua dentro del tanque y los valores requeridos para encender los LEDs

FIGURA 2.10 Ejemplo de panel frontal

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