practica "el potenciómetro"

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Practica No. 2 Laboratorio de Sensores y Actuadores

PRCTICA NUM. 2

El Potencimetro

INTRODUCCIN

Los sensores basados en la variacin de las resistencias elctricas de un dispositivo son

probablemente los ms abundantes. Ello se debe a que son muchas las magnitudes fsicas

que afectan al valor de la resistencia elctrica de un material. En consecuencia, ofrecen

una solucin vlida para numerosos problemas de medida. El potencimetro se puede

definir como una resistencia regulable en un circuito elctrico, los cuales son encontrados

en la mayora de los sistemas donde se requiere variar algn parmetro de operacin, o

sensar un desplazamiento del cursor en la totalidad del elemento resistivo es inferior o igual

a 360.

OBJETIVO

En esta prctica el estudiante conocer los principios bsicos del potencimetro, sus

principales tipos, caractersticas y aplicaciones. Adems deber describir el

comportamiento de un potencimetro y la relacin entre su desplazamiento angular y el

voltaje de salida.

MARCO TERICO

Un potencimetro es un resistor con un contacto mvil deslizante o giratorio (figura 1). La

resistencia entre dicho contacto mvil y uno de los terminales fijos es

=

(1 ) =

( ) (1.1)

Donde x es la distancia recorrida desde el otro terminal fijo, la fraccin de longitud

correspondiente, es la resistividad del material, l su longitud y A su seccin transversal,

supuesta uniforme.

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Desde el punto de vista dinmico, es en principio un sistema de orden cero, si bien puede

formar parte de un sensor que no sea de orden cero como, por ejemplo, un sistema masa

resorte.

El comportamiento descrito por (1.1), que equivale a decir que la resistencia es proporcional

al recorrido del cursor, implica aceptar la validez de una serie de simplificaciones que

conviene aplicar pues no siempre pueden darse por garantizadas.

En primer lugar, se supone que la resistencia es uniforme a lo largo de todo el recorrido l,

pero obviamente la resistencia no ser perfectamente uniforme por lo que la linealidad del

potencimetro estar acotada. La diferencia entre el comportamiento esperado y obtenido

se denomina conformidad. En segundo lugar, se supone que el contacto del cursor da una

variacin de resistencia continua, no a saltos y que, por tanto, la resolucin es infinita, pero

esto no es cierto para todos los tipos de elementos resistivos. Adems, el recorrido

mecnico suele ser mayor que el recorrido elctrico, es decir, no todo el soporte est

recubierto de conductor.

Para que el modelo descrito por (1.1) sea aceptable, si se alimenta el potencimetro con

una tensin alterna, su inductancia y capacidad deben ser despreciables. Otro factor a

considerar es que los resistores cambian de valor con la temperatura. Estas pueden ser

debidas no solo a fluctuaciones de la temperatura ambiente, sino tambin a un

Figura 1.- Potencimetro monovuelta.

Potencioemtro donde la rotacion mecanica que

provoca el desplazamiento del cursor en la

totalidad del elemento resistivo es inferior o

igual a 360.

Figura 2.- Potencimetro ideal y su smbolo.

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autocalentamiento motivado por la limitacin en la potencia que puede disipar el

potencimetro.

TIPOS DE POTENCIMETROS

Los primeros y ms usados son los ya estudiados llamados mecnicos. Los hay rotatorios,

lineales, logartmicos y senoidales. Los dos primeros ya los hemos visto, veamos los otros.

Logartmicos: Estos son empleados normalmente para audio por su manera asimtrica de

comportarse ante la variacin de su eje, al principio sufriremos un incremento de la

resistencia muy leve, hasta llegar a un punto en que el incremento ser mucho mayor. En

los anteriores la resistencia vara de forma lineal, sin embargo en estos la variacin de la

resistencia tendra una curva logartmica. Cuanto ms giramos la rueda mayor es el

aumento de la resistencia. Al principio vara muy poco la resistencia. Se suelen usar por

ejemplo para el volumen de una radio.

Senoidales. La resistencia es proporcional al seno del ngulo de giro. Dos potencimetros

senoidales solidarios y girados 90 proporcionan el seno y el coseno del ngulo de giro.

Pueden tener topes de fin de carrera o no.

Ahora hay los llamados Potencimetros Digitales. Se usan para sustituir a los mecnicos

simulando su funcionamiento y evitando los problemas mecnicos de estos ltimos. Est

formado por un circuito integrado que simula el comportamiento de su equivalente

analgico. Tienen un divisor resistivo (divisor de tensin) con n+1 resistencias.

Por ltimo vamos hablar de unos componentes que no se consideran potencimetros

propiamente, pero s que son resistencias variables.

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DESCRIPCIN DE CADA TIPO DE POTENCIMETRO

Potencimetros de mando.

Son adecuados para su uso como elemento de control en los aparatos electrnicos. El

usuario acciona sobre ellos para variar los parmetros normales de funcionamiento. Por

ejemplo, el volumen de una radio.

Potencimetros de ajuste

Controlan parmetros pre-ajustados, normalmente en fbrica, que el usuario no suele tener

que retocar, por lo que no suelen ser accesibles desde el exterior. Existen tanto

encapsulados en plstico como sin cpsula, y se suelen distinguir potencimetros de ajuste

vertical, cuyo eje de giro es vertical, y potencimetros de ajuste horizontal, con el eje de

giro paralelo al circuito impreso.

Potencimetros lineales

Potencimetro de mando

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La resistencia es proporcional al ngulo de giro. Generalmente denominados con una

letra B.

Logartmicos

La resistencia depende logartmicamente del ngulo de giro. Generalmente denominados

con una letra A.

Senoidales

La resistencia es proporcional al seno del ngulo de giro. Dos potencimetros senoidales

solidarios y girados 90 proporcionan el seno y el coseno del ngulo de giro. Pueden tener

topes de fin de carrera o no.

Potencimetros multi-vuelta

Para un ajuste fino de la resistencia existen potencimetros multi-vuelta, en los que el cursor

va unido a un tornillo des-multiplicador, de modo que para completar el recorrido necesita

varias vueltas del rgano de mando.

TIPOS DE POTENCIOMETRO DE MANDO

Potencimetro rotatorio

Se controlan girando su eje. Son los ms habituales pues son de larga duracin y ocupan

poco espacio.

Algunos potencimetros rotatorios

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Potencimetros deslizantes

La pista resistiva es recta, de modo que el recorrido del cursor tambin lo es. Han estado

de moda hace unos aos y se usa, sobre todo, en ecualizadores grficos, pues la posicin

de sus cursores representa la respuesta del ecualizador. Son ms frgiles que los rotatorios

y ocupan ms espacio. Adems suelen ser ms sensibles al polvo.

Potencimetros mltiples

Son varios potencimetros con sus ejes coaxiales, de modo que ocupan muy poco espacio.

Se utilizaban en instrumentacin, autorradios, etc.

Potencimetros digitales

Se llama potencimetro digital a un circuito integradocuyo funcionamiento simula el de un

potencimetro Analgico. Se componen de un divisor resistivo de n+1 resistencias, con su

n puntos intermedios conectados a un multiplexor analgico que selecciona la salida. Se

manejan a travs de una interfaz serie (SPI, I2C, Microwire, o similar). Suelen tener una

tolerancia en torno al 20 % y a esto hay que aadirle la resistencia debida a los switches

internos, conocida como Rwiper. Los valores ms comunes son de 10K y 100K aunque

vara en funcin del fabricante con 32, 64, 128, 512 y 1024 posiciones en escala logartmica

Potencimetros lineales

Potencimetro mltiple

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o lineal. Los principales fabricantes son Maxim, Intersil y Analog Devices. Estos dispositivos

poseen las mismas limitaciones que los conversores DAC como son la corriente mxima

que pueden drenar, que est en el orden de los mA, la INL y la DNL, aunque generalmente

son monotnicos.

CONSTRUCCIN

Potencimetros impresos

Son realizados con una pista de carbn o de cermet sobre un soporte duro como papel

baquelizado, fibra, almina, etc. La pista tiene sendos contactos en sus extremos y un

cursor conectado e un patin que se desliza por la pisa resistiva.

Potencimetros digitales

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Potencimetros bobinados

Consistentes en un arrollamiento toroidal de un hilo resistivo (por ejemplo, constantn) con

un cursor que mueve un patn sobre el mismo.

MARCO TERICO DE LABVIEW

LabVIEW es una herramienta grfica de prueba, control y diseo mediante la utilizado se

llama lenguaje G. Este programa fue creado por 1976. Los programas hechos con LabVIEW

se llaman VI (Virtual Instrument), lo que da una idea de uno de sus principales usos: el

control de instrumentosUtilizaremos 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.

Principales Controles Utilizados

Potencimetro bobinado

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DISCRIPCION DE LOS CONTROLES DE LA FIGURA ANTERIOR

1. Sirve para especificar el dispositivo donde se encuentra la DAQ, en este caso es el

NI ELVIS, el cual es llamado Dev1 por el software.

2. Condicin de espera, dentro de un ciclo WHILE sirve para que este ciclo se repita

dentro de un valor de milisegundos, debe ser especificado por una constante (ver

6).

3. Botn de paro, ubicado en el panel frontal. Sirve para darle una entrada booleana

al comando STOP del ciclo WHILE.

4. Cierra el Sub-VI DMM.

5. Configuracin del Sub-VI DMM, aqu se selecciona el tipo de medicin (ver 11).

6. Inicializador del Sub-VI DMM.

7. Devuelve la lectura digital medida del Sub-VI DMM, como un arreglo, se le debe

especificar la funcin que debe realizar (ver 11).

8. Despliega en forma numrica el voltaje medido.

9. Medidor visual de entrada variable, la aguja indicadora muestra el valor (int) de

entrada, en el panel frontal podemos configurar este medidor a los rangos

necesarios dando doble click sobre los lmites.

10. Indica el valor de un ndice especfico de un arreglo.

11. Tipo de medicin del Sub-VI DMM.

12. Comparador MAYOR QUE, compara dos valores y si el primero es mayor que el

segundo, el comparador entrega una salida verdadera, la cual puede activar un

LED virtual.

13. Constante del sistema, esta sirve para dar un nmero especfico de referencia,

puede ser usado en la funcin WAIT.

14. Operador booleano, muestra un LED en el panel frontal del VI, el LED enciende si

el valor del voltaje es mayor a 0

15. Ciclo WHILE, esta funcin repite el sub diagrama que se encuentra en su interior

hasta que la condicin de paro es cumplida, el cual puede ser un valor booleano,

controlado por un botn (ver 12.) en el panel frontal del instrumento virtual (VI) o

creado por un error en el sistema. La terminal i determina el nmero de veces que

se ha repetido el ciclo.

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LISTADO DE MATERIAL

1 potencimetro de 10 K ohms.

NI ELVIS.

Caja con transportador.

Cables.

DESARROLLO

1. 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.

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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 modulo 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.

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.

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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

Tabla donde se muestra la salida de voltaje con respecto al ngulo del potencimetro.

ngulo Volts

0 0.0018

10 0.01035

20 0.146

30 0.267

40 0.276

50 0.291

60 0.396

70 0.549

80 0.614

90 0.738

100 0.843

110 0.989

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120 1.123

130 1.325

140 1.469

150 1.650

160 1.849

170 2.457

180 2.814

190 2.912

200 3.255

210 3.605

220 3.807

230 3.980

240 4.272

250 4.668

260 4.904

270 4.998

Grafica del voltaje medido y el desplazamiento angular realizada a partir de los datos de la

tabla anterior.

0

1

2

3

4

5

6

0 50 100 150 200 250 300

VO

LT

AJE

NGULO

Grafica voltaje - desplazamiento angular

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DESARROLLO EN LABVIEW

En esta prctica se coloc el potencimetro de la misma manera que se hizo en la primera

parte de la prctica, pero ahora en vez 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.

fuente de voltaje

potencimetro NI ELVIS LabVIEW

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1. Abrir el documento Prac2.VI.

2. 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).

3. El voltaje de salida del potencimetro ser medido por medio del DMM (Multmetro

Digital) del NI ELVIS

4. Acomodar los iconos del archivo de forma que se puedan realizar fcilmente las

conexiones mostradas en la fig. 2.8, se debe tener en cuenta que hay que aadir

ciertos valores constantes a funciones como WAIT, comparador MAYOR QUE y

voltaje variable

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5. Realizar conexiones virtuales:

a. El primer paso es para inicializar los instrumentos que utilizaremos. Este

paso esta agrupado a la izquierda del ciclo WHILE.

b. 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.

c. Por ultimo en el tercer paso, despus del ciclo WHILE, se encuentran los

procesos para cerrar los instrumentos utilizados.

6. 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).

7. 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.

8. Comparar los datos obtenidos en esta prctica con los que obtuvieron en la prctica

#2, y anotar si el programa medido funcion con exactitud.

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9. Supngase que el potencimetro fuera una llave de paso para el llenado de un

tanque de agua.

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.

ALGUNAS IMGENES DEL PROGRAMA FUNCIONANDO.

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CONCLUSIN

Anteriormente ya haba trabajado con potencimetros en la preparatoria pero solo saba

que estos hacan la funcin de variar su resistencia en un rango, ahora aqu en esta prctica

de laboratorio de sensores aprend que todo potencimetro tiene una resistividad de

acuerdo con el desplazamiento angular que se le proporcione. Con la investigacin que

realice como marco terico de esta prctica supe que existen diferentes tipos de

potencimetros ya sea lineales, compuestos, angulares y digitales, y que tambin se

emplean diferentes tcnicas de fabricacin de estos mismos. As como tambin aprend

que un potencimetro puede ser usado como un sensor para medir diferentes cantidades

fsicas, como el movimiento angular, o el nivel de un tanque de agua. En general un

potencimetro tiene muchos usos a pesar de que es un dispositivo muy simple. En

conclusin con la prctica dos, pienso que fue muy interesante realizar la prctica, aunque

un poco tardado la parte de LabVIEW.

REALIZANDO LA PRACTICA NUM. 2

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BIBLIOGRAFA

http://www.areatecnologia.com/electronica/potenciometro.html

http://ingeniatic.euitt.upm.es/index.php/tecnologias/item/556-

potenci%C3%B3mmetro

Instructivo de Laboratorio de Sensores y Actuadores

Autores:

Prof. MC. Antonio Cayetano Lozano Garca.

Prof. MC. Jos ngel Castillo Castro.

Prof. MC. Adn vila Cabrera.

Prof. MC. Carlos Alberto Porras Mata.

Ramn Palls Areny

Sensores y Acondicionadores de Seal, 4 edicin.

Editorial. Alfa Omega, Mxico. 2006

prctica num. 2introduccinobjetivoMarco tericodescripcin de cada tipo de potencimetrotipos de potenciometro de mandoConstruccinMarco terico de labviewDiscripcion de los controles de la figura anterior

listado de materialDesarrolloResultadosDesarrollo en LabviewConclusinbibliografa

practica "el potenciómetro"

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