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PROYECTO FINAL
Act 11: Examen Final Evaluación por proyectos
RENULFO ENRIQUE MINDIOLA
GRUPO: 201455_50
CÓDIGO: 201455-140
TUTORA Ing. DIANA GISSELA VICTORIA
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA
INSTRUMENTACION Y MEDICIONES
2013
INTRODUCCIÓN
Instrumentación electrónica es la parte de la electrónica, principalmente analógica,
que se encarga del diseño y manejo de los aparatos electrónicos y eléctricos,
sobre todo para su uso en mediciones.
La instrumentación electrónica se aplica en el sensado y procesamiento de la
información proveniente de variables físicas y químicas, a partir de las cuales
realiza el monitoreo y control de procesos, empleando dispositivos y tecnologías
electrónicas.
A continuación se realiza un instrumento de medida electrónico que sea capaz de
medir la capacitancia desde 10pF hasta 100mF, utilizando las técnicas del puente
de Schering o Wien, utilizando también los aportes de las teorías electrónicas y
análisis de circuitos.
OBJETIVOS
El capacímetro nos dará una indicación precisa de los valores máximo y
mínimo de su capacidad.
Comprobar el estado de cualquier condensador así como conocer el valor
de su capacidad.
Clasificar los que estén bien para su aprovechamiento para otros montajes.
JUSTIFICACIÓN
En las medidas electrónicas nos encontramos con que hay varias formas de
determinar la capacidad de un elemento. Algunos métodos se basan en un
puente de impedancias (los llamados puente de “Wien” y de “Schering”, explicados
en el material anexo), los cuales son utilizados preferentemente para determinar el
factor de pérdidas en capacitores (D). Su implementación y puesta a punto es algo
complicada y el acercamiento a la medida debe realizarse en forma manual por el
operador (el proceso se asemeja a una sintonización), lo que lo hace un método
poco práctico para adquirir una medida en forma automática.
DESCRIPCIÓN
El puente de “Schering”
Cuando se desea medir capacidad y factor de pérdidas de capacitores y otros
elementos que tienen capacidad asociada, tales como cables armados para alta
tensión, aisladores, transformadores de potencia para uso industrial (Que utilizan
aceite como refrigerante, y en los cuales se desea determinar las características
del mismo como dieléctrico); todos los elementos que puedan considerarse como
capacitores en serie con una resistencia de bajo valor; se prefiere utilizar el puente
de “Schering”, que en estas circunstancias y a diferencia del anterior, es un poco
más fácil de equilibrar.
La figura siguiente muestra el esquema básico de un puente de “Schering”. Los
capacitores C4 y C3 son patrones regulables en décadas, en tanto que R3 y R2
son los elementos de ajuste que permiten equilibrar el puente.
En la condición de equilibrio se obtiene:
La operación más fácil para obtener el equilibrio se consigue manteniendo
constantes los valores de R3 y C4, y regulando R2 y C3. En este caso se consigue
la lectura independiente, pues C3 no entra en la fórmula de Cx e interviene
directamente en la determinación de D. En cambio R2 entra solamente en el
cálculo de Cx.
INTEGRADO 555
El funcionamiento del instrumento se basa en el funcionamiento del 555 como
multivibrador monoestable. Para efectuar la medición del capacitor, el
microcontrolador se encarga de manejar las entradas RESET y TRIGGER en
forma adecuada y, una vez disparado el multivibrador, toma el tiempo en que
OUTPUT permanece en estado alto (HIGH). El tiempo que dure el pulso generado
será directamente proporcional al valor de C (que es el capacitor bajo prueba) y de
Ra. Repasando brevemente el modo de operación de un multivibrador
monoestable, podemos recordar que inicialmente C se cargará a través de Ra,
intentando alcanzar una tensión de carga equivalente a la tensión de alimentación
del circuito.
MICROCONTROLADOR
El PIC inicia un acumulador de tiempo y, si el mismo se excede en determinada
cantidad de cuentas, el PIC entenderá que no se trata de un capacitor pequeño
(escala de pico Faradios) y conmutará automáticamente a drenar corriente a
través del puente de Schering Si la salida del multivibrador se sigue manteniendo
alta y el segundo contador dentro del programa del microcontrolador también se
desborda, el PIC conmutará automáticamente al tercer rango para cargar más
rápidamente el capacitor que evidentemente estará dentro del rango de los
microfaradios. De acuerdo al programa realizado, los desbordes sucederán a las
9.999 unidades y, para facilitar la lectura de los resultados obtenidos, las escalas
se expresarán de 1 a 999 pico Faradios, luego de 1,00 a 9,9 nano Faradios y de
10 a 99 nano Faradios, repitiéndose este modo de visualización en la escala de
los micro y mili Faradios.
HERRAMIENTAS PARA IMPLEMENTAR EL PROYECTO
PIC18628a
Resistencias variables 5k Ohmios, 200 Ohmios Y 1M Ohmios
Circuito integrado NE555
Diodos
Capacitores
LCD
Cristal de cuarzo
Resistencias fijas
Capacitores de prueba.
HARDWARE
FASES O ETAPAS DEL PROYECTO
FASE 1: Identificación de la necesidad: Por qué y el para qué del proyecto.
Se necesita diseñar un instrumento de medida “un capacimetro” utilizando los
conocimientos de electrónica e instrumentación, con conversores digitales y
visualización en Display o LCD.
En el área de la electrónica es muy útil la utilización de este instrumento para la
calibración de muchas tarjetas y saber el calor del componente electrónico como
el condensador, que es muy utilizado en los filtros, osciladores, fuentes reguladas
y conmutadas. También se puede saber si el condensador tiene la medida exacta
que dice el fabricante o si hay deterioro del mismo que no esté almacenando
corriente como es debido, así podemos detectar una falla y el cambio del
componente.
FASE 2: Diseño teórico: Diseño en papel, cálculos, circuitos
El puente de “Schering”
Cuando se desea medir capacidad y factor de pérdidas de capacitores y otros
elementos que tienen capacidad asociada, tales como cables armados para alta
tensión, aisladores, transformadores de
potencia para uso industrial (Que utilizan
aceite como refrigerante, y en los cuales se
desea determinar las características del
mismo como dieléctrico); todos los elementos
que puedan considerarse como capacitores en
serie con una resistencia de bajo valor; se
prefiere utilizar el puente de “Schering”, que
en estas circunstancias y a diferencia del
anterior, es un poco más fácil de equilibrar.
Pero tuvimos un inconveniente al diseñar el puente de Schering, al diseñar el
circuito siguiente:
Lo cual puede usted notar que contiene el puente de Schering, un amplificador de
configuración restador con alta impedancia de entrada, conformado por 2
seguidores de voltaje y un restador normal, después un rectificador analógico con
operacionales de onda completa y al final un filtro DC para eliminar el rizo de la
onda sinusoidal de la señal DC rectificada. Se comenzó a comparar los resultados
de capacitancia vs voltaje de salida y nos resultó la siguiente grafica de líneas.
Como se puede apreciar es una curva que se describe a través de una función
cuadrática pero al dar valores de capacitancia muy grade no mantiene la relación y
se llega a una cota. Para eliminar ese efecto se debe cambiar todo el diseño del
puente porque no basta con mover las resistencias para que nos dé un voltaje con
relación a la capacitancia y mejor se optó por cambiar de diseño a un modelo
digital.
NE555: Multivibrador monoestable [editar]
Esquema de la aplicación de multivibrador
monoestable del 555.
En este caso el circuito entrega a su salida un solo
pulso de un ancho establecido por el diseñador.
El esquema de conexión es el que se muestra. La
fórmula para calcular el tiempo de duración (tiempo
en el que la salida está en nivel alto) es:
[s]
[segundos]
Nótese que es necesario que la señal de disparo, en la terminal #2 del 555, sea de
nivel bajo y de muy corta duración para iniciar la señal de salida.
Como podemos apreciar hay una relación directa con el tiempo empleado por el
capacitor al cargarse.
Se realizó las pruebas correspondientes y estos fueron los resultados:
Timer PIC Capacitor (pf)
144 10
196 20
252 30
636 100
1188 200
2828 500
5564 1000
y = 0,1826x - 16,23 R² = 1
0
200
400
600
800
1000
1200
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000
CA
PA
CIT
AN
CIA
(p
F)
TIEMPO DEL TIMER DEL MICRO (1:0,2uS)
capacitor
capacitor Lineal (capacitor)
Fase 3: Simulación: Se utiliza una herramienta informática para realizar el
diseño y comprobar su funcionamiento.
Descripción del hardware, para calcular el valor desconocido del capacitor se debe
pulsar el botón de “Calcular Cx” y el micro comienza a contar el tiempo que dura la
señal en alto del oscilador 555, cuando la señal baja se realiza la respectiva
formula que nos indica el capacitor utilizado.
CONCLUSIONES
Se realizó el proyecto con muy buena investigación buscando la forma de la mejor
implementación, la calidad y que realice una medida con precisión y exactitud,
también con un numero bajo de componentes y que sea fácil uso para el usuario.
Se obtuvieron diferentes problemas a la hora de escoger el método a emplear y
el diseño a utilizar pues las medidas no fueron siempre las adecuadas para
realizarlas, pero se logró el objetivo de la realización.
BIBLIOGRAFÍA
http://
http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado_555
Modulo Instrumentación y mediciones UNAD.