manual de prácticas del laboratorio de medición e...
TRANSCRIPT
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 1/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
Elaborado por: Revisado por: Autorizado por: Vigente desde:
M.I. Daniel Martínez Gutiérrez
Ing. Abel Villanueva Peña Ing. José Alberto Arellano Figueroa
Ing. Eduardo Hernández
Romero
M.I. Daniel Martínez Gutiérrez
M.I. Roberto Giovanni Ramírez
Chavarría M.C. Edgar
Baldemar Aguado Cruz
Dr. Paul Rolando Maya Ortiz
2 de febrero de 2018
Manual de prácticas del
Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 2/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
N° de práctica: 01
Cálculo de la incertidumbre
como criterio de selección
para el método de medición
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 3/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
1. Seguridad en la ejecución
Peligro o Fuente de energía Riesgo asociado
1 Tensión Alterna Electrocución
2 Tensión Continua Daño a equipo
3 Manejo de líquidos Daño a la integridad personal
2. Objetivos de aprendizaje
A partir del cálculo de la incertidumbre, el alumno determinará entre distintos métodos,
cuál es el método más conveniente de aplicar para realizar una medición y también
identificará las variables que incrementan en mayor medida la incertidumbre asociada a
dicha medición.
3. Material y Equipo
Material y equipo que el alumno debe traer a la sesión de laboratorio:
1 Báscula digital.
1 probeta graduada.
1 Dinamómetro de 2.5N
Muestras de diversos metales
10 resistencias de 10kΩ
1 Tablilla de prototipos (Protoboard)
1 metro de alambre calibre 22 AWG
Juego de cables caimán – caimán y banana – caimán
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 4/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
Equipo proporcionado por el laboratorio:
1 Fuente de poder
1 Multímetro digital
1 Calibrador Vernier o Pie de rey
1 Voltímetro analógico.
4. Desarrollo
I. Actividad 1
a) Arme en la tablilla de prototipos (protoboard), el circuito de la figura 1 y obtenga los
valores teóricos de voltaje, corriente y potencia eléctrica:
A
V
ER = 10kΩ 12V
I
Figura 1. Circuito de la actividad 1.a)
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 5/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
b) Mida y registre (en la tabla 1) 5 veces los valores de intensidad de corriente y
diferencia de potencial del circuito de la figura 1; apagando la fuente de poder entre
cada medición.
c) Mediante la desviación estándar, calcule la incertidumbre para cada uno de los valores
medidos.
d) Sustituya los valores correspondientes de las variables en la ecuación 𝑃 = 𝑉 𝐼 y
calcule la incertidumbre de la misma.
Tabla 1. Datos de la medición de la intensidad de corriente y diferencia de potencial
e) Cambie la función del multímetro según lo requiera, y a continuación mida intensidad
de corriente y resistencia eléctrica del circuito que armó en la tablilla de prototipos
(protoboard), tal como se muestra en la figura 2.
No de
Medición
Diferencia
de
potencial
Incertidumbre
Intensidad
de
corriente
Incertidumbre Potencia Incertidumbre
1
2
3
4
5
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 6/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
A
ER = 10kΩ 12V
I Ω
Figura 2. Circuito para la actividad 1. e)
f) Mida y registre (en la tabla 2) 5 veces los valores de intensidad de corriente y
resistencia en el circuito de la figura 2; apagando la fuente de poder entre cada
medición.
g) Mediante la desviación estándar, calcule la incertidumbre para cada uno de los valores
medidos.
h) Sustituya los valores correspondientes de las variables en la ecuación 𝑃 = 𝐼2𝑅 y
calcule la incertidumbre de la misma.
Tabla 2. Datos de la medición de la intensidad de corriente y resistencia.
No de
Medición Resistencia Incertidumbre
Intensidad
de
corriente
Incertidumbre Potencia Incertidumbre
1
2
3
4
5
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 7/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
i) Mida y registre (en la tabla 3) 5 veces los valores de diferencia de potencial y
resistencia en el circuito de la figura 2; apagando la fuente de poder entre cada
medición.
j) Mediante la desviación estándar, calcule la incertidumbre para cada uno de los valores
medidos.
k) Sustituya los valores correspondientes de las variables en la ecuación 𝑃 = 𝑉2
𝑅 para
calcular la potencia y la incertidumbre de la misma.
Tabla 3. Datos de la medición de resistencia y diferencia de potencial
l) Compare las incertidumbres de las 3 ecuaciones 𝑃 = 𝑉2
𝑅, 𝑃 = 𝐼2𝑅, 𝑃 = 𝑉 𝐼 y
concluya acerca de que método presenta la menor incertidumbre en el cálculo de la
potencia. ¿Los instrumentos o la técnica de medición influyó en los resultados?
Justifique su respuesta.
No de
Medición Resistencia Incertidumbre
Diferencia
de
potencial
Incertidumbre Potencia Incertidumbre
1
2
3
4
5
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 8/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
II. Actividad 2
En la siguiente actividad, calculará la densidad de cada una de las muestras de
metales, empleando el cociente entre masa/volumen y el peso específico de cada una
de las muestras. En el caso del primer método (𝜌 =𝑚
𝑣 ), el volumen se puede calcular,
midiendo con el calibrador Vernier el volumen de la muestra, o bien, por el principio
de Arquímedes.
Para realizar las mediciones solicitadas:
1.- Pese la muestra de material en la báscula y regístrelo en la columna 2 de la
tabla 4.
2.- Con el calibrador vernier mida la muestra y obtenga su volumen y regístrelo
en la columna 3 de la tabla 4.
3.- A continuación sumerja la muestra de material en la probeta con agua, y mida
la cantidad de volumen desplazado y regístrelo en la columna 4.
4.- Con el dinamómetro alce la muestra, lea el valor del dinamómetro y regístrelo
en columna 5 de la tabla 4.
5.- Sumerja la muestra en la probeta hasta que queda cubierta por el agua, y SIN
soltarla registre en la columna 6 de la tabla 4; el valor que marque el
dinamómetro.
Los pasos descritos anteriormente, deberán repetir 5 veces para cada muestra de
material; tendrá entonces 4 tablas: hierro, latón, aluminio y cobre. En la figura 4, de
muestra un esquema del proceso de medición.
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 9/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
Figura 4. Medición de la densidad de los diferentes materiales
1 2
3
4
Se obtiene el peso (m) de la muestra del sólido con ayuda de la balanza (la balanza cuenta con su propia incertidumbre), y se registra en la segunda columna 1 de la tabla.
Con el calibrador Vernier (tiene una incertidumbre), mida las dimensiones de la muestra, para obtener le volumen (v), y regístrelo en la columna 2 de la tabla.
En el aire se mide el peso en el aire (Wo) y se registra en la columna 3 de la tabla
Se sumerge con ayuda del dinamómetro la muestra de material en la probeta con agua, y sin que esta toque el fondo, se toman de manera simultáneamente dos lecturas. La primera (Wa) se toma del dinamómetro, y se registra en la columna 4. Con la graduación de la probeta, se tome la lectura de volumen (v) desplazado y regístrelo en la columna 5 de la tabla.
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 10/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
Material:
_________
Peso
(Báscula)
Volumen 1
(Vernier)
Volumen 2
(Probeta)
Wo
(Dinamómetro
en el aire)
Wa
(Dinamómetro
al agua)
1
2
3
4
5
Desviaciones
estándar
.
Tabla 4.- Medición de la densidad de los diferentes materiales
a) Una vez realizadas las mediciones, calcule la desviación estándar de cada una de las
variables.
b) Sustituya los valores correspondientes en las fórmulas 𝜌 = 𝑚
𝑣 𝜌 =
𝑤𝑜
𝑤𝑜−𝑤𝑎𝜌𝐻2𝑂 y
calcule las densidades con sus incertidumbres.
c) En el caso de la fórmula 𝜌 = 𝑚
𝑣 tendrá dos variantes para el cálculo del volumen;
el que se obtiene con las mediciones del calibrador Vernier, y otra con el volumen
obtenido con la probeta.
Compare las incertidumbres de las 2 ecuaciones 𝜌 = 𝑚
𝑣 𝜌 =
𝑤𝑜
𝑤𝑜−𝑤𝑎𝜌𝐻2𝑂 concluya acerca
de que método presenta la menor incertidumbre y si los instrumentos y la forma de medir
influyó en los resultados. En el caso del cociente de masa y volumen, deberá distinguir entre
el volumen obtenido con el calibrador vernier y de la probeta. Justifique su respuesta.
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 11/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
Bibliografía
HOLMAN, Jack P., Experimental methods for engineers, 8a Edición, Mc Graw
Hill, USA, 2010.
BLATT, Frank J., Fundamentos de Física, 3a Edición, Prentice Hall, México,
1998
A. Cuestionario previo.
1.- Investigue el concepto de incertidumbre de una medición y como calcularla.
2.- Calcule las incertidumbres de las siguientes funciones:
Dada 𝐴 = 𝐴(𝑥1, 𝑥2, … . , 𝑥𝑛)
𝐴 = 𝑥1𝑎1𝑥2
𝑎2 … … … . 𝑥𝑛𝑎𝑛
𝐴 = 𝑎1𝑥1 + 𝑎2𝑥2 + ⋯ + 𝑎𝑛𝑥𝑏
B. Actividad de investigación/realización previa.
1.- Investigue en tablas las densidades teóricas; así como la temperatura de referencia para
dichas densidades, de los siguientes materiales:
-Hierro
-Aluminio
-Cobre
-Latón
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 12/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
N° de práctica: 02
Sensor y transductor
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 13/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
1. Seguridad en la ejecución
Peligro o Fuente de energía Riesgo asociado
1 Tensión Alterna Electrocución
2 Tensión Continua Daño a equipo
3 Manejo de líquidos Daño a equipo
4 Manejo de líquidos Daño a la integridad personal
5 Manejo de equipo punzocortante Daño a la integridad personal
2. Objetivos de aprendizaje
Que el alumno comprenda la diferencia entre transductor y sensor al construir un
prototipo de transductor y sensor.
3. Material y Equipo
Material y equipo que el alumno debe traer a la sesión de laboratorio:
1 Dinamómetro
Para la elaboración del prototipo de nivel:
1 Rodamiento (sugerido, 5mm)
2 o más birlos y/o varilla metálica (sugerido, 5mm)
1 recipiente transparente
1 goniómetro y/o transportador
1 regla rígida graduada
1 esfera hueca de plástico o una esfera de unicel
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 14/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
Para elaborar el prototipo de deformación:
1 regla FLEXIBLE de mínimo 30 cm de longitud
Cinta adhesiva masking tape (sugerido, 48 mm de ancho)
Cinta adhesiva transparente de (sugerido, 48 mm de ancho)
1 goniómetro y/o transportador
Lápiz de grafito
1 m alambre de cobre calibre 22 AWG
Equipo proporcionado por el laboratorio:
1 Multímetro digital
4. Desarrollo
I. Actividad 1
El prototipo de nivel consiste de un recipiente transparente y un flotador; ambos con
su respectiva escala de medida. El flotador se construye con la varilla y/o birlo unida
por un extremo a la esfera de plástico y en el otro extremo al rodamiento de forma
transversal al eje de rotación. En dicho eje habrá otra varilla que por sus extremos estará
sujeta al recipiente. Coloque como escala de medida el goniómetro (éste debe estar
fijo). El flotador se desplazará al variar el nivel del líquido que contiene el recipiente,
según como se muestra en la figura 1.
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 15/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
Figura 1. Bosquejo del prototipo de nivel
a) Vierta agua en el recipiente hasta que el flotador apenas empiece a moverse.
Considere ese nivel como el nivel de referencia o el “nivel cero”. Registre el cambio
del ángulo indicado por el flotador al aumentar en un 1 cm el nivel del líquido. Siga
incrementando el nivel del agua de un centímetro en un centímetro y registre los
valores de nivel y ángulo en la tabla 1.
Tabla 1. Datos obtenidos con el prototipo de nivel
Nivel (h) [cm] Ángulo ()
0 i
1 …
... …
… …
Nivel máx máx.
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 16/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
b) Anote sus observaciones al realizar las mediciones, tales como: dificultades en la
medición, errores en la lectura de datos, etcétera.
c) Emplee algún programa de cómputo avanzado y con las datos de la tabla 1 elabore
un diagrama de dispersión. Responda la siguiente pregunta: ¿El prototipo utilizado es
un sensor o un transductor? Justifique su respuesta.
d) ¿Se podría modificar el prototipo para medir el nivel del agua con alguna
variable eléctrica? Justifique su respuesta.
II. Actividad 2
Coloque sobre la regla FLEXIBLE cinta adhesiva (masking tape) de tal manera que
cubra la mayor porción posible de una de sus caras. Sobre toda la superficie con cinta,
raye con el lápiz de grafito, de tal manera que se forme una capa uniforme del material.
Con el alambre de calibre 22 AWG, corte tres tramos de forma que se puedan enredar
en la regla y tengan contacto con la cinta y el grafito (tome en cuenta que ellos serán
los electrodos, deje un tramo para conexiones con el óhmetro) de tal manera que dos
estén en los extremos y uno al centro. Posteriormente cubre con cinta adhesiva
transparente la preparación de grafito y los electrodos (para evitar que el grafito se
remueva y/o los electrodos se muevan al momento de flexionar la regla.
Para usar el prototipo, conecte en un extremo de la regla flexible el dinamómetro y en
el otro el transportador o goniómetro (figura 2). Conecte las puntas del óhmetro
(multímetro digital en su función de óhmetro) en dos de los tres electrodos para medir
resistencia eléctrica.
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 17/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
N
0°
45°90°
135°
45°
90°
135°
180°
-.-- Ω
Dinamómetro
Goniómetro o Transportador
Regla Flexible
Multímetro digital con puntas caimán
Se aplica una fuerza
Figura 2. Bosquejo del prototipo de fuerza
a) Aplique una fuerza para deformar la regla. Mida la magnitud de la fuerza, el ángulo
de deformación, la resistencia eléctrica y anótelos en la tabla 2. (Nota: la brigada
debe proponer los incrementos de deformación ([°]) o de aplicación de la fuerza
([N]) porque depende de cada prototipo, solo recuerde que debe obtener mínimo
diez medidas):
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 18/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
Tabla 2. Datos obtenidos con el prototipo de deformación
b) Cambie la conexión de uno de los electrodos al tercero no conectado y repita la
actividad anterior.
c) Anote sus observaciones al realizar las mediciones, tales como: dificultades en la
medición, errores en la lectura de datos, etcétera.
d) Emplee algún programa de cómputo avanzado y con las datos de la tabla 1 elabore
un diagrama de dispersión. Responda la siguiente pregunta: ¿El prototipo utilizado es
un sensor o un transductor? Justifique su respuesta.
Deflexión () Resistencia (Ω) Fuerza (N)
- - -
- - -
- - -
- - -
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
.
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 19/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
Bibliografía
PALLAS ARENY Ramón, Sensores y acondicionadores de señal, problemas
resueltos, México, Alfa Omega, Marcombo, 2003
WEBSTER John G, The Measurement instrumentations and sensor Handbook,
Boca Ratón, Florida, CRC PRESS, IEEE PRESS, 1999
A. Cuestionario previo.
1.- ¿Qué es un transductor?
2.- ¿Qué es un sensor?
3.- ¿Cómo se elabora un diagrama de dispersión?
4.- Mencione los errores que pueden cometerse al realizar una medición.
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 20/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
N° de práctica: 03
Modelo, características
estáticas y dinámicas de un
sensor
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 21/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
1. Seguridad en la ejecución
Peligro o Fuente de energía Riesgo asociado
1 Tensión Alterna Electrocución
2 Tensión Continua Daño a equipo
3 Manejo de líquidos Daño a equipo
4 Manejo de líquidos Daño a la integridad personal
5 Parrilla eléctrica Quemaduras
2. Objetivos de aprendizaje
I. Objetivos generales:
Determinar el modelo matemático de diferentes sensores a partir de su curva
característica.
3. Material y Equipo
Equipo proporcionado por el laboratorio
1 parrilla eléctrica.
1 recipiente de vidrio templado o aluminio
1 soporte universal con sujetadores.
1 termómetro de mercurio
1 Multímetro digital
1 Osciloscopio digital
1 fuente de alimentación
Material que el alumno debe traer
1 Tablilla para prototipos (Protoboard)
Alambre calibre 22 AWG para conexión en la tablilla de prototipos
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 22/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
Juego de cables caimán-caimán, banana – caimán y caimán – BNC
1 estuche de desarmadores para joyero
1 sensor de temperatura LM335 encapsulado y sellado (con termo pozo) (Vea la
actividad previa)
1 RTD-2-1PT100K2515-36-T
Termo-pozo para el RTD
1 Termistor TDK/EPCOS B57164K0103 10 KΩ @ 25°C
1 Potenciómetro multivuelta (trimpot) de 10kΩ
5 Resistores de 2.2kΩ
Resistores y potenciómetros de diversos valores
Nota: el sensor LM335 no confundirlo con el LM35
4. Desarrollo
Actividad 1
NOTA: Aún NO encienda la parrilla, NI llene con agua el recipiente
1.- Con el sensor de temperatura (LM335) debidamente encapsulado, arme el circuito que se
muestra en la figura 1. Encienda la fuente de alimentación, mida la tensión de salida del
sensor y convierta la lectura a su equivalente en la escala Kelvin y a la escala Celsius.
Lectura inicial = __________ [V]-> ______________[K]-> __________ [°C]
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 23/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
5V
LM335
2.2 kΩ
10 kΩ
T
R1
+
-
ADJ
+
-
Vsensor
P2
Figura 1. Circuito del LM335 con trimpot para ajuste
2.- Ajuste el sensor con el potenciómetro (P2) hasta que la tensión de salida de éste,
coincida con la temperatura que indica el termómetro de mercurio (será necesario
convertir de Kelvin a Celsius). Cuando los valores sean iguales regístrelos como 𝑉𝑎𝑚𝑏
y 𝑇𝑎𝑚𝑏 .
3.- Sujete al soporte universal el termómetro de mercurio junto al sensor LM335 e
introdúzcalos en el recipiente, tenga cuidado que no toquen ninguna parte del mismo
y por último llene el recipiente con agua hasta que esta cubra el sensor y bulbo del
termómetro.
4.-Transcurridos 30 segundos de haber sido sumergidos, registre el valor de
temperatura del termómetro (𝑇𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙) y del voltaje del sensor (𝑉𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙) en la tabla 1.
A continuación encienda la parrilla para calentar el agua. Para incrementos de 1°C,
anote el valor del voltaje de salida del sensor y complete la tabla.
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 24/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
Temperatura [°C] Voltaje sensor
[V]
𝑇𝑎𝑚𝑏 𝑉𝑎𝑚𝑏
𝑇𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑉𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
69 °C -
70 °C -
Tabla 1. Valores de temperatura y voltaje
NOTA: Tenga precaución al tomar las lecturas, el agua podría ocasionarle
quemaduras graves. Apague la parrilla si no realiza mediciones.
5.- Repita 3 veces el inciso anterior. Cada vez que realice una medición, cambie el
agua del recipiente por agua que se encuentre a temperatura ambiente, para ello
emplee la franela y sea muy precavido en el proceso. Al finalizar la actividad, deberá
tener tres tablas que corresponderán a las tres caracterizaciones que hizo de su sensor.
Utilice un programa de cómputo avanzado para:
a) Elabore un diagrama de dispersión para los datos obtenidos. Distinga mediante el
uso de un marcador, cada caracterización.
b) Para cada tercia de datos, calcule su media y la desviación estándar respectiva.
c) A partir del diagrama de dispersión, obtenga el modelo matemático que mejor
ajuste a los datos. Pruebe para línea recta, parábola, etcétera.
d) Añada a su diagrama de dispersión, la gráfica del modelo matemático que
.
.
.
.
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 25/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
considera el mejor ajuste a sus datos experimentales.
e) ¿Cuál es la sensibilidad del sensor LM335?
Actividad 2
NOTA: Aún NO encienda la parrilla, NI llene con agua el recipiente
1.- Sujete al soporte universal el termistor junto al termómetro de mercurio y
sumérjalo en el recipiente con agua (evite el contacto con las paredes de éste), caliente
hasta llegar a una temperatura de 70°C mida el valor de resistencia del termistor para
incrementos de 1°C en el termómetro, registre los valores en la tabla
Temperatura [°C] Resistencia [Ω]
𝑇𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑉𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
69 °C -
70 °C -
Tabla 2. Valores de temperatura y resistencia para el termistor
a) Elabore un diagrama de dispersión para los datos obtenidos.
b) A partir del diagrama de dispersión, obtenga el modelo matemático que mejor
ajuste a los datos. Pruebe para línea recta, parábola, etcétera.
c) Añada a su diagrama de dispersión, la gráfica del modelo matemático que
considera el mejor ajuste a sus datos experimentales.
d) ¿Puede indicar la sensibilidad de su termistor?
.
.
.
.
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 26/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
Actividad 3
NOTA: Aún NO encienda la parrilla, NI llene con agua el recipiente
1.- Si el modelo de la actividad anterior no fue el de una línea recta, realice los cálculos
necesarios (con ayuda de su profesor) para encontrar el valor de una resistencia de
linealización. Para ello considere un intervalo de medición de 25°C a 50°C. Una vez
que lo haya calculado, conecte en paralelo con las terminales del termistor. Repita el
proceso de caracterización y anote sus resultados en la tabla 3.
Temperatura [°C] Voltaje sensor
[V]
25 °C R@25 °C
69 °C -
50 °C -
Tabla 3. Valores de temperatura y voltaje
NOTA: Tenga precaución al tomar las lecturas, el agua podría ocasionarle
quemaduras graves. Apague la parrilla si no realiza mediciones.
Utilice un programa de cómputo avanzado para:
a) Graficar los valores de las tablas 2 y 3 para comparar el comportamiento del
termistor.
b) ¿Cuál es la sensibilidad del termistor antes y después de la linealización?
.
.
.
.
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 27/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
Actividad 4
NOTA: Aún NO encienda la parrilla, NI llene con agua el recipiente
1.- El RTD y su termo-pozo se muestran en la figura 2. Dicho termo-pozo deberá ser
fabricado por el alumno con material que el mismo seleccione, un esquema detallado
de ayuda para hacerlo, se muestra en la figura 3.
Figura 2. Termo – pozo para el RTD.
Figura 3. Medidas en [mm] para el termo-pozo del RTD
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 28/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
2.- Sujete al soporte universal el RTD junto al termómetro de mercurio y colóquelo
en el recipiente con agua, procure que el bulbo y el RTD queden sumergidos y no
toquen las paredes del recipiente. Registre el valor de temperatura del termómetro
(𝑇𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙) y del RTD (𝑅𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙) en la tabla 2; luego encienda la parrilla para calentar el
agua. Para incrementos de 1°C anote el valor de resistencia del RTD y complete la
tabla.
3.-Con cuidado cambie el agua del recipiente por una que esté a temperatura
ambiente; luego coloque el termo-pozo al RTD y repita el proceso del inciso anterior
(la diferencia es que ahora el RTD tiene el termo-pozo). Registre los valores en la
tabla 4 en su columna correspondiente.
Temperatura
[°C]
Resistencia [Ω]
SIN termo-pozo
Resistencia [Ω]
CON termo-
pozo
𝑇𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑅𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 𝑅𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙
69 °C - -
70 °C - -
Tabla 4. Valores de temperatura y resistencia del RTD
4.- Proponga un esquema para implementar una fuente de corriente y haga circular
una corriente de 1mA por el RTD. Mida con el osciloscopio el voltaje de salida del
RTD (vea la figura 4). Coloque el RTD en agua a temperatura ambiente y pásela de
manera súbita a un recipiente con agua a 50°C.
.
.
.
.
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 29/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
Con ayuda del osciloscopio registre la evolución en el tiempo del voltaje del RTD
con respecto al tiempo. Pida ayuda a su profesor para ajustar los controles del
osciloscopio para lograr la captura de esta curva y para guardar su gráfica como un
archivo con formato “*.csv”.
5V+T° VRTD
1 mA
Osciloscopio
Figura 4. Circuito de medición de voltaje del RTD
NOTA: Tenga precaución al tomar las lecturas, el agua podría ocasionarle
quemaduras graves. Apague la parrilla si no realiza mediciones.
Utilice un programa de cómputo avanzado para:
a) Grafique los datos de su archivo csv.
b) A partir de la gráfica, determine si el arreglo del RTD con el termopozo es un
sensor de orden cero, orden uno u orden dos. Si considera que el arreglo no
corresponde a un sensor de orden cero, determine la constante de tiempo o la
respuesta en frecuencia del mismo.
5.- Repita el punto número 4 de la actividad 4 para determinar la constante de tiempo
del sensor LM335 ya colocado en su termopozo.
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 30/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
5. Bibliografía
DOEBELIN, E.O, Measurement System Application and Design, 5a Edición,
McGraw-Hill, 2004
PALLAS A. R., Sensores y acondicionadores de señal, 3ª Edición, México,
Alfa Omega, Marcombo, 2003
WEBSTER J. G, The Measurement instrumentations and sensor Handbook,
Boca Ratón, Florida, CRC PRESS, IEEE PRESS, 1999.
B. Cuestionario previo.
1- ¿Qué es calibración?
2- ¿Qué diferencia hay entre calibración y ajuste a cero?
3- ¿Qué es la sensibilidad de un sensor y cómo se calcula?
4- Describa el funcionamiento de un termistor y su modelo matemático
correspondiente
5- Investigue el método para linealizar un termistor
6- ¿Qué es un termopozo?
7- Describa el funcionamiento y modelo matemático de un RTD
C. Actividad de investigación/realización previa.
1.- Compre un sensor de temperatura LM335 con encapsulado TO -92. Debe ser
el sensor LM335, NO es válido traer el sensor LM35z ya que éste no cuenta con la
posibilidad de ajuste y no sirve para los propósitos de la práctica.
2.- Descargue la hoja de datos del sensor LM335 para que la pueda consultar durante
la sesión de laboratorio, esto para la consulta de distribución de pines, parámetros
eléctricos y procedimiento de ajuste.
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 31/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
Nota: La hoja de datos que descargue, deberá ser la del fabricante del sensor que
compró; este lo puede encontrar el cuerpo del mismo componente.
3.- Suelde en cada terminal del componente un tramo considerable de alambre calibre
22 AWG (mínimo 60[cm]), y diferente color para cada terminal. Esta distribución la
puede encontrar en la hoja de datos en la sección de vistas. Asegúrese de seleccionar
alguna de las dos vistas: “TOP VIEW” o “BOTTOM VIEW”, con ellas podrá
identificar las terminales del sensor. Aísle con un trozo de termofit cada terminal para
evitar cortos circuitos. Trence los alambres entre sí y cúbralos nuevamente con
termofit dejando un tramo sin cubrir (3cm aprox.) para las conexiones en la placa de
pruebas y si así lo desea, identifique las terminales con etiquetas.
4.- Prepare un termo-pozo para el sensor de temperatura LM335. Este termo – pozo
deberá ser de acero inoxidable o en su defecto de aluminio, con un tamaño y longitud
apenas 1 [mm] más grande que el propio sensor. Deberá ser de alguno de estos
materiales para asegurar una correcta transferencia térmica. Nota: NO es válido usar
tapones de lapicero, pues a pesar de que tienen una apariencia metálica, están
elaborados de plástico, por consecuencia aíslan térmicamente al sensor.
5.- Coloque pasta térmica (su uso común es junto con los disipadores de calor en
circuitos integrados) en todo el interior del termo-pozo con la finalidad de ayudar a
la transferencia de calor entre el sensor y el medio donde esté en uso. Introduzca el
sensor dentro del termo pozo y séllelo con silicón especial para altas temperaturas.
La figura 3 (a) muestra un bosquejo del proceso; mientras que la figura 3 (b) ilustra
un ejemplo del cómo deberá quedar el sensor al final del proceso.
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 32/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
Termo-pozo con paredes y
fondo de 1 [mm] de grosor;
todo en acero inoxidable o
aluminio. Antes de introducir
el sensor, se llena con pasta
térmica.
Sensor LM335 con cables
soldados en sus terminales y
debidamente identificados, se
debe introducir en el termo-
pozo y sellar con silicón para
altas temperaturas.
(a) (b)
Figura 3. Encapsulado del sensor LM335
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 33/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
N° de práctica: 04
Acondicionamiento y
despliegue
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 34/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
1. Seguridad en la ejecución
Peligro o Fuente de energía Riesgo asociado
1 Tensión Alterna Electrocución
2 Tensión Continua Daño a equipo
3 Manejo de líquidos Daño a la integridad personal
2. Objetivos de aprendizaje
Implementar los acondicionamientos de voltaje y frecuencia para el sensor de
temperatura LM335; así como el despliegue del valor del mismo.
3. Material y Equipo
Material y equipo que el alumno debe traer a la sesión de laboratorio:
1 Tablilla de pruebas (protoboard)
Juego de cables caimán-caimán y banana-caimán
3 despliegue (display) de 7 segmentos ánodo común.
8 Circuitos Integrados OP07
1 Referencia de voltaje de 2.5V LM336
1 Interruptor de 2 polos 2 tiros
Sensor LM335
10 metros de alambre calibre 22 AWG para conexión en la protoboard
2 cables BNC para osciloscopio
1 Circuito Integrado NE555
1 Circuito Integrado ICL7107
1 Diodo 1N4148
10 resistores de 10kΩ
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 35/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
Trimpot multi-vueltas: 2 de 1kΩ, 2 de 2kΩ, 2 de 10kΩ,2 de 5kΩ y 2 de 25 kΩ
Resistores: 4 de 330Ω, 4 de 1kΩ, 4 de 1.2kΩ, 4 de 2kΩ, 4 de 4.7kΩ, 4 de 9.1kΩ, 4
de 10kΩ, 4 de 100kΩ, 4 de 24kΩ, 4 de 47kΩ, 4 de 470kΩ y 4 de 10MΩ
Capacitores de poliéster: 2 de 100pF, 2 de 0.1µF, 2 de 0.22µF, 2 de 0.047µF, 2 de
0.47µF, 2 de 0.01µF, 2 de 0.02µF
Equipo proporcionado por el laboratorio:
1 Fuente de poder
1 Multímetro digital
1 Osciloscopio digital
4. Desarrollo
I. Actividad 1
a) Arme en la tablilla de prototipos (protoboard), el circuito de la figura 1
Rb = 4.7kΩ
GNDVOLTAJE CONTROL
5 1
C = 0.1µF
DISCHARGE7
TRIGGER2
6THRESHOLD
OUTPUT 3
RESET
4 8
VCC
Ra = 10kΩ
Rc = 5kΩ
R1 = 1.2kΩ
1N4148
NE555
Vcc
Vcc
Figura 1. Diagrama esquemático del circuito empleado en la actividad 1
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 36/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
b) Use uno de los cables BNC- Caimán, para conectar el canal 1 del osciloscopio entre
el cátodo del diodo y la terminal común. También conecte el multímetro digital para
leer la diferencia de potencial en la termina de control del C.I. NE 555 tal y como se
ilustra en la figura 2.
Rb = 4.7kΩ
GNDVOLTAJE CONTROL
5 1
C = 0.1µF
DISCHARGE7
TRIGGER2
6THRESHOLD
OUTPUT 3
RESET
4 8
VCC
Ra = 10kΩ
Rc5kΩ
R1 = 1.2kΩ
1N4148
NE555
5V
5V
+
-Vcontrol
+
-
Canal 1Osciloscopio
Multímetro
Plug audio
Figura 2. Conexiones en el 555 para realizar mediciones
c) Una vez realizadas las conexiones, encienda la fuente de poder, y ajuste usando la
herramienta adecuada el trimpot Rc hasta que el multímetro tenga una lectura de cero.
A continuación, incremente el voltaje de control en pasos de 0.25V mediante el
potenciómetro Rc y registre en la tabla 1 los valores de: frecuencia, voltaje, voltaje
promedio y voltaje rms proporcionados por el osciloscopio. Mida con el multímetro
digital, el voltaje de la señal de salida; para ello desconecte el osciloscopio y conecte
el multímetro digital.
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 37/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
Voltaje de control [V] Frecuencia [Hz] Ciclo de trabajo [%] Vprom [V] Vrms[V]
0V - - - -
…. …. …. …. ….
4.5V - - - -
4.75V - - - -
5V - - - -
Tabla 1. Valores de frecuencia, ciclo de trabajo y voltaje de control
d) Repita el inciso anterior y registre los datos que se piden en una nueva tabla. Si lo
desea, puede tomar sus lecturas incrementando o decrementando el potencial
eléctrico de la terminal de control. Al finalizar la actividad, deberá tener 3 tablas de
datos, que corresponderán a 3 muestras de datos diferentes.
e) Elabore, con ayuda de un programa de cálculo numérico, un diagrama de dispersión
con las muestras obtenidas. Los datos de las 3 muestras deberán graficarse en el
mismo diagrama. Distinga con algún tipo de marcador la serie de datos que
corresponde a cada muestra. Construya un diagrama de dispersión para cada variable
que registró en sus tablas.
f) Determine para cuál de las variables, la relación es lineal. Para la variable que
considere un comportamiento lineal, obtenga la recta que mejor se ajuste empleando
el método de regresión por mínimos cuadrados. Grafique la recta en el diagrama de
dispersión correspondiente y determine la desviación estándar.
g) El valor de la lectura del multímetro, ¿con cuál de las datos proporcionados por el
osciloscopio corresponde?
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 38/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
II. Actividad 2
Para poder usar el circuito integrado ICL7107 como despliegue de un termómetro
digital, debemos acondicionar la señal de voltaje proporcionada por el sensor LM335,
al span que el circuito ICL7107 puede manejar. El acondicionamiento para el sensor
LM335 consiste en reducir el voltaje en un factor de 10; esto debido a que el circuito
ICL7107 admite un máximo de 200mV. El esquema propuesto para realizar dicho
acondicionamiento se muestra en la figura 3.
.
5V
LM335
R1 = 2.2 kΩ R
2 =
10
kΩ
T
12V
-12V
Rf
Ri -+
12V
-12V
Rf
-+
Vsalida
Ri
12V
-12V
-+
Figura 3. Acondicionamiento propuesto para el sensor LM335
Hecho el acondicionamiento del sensor LM335, se implementará un circuito para
realizar la conversión de la escala Kelvin a la escala Celsius. El circuito a implementar
debe restar un voltaje constante de 2.7315 V a la salida de voltaje proporcionada por
el sensor LM335. Para implementar el circuito que genere la referencia de voltaje se
emplea el esquema mostrado en la figura 4.
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 39/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
5V
LM336
R1 = 2kΩ
12V
-12V
-+ Vref = 2.73V
R2 = 1kΩ
R3 = 9.1 kΩ
R4 = 2kΩ
Figura 4. Referencia de 2.7315 V
Para ajustar la referencia de voltaje, ajuste el trimpot multivueltas (R4), hasta que la
salida del circuito sea de 2.731 V. Para restar esta referencia de voltaje, se implementa
el mostrado en la figura 5. La posición del interruptor S1 determina si el despliegue es
en la escala Kelvin o Celsius.
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 40/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
5V
LM335
R1 = 2.2 kΩ
R2
= 1
0 k
Ω
T
12V
-12V
-+
12V
-12V
-+
Vsalida
12V
-12V
-+
5V
LM336
R8 = 2kΩ
12V
-12V
-+
Vref = 2.73V
R7 = 1kΩ
R3 = 9.1 kΩ
R9 = 2kΩ
12V
-12V
-+
R3 = 10kΩ
R4 = 1kΩ
R5 = 10 kΩ
R6 = 10kΩ
R10 = 10kΩ
R13 = 10kΩ
R12 = 10kΩ
R11 = 10kΩ
Vsensor
Vsalida
Figura 5. Circuito para la conversión de escala Kelvin a escala Celsius
Finalmente, se integran los circuitos implementados para construir el termómetro
digital, como se muestra en el diagrama esquemático de la figura 6.
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 41/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
1 2 3 4
40
39
38
37
5 6 7 8
36
35
34
33
13
14
15
16
28
27
26
25
17
18
19
20
24
23
22
21
9 10
11
12
32
31
30
29
V+
D1
C1
B1
A1
F1 G1
E1 D2
C2
B2
A2
F2 E2 D3
B3
F3 E3 AB
4
PO
L
OSC
1
OSC
2
OSC
3
TEST
REF
HI
REF
LO
W
CR
EF
CR
EF
CO
MM
ON
IN H
IGH
IN L
OW
A-Z
BU
FF
INT
V-
G2
C3
A3
G3
BP
/GN
D
ICL7107
+5V -5V
10
0kΩ
10
0p
F
0.2
2µ
F
R2
= 4
70
kΩ
C2
= 0
.04
7µ
F
10
MΩ
24
kΩ
R1
= 2
5kΩ
0.1µF
C5 = 0.01µF
f
g
e c
b
d
a
f
g
e c
b
d
a
f
g
e c
b
d
a
f
g
e c
b
d
a
Ánodo común
330 Ω
Rb = 4.7kΩ
GNDVOLTAJE CONTROL
5 1
C = 0.1µF
DISCHARGE7
TRIGGER2
6THRESHOLD
OUTPUT 3
RESET
4 8
VCC
Ra = 10kΩ
R1 = 1.2kΩ
1N4148
NE555
Vcc
5V
LM335
R1 = 2.2 kΩ
R2
= 1
0 kΩ
T
12V
-12V
-+
12V
-12V
-+
Vsalida
12V
-12V
-+
5V
LM336
R8 = 2kΩ
12V
-12V
-+
Vref = 2.73V
R7 = 1kΩ
R3 = 9.1 kΩ
R9 = 2kΩ
12V
-12V
-+
R3 = 10kΩ
R4 = 1kΩ
R5 = 10 kΩ
R6 = 10kΩ
R10 = 10kΩ
R13 = 10kΩ
R12 = 10kΩ
R11 = 10kΩ
Vsensor
Vc(T[°C])Vk(T[K])
Interruptor S1
Plug 3.5mm
Figura 6. Esquema del termómetro digital
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 42/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
Una vez implementado el termómetro digital, compruebe el funcionamiento de éste.
Para ello caliente agua en un recipiente, y tomando la lectura de temperatura con un
termómetro de mercurio como valor de referencia, caracterice el instrumento anotando
en la tabla 2 los valores de sus lecturas.
Temperatura de referencia
[°C]
Temperatura indicada
[°C]
Frecuencia
[Hz]
Tamb
.
.
.
67°C
68°C
69°C
70°C
Tabla 2. Comprobación de funcionamiento
a) Determine, a partir de su curva característica, la imprecisión de su termómetro digital
b) Indique la sensibilidad real de su termómetro digital
c) ¿Cuál es la incertidumbre de su termómetro digital?
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 43/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
Bibliografía
HOLMAN, Jack P., Experimental methods for engineers, 8a Edición, Mc Graw
Hill, USA, 2010.
DOEBELIN, Ernest O., Measurement Systems Application and Design, 5a
Edición, McGraw Hill, Singapore, 2003
PALLAS, A. R., Sensores y acondicionadores de señal, 3ª Edición, Alfa Omega,
México, 2001.
D. Cuestionario previo.
8- Defina los conceptos de señal analógica, señal digital y convertidor analógico-digital.
9- Describa algunos procesos (o tipos de convertidores) para realizar la conversión entre
una señal analógica y una señal digital.
10- Investigue las configuraciones del amplificador operacional como:
- Un amplificador inversor
- Un amplificador NO inversor
- Un amplificador restador
- Un amplificador sumador
11- ¿En qué casos se emplea un amplificador seguidor de voltaje?
E. Actividad de investigación/realización previa.
1.- Traer alambrados los circuitos necesarios para la realización de esta práctica; así
como las hojas de datos del ICL7107, LM336 y LM335 (debidamente encapsulado) a
la sesión de laboratorio.
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 44/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
N° de práctica: 05
Uso del osciloscopio digital
para la determinación del
factor de potencia
experimentales
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 45/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
1. Seguridad en la ejecución
Peligro o Fuente de energía Riesgo asociado
1 Tensión Alterna Electrocución
2 Tensión Continua Daño a equipo
2. Objetivos de aprendizaje
El alumno calculará el factor de potencia en cargas eléctricas lineales y no lineales,
empleando sólo un multímetro o un osciloscopio digital.
3. Material y Equipo
Material proporcionado por el alumno
1 Carga reactiva1
1 Cargador de una computadora portátil
1 resistencia de potencia2
1 Adaptador de carga para osciloscopio3
2 Cables BNC – caimán para osciloscopio
1 Resistencia de 50Ω a ½ Watt
2 Resistencias de 10kΩ a ½ Watt
2 Resistencias de 100kΩ a ½ Watt
2 Amplificadores operacionales OP07
1 La carga reactiva puede ser: un motor de algún electrodoméstico o un ventilador pequeño.
2 La resistencia de potencia deberá ser calculada por el alumno.
3 El adaptador para osciloscopio se implementará en un circuito impreso hecho por el alumno.
Se requiere el material especificado en la actividad previa
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 46/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
Material proporcionado en el laboratorio
1 Fuente de poder
1 Multímetro digital
1 Sensor de corriente CS60-010L 50/60Hz
1 Osciloscopio digital Agilent DSO1002A
4. Desarrollo
Para el desarrollo de esta práctica se usará el adaptador de carga para osciloscopio cuyo
diagrama esquemático se muestra en la figura 1. Este adaptador elaborado por el alumno,
consiste en una placa de circuito impreso con borneras de conexión; en las cuales conectará
el transformador de 127V:5V a 100mA, las cargas eléctricas, el sensor de corriente, la
resistencia de potencia además de realizar mediciones de voltaje conforme el desarrollo de
esta práctica lo solicite.
VOLTAJESALIDA
Tierra física (Verde)
Corriente
Neutral (Blanco)
Línea (Negro)
127 Vac
Resistencia
R
Nota: Borne de conexión / medición
A
Cable:BNC-caimán
Figura 1. Adaptador de carga para osciloscopio
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 47/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
I. Actividad 1
a) Realice un puente con cable del calibre adecuado a la carga que va a conectar en las
terminales de la bornera indicada para la medición de corriente. Conecte la resistencia
de potencia en las terminales de su respectiva bornera y por último conecte la carga
reactiva al contacto de su tarjeta electrónica.
b) Conecte la clavija de su tarjeta electrónica al tomacorriente de la mesa de laboratorio.
c) Encienda la carga reactiva para que inicie a fluir corriente eléctrica.
d) Mida y registre en (en la tabla 1) los voltajes presentes en la línea de entrada, en la
resistencia de potencia y en la carga reactiva.
La figuras 2(a) y 2(b) muestran el diagrama del circuito de medida; así como los
puntos del adaptador donde se realizaran las mediciones de voltaje respectivamente.
Tierra física (Verde)
Corriente
Neutral (Blanco)
Línea (Negro)
127 Vac
Resistencia
R
ZL
V
V
V
Figura 2 (a) Conexiones del circuito de medida en el adaptador
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 48/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
127 Vac
R
ZLVV
V
V1
V2
V3
Figura 2 (b). Circuito de medida
Tabla 1. Mediciones de voltaje del circuito 1
A partir de las lecturas realizadas con el voltímetro, y considerando que pueden ser
representados como fasores, calcule el factor de potencia para la carga reactiva
conectada.
e) Desconecte la carga de su tarjeta electrónica y conecte el cargador de computadora
(si es necesario conecte su computadora para que haya consumo de corriente).
¿Puede determinar el factor de potencia con el método descrito anteriormente?
Retire el cargador del contacto de su tarjeta electrónica.
Voltaje en la línea de alim
entación Voltaje en la resistencia Voltaje en la carga
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 49/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
II. Actividad 2
En esta actividad usará la placa adaptadora con el osciloscopio, para poder medir el
factor de potencia de distorsión del cargador de computadora portátil.
a) Conecte un puente utilizando cable del calibre adecuado para la intensidad de
corriente que espera que circule en la bornera correspondiente a la resistencia de
potencia.
b) Conecte el transformador de voltaje en su correspondiente bornera de la tarjeta
electrónica.
c) Conecte el cargador de computadora portátil en el contacto de su PCB.
d) Inserte a través del transformador de corriente, sensor CS60-010L 50/60Hz, un cable
de aproximadamente 50 cm de longitud y conecte los extremos en la bornera de conexión
marcada con corriente. Las terminales del sensor deberán conectarse al circuito
acondicionador de señal.
e) Utilice los cables BNC-Caimán para conectar el secundario del transformador y la
salida del acondicionador de señal al osciloscopio.
f) Conecte la clavija del adaptador al tomacorriente de la mesa de laboratorio, para
energizar el adaptador y el cargador de computadora portátil
g) Visualice las formas de onda de voltaje que obtiene del devanado secundario del
transformador, así como del sensor de corriente.
h) Aplique la FFT (transformada rápida de Fourier) al canal correspondiente sensor de
corriente. Pida ayuda a su profesor para realizarlo.
i) Del menú “MATH” seleccione la opción de “Escala” y presione para activar el modo
“dBVrms”.
La figura 3, muestra el diagrama de conexiones descritas.
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 50/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
VOLTAJESALIDA
Tierra física (Verde)
Corriente
Neutral (Blanco)
Línea (Negro)
127 Vac
Resistencia
Cable:BNC-caimán
1+3-
50Ω
Cable:BNC-caimán
CargadorComputa-
dora portátil
+
-
+
-
10kΩ
100kΩ
+12V
-12V
+12V
-12V
100kΩ
10kΩ OP07
OP07
CS60-101
Figura 3. Conexiones del adaptador y sensor para osciloscopio
j) Desplace los cursores en el espectro de frecuencia, obtenga la magnitud en “dBVrms”
de la fundamental, y de los siguientes 5 armónicos omitiendo aquellos cuya magnitud
sea de cero y anótelos en la tabla 2.
k) Con las magnitudes de la fundamental y los armónicos calcule las constantes K de la
siguiente forma: 𝐾𝑛 = 10[𝑀𝑎𝑔𝑛𝑑𝑏− 𝑀𝑎𝑔1𝑑𝑏
20]; siendo 𝑀𝑎𝑔𝑛𝑑𝑏 la magnitud del armónico
asociado a la constante y 𝑀𝑎𝑔1𝑑𝑏 la magnitud de la fundamental. Registre los resultados
en la tabla 3.
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 51/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
Armónico Frecuencia [Hz] Magnitud [dB]
Fundamental
1° armónico
2° armónico
3° armónico
4° armónico
Tabla 2. Mediciones de frecuencia y magnitud del cargador portátil
Tabla 3. Mediciones de frecuencia y magnitud del cargador portátil
l) Con los valores de la tabla 3 obtenidos, se puede calcular el factor de potencia de
distorsión, dividiendo la corriente de la fundamental entre la corriente total; es decir:
𝐷 = 𝐼1
𝐼𝑇
1.- La corriente total (𝐼𝑇) se obtiene midiendo el voltaje rms en el osciloscopio, del sensor
de corriente CS60 – 010 y relacionándolo con la corriente especificada por el fabricante en
la hoja de datos. Recuerde que el voltaje que mida deberá ser divido entre 100 para obtener
el valor exacto de la corriente.
Armónico Frecuencia
[Hz]
Magnitud
[dB]
Constantes
𝑲𝒏
Magnitudes
𝑲𝒏
Fundamental
1° armónico
2° armónico
3° armónico
4° armónico
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 52/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
2.- La corriente de la fundamental (𝐼1) se obtiene con ayuda de las constantes de la
tabla 3 y la corriente total mediante la siguiente expresión:
𝐼1 = √𝐼𝑇
2
1 + 𝐾12 + 𝐾2
2 + ⋯ + 𝐾𝑛2
Una vez calculadas la corriente total y la corriente de la fundamental obtenga el factor
de potencia de distorsión del cargador de computadora portátil.
5. Bibliografía
DOEBELIN, E.O., Measurement System Application and Design, 3a Edición,
Singapore, McGraw-Hill, 2003
THE ELECTRICAL ENGINEERING HANDBOOK, Volumen 1, Boca Ratón,
Florida, CRC PRESS, IEEE PRESS, 1997
WEBSTER J. G, The Measurement instrumentations and sensor Handbook,
Boca Ratón, Florida, CRC PRESS, IEEE PRESS, 1999
F. Cuestionario previo.
1- Escribas los conceptos y ecuaciones para calcular:
- Potencia real
- Potencia aparente
- Potencia total
- Factor de potencia
2- Encuentre una expresión matemática para el ángulo ϕ en función de los 3 vectores.
Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e
Instrumentación
Código: MADO-66
Versión: 01
Página 53/53
Sección ISO 8.3
Fecha de emisión
2 de febrero de 2018
Facultad de Ingeniería Área/Departamento:
Laboratorio de Medición e Instrumentación La impresión de este documento es una copia no controlada
β ϕ
A
c
B
G. Actividad de investigación/realización previa.
1.- Traer implementado en PCB el circuito de la figura 1; que se encuentra en la actividad
1 del desarrollo de la práctica, a la sesión de laboratorio. La lista de materiales para su
fabricación es la siguiente:
- 1 Clavija polarizada de uso rudo
- 2 metros de cable AWG calibre 12 polarizado
- 1 Contacto polarizado.
- 1 Transformador de 127V:5V a 100mA
- 5 Borneras de 2 pines para PCB.
- 1 placa fenólica para PCB y cloruro férrico. Las medidas físicas de la placa deberán
ser dadas por el alumno, acorde a su diseño.
- Soldadura 60/40, pasta para soldar y cautín de punta fina.