sistema d’instrumentació de mesura i test d’un prototip de...

Sistema d’instrumentació de mesura i test d’un prototip de motor lineal

TITULACIÓ: Enginyeria Tècnica Industrial en Electrònica Industrial

AUTOR: Adrian Franco Queralt

DIRECTOR: Pedro Iñiguez Galbete

DATA: Gener del 2009

Sistema d’instrumentació de mesura i test d’un prototip de motor lineal Índex general

2

ÍNDEX GENERAL Capítol Pàgina

1 – MEMÒRIA.....................................................................................................................4 1.1- Introducció..........................................................................................................9

1.2 – Fonaments físics dels motors lineals...............................................................10

1.3 – Objectius del projecte......................................................................................19

1.4 – Modelat d’un motor.........................................................................................26

1.5 – Solució adoptada.............................................................................................41

1.6 – Mesura de magnituds i variables físiques......................................................103

1.7 – Conclusions...................................................................................................137

2 – PLÀNOLS...................................................................................................................139 2.1- Plànols dels sensors.........................................................................................141

3 – PRESSUPOSTOS.......................................................................................................145 3.1.- Quadre de mesura...........................................................................................147

3.2.- Quadre de preus..............................................................................................148

3.3.- Pressupost.......................................................................................................149

3.4.- Resum del projecte.........................................................................................150

4 – PLEC DE CONDICIONS..........................................................................................151 4.1.- Condicions administratives............................................................................154

4.2.- Condicions Econòmiques...............................................................................159

4.3. Condicions Facultatives................................................................................161

5 – BIBLIOGRAFIA........................................................................................................164 5.1. Bibliografies consultades ................................................................................166

5.2. Adreces electròniques......................................................................................166

6 – ANNEXES...................................................................................................................167 6.1. Certificat sensor de efecte Hall........................................................................169

6.2. Certificat sensor de temperatura......................................................................170

6.3. Certificat sensor d’inductància........................................................................172

6.4. Certificat sensor de força.................................................................................173

Sistema d’instrumentació de mesura i test d’un prototip de motor lineal Índex general

3

6.5. Certificat sensor d’acceleració.........................................................................180

6.6. Certificat sensor de posició.............................................................................181

6.7. Certificat bus GPIB.........................................................................................182

6.8. Certificat targeta PCI-6023..............................................................................183

6.9. Certificat del multimetre, generador de funcions i oscil·loscopi.....................184

6.10. Certificat de calibració del multimetre i generador de funcions...................185

1. MEMÒRIA

Sistema d’instrumentació de mesura i test d’un prototip de motor lineal Memòria

5

ÍNDEX DE LA MEMÒRIA

Capítol Pàgina

1.1- Introducció.........................................................................................................9

1.2 Fonaments físics dels motors lineals...............................................................10 1.2.1 Introducció...............................................................................................10

1.2.2 Concepte de motor lineal.........................................................................10

1.2.2.1 Què ofereixen els motors lineals?..............................................11

1.2.3 Diferencies principals entre els motors lineals i els rotatius....................12

1.2.4 Tecnologia direct drive. motors lineals...................................................13

1.2.4.1 Nivell actual d'implantació dels motors

lineals en la indústria........................................................................15

1.2.4.2 Motors lineals tubulars..........................................................15

1.2.5 Motors lineals per a Mecanitzat d'Alta Velocitat.....................................17

1.3 Objectius del projecte.......................................................................................19 1.3.1 Característiques........................................................................................19

1.3.1.1 Força/Posició estàtica i Força/ Intensitat....................................20

1.3.1.2 Força/Velocitat i Espectre de freqüències..................................21

1.3.2 Paràmetres................................................................................................22

1.3.2.1 Constant de temps mecànica......................................................22

1.3.2.2 Constant de temps tèrmica.........................................................22

1.3.2.3 Constant de temps elèctrica........................................................23

1.3.3 Rendiment................................................................................................24

1.3.4 Deducció i anàlisis del model del motor..................................................24

1.3.5 Disseny de la instrumentació per a la mesura de

variables i deducció de paràmetres..........................................................24

1.3.6 Programació i disseny de la instrumentació............................................25

1.4 – Modelat d’un motor......................................................................................26 1.4.1 – Conducció del servomotor Brushless...................................................26

1.4.1.1 – Força aconseguida amb la connexió en estrella......................29

1.4.1.2 – Força aconseguida amb la connexió en triangle......................30


6

1.4.2 – Descodificació......................................................................................30

1.4.3 – Modulació d’Amplària de polsos..........................................................33

1.4.4 – Funció de transferència.........................................................................34

1.4.4.1 – Arrissat del corrent..................................................................36

1.4.4.2 – Càrrega mecànica aplicada a l’eix del motor..........................37

1.4.4.3 – Paràmetres...............................................................................38

1.5 Solució adoptada...............................................................................................41 1.5.1 Topologia i instrumentació del sistema...................................................43

1.5.2 Descripció del sistema.............................................................................44

1.5.2.1 LabView.....................................................................................45

1.5.2.1.1 Principals usos..........................................................45

1.5.2.1.2 Principals característiques........................................45

1.5.2.2 Bus GPIB....................................................................................47

1.5.2.2.1 Adreces i estructura de la interconnexió.................47

1.5.2.2.2 Velocitat de transferència màxima..........................48

1.5.2.2.3 Longitud del cable...................................................48

1.5.2.2.4 Manera de transferència de dades...........................48

1.5.2.2.5 Manera de transferència de missatges.....................48

1.5.2.2.6 Funcions de la interfície..........................................49

1.5.2.2.7 Handshake...............................................................49

1.5.2.2.8 Línies de control general per a

necessitats especials................................................49

1.5.2.2.9 Línies de transmissió de senyal...............................49

1.5.2.2.9.1 Línies de dades......................................49

1.5.2.2.9.2 Línies de control de transferència

de dades (handshake)............................50

1.5.2.2.9.3 Línies de control general

de la interfície......................................50

1.5.2.2.9.4 Funcionament. Transferència

de dades i cronograma..........................51

1.5.2.3 Targeta d’adquisició de dades

PCI-6023E de National Instruments...........................................53

1.5.2.3.1 Característiques bàsiques d’un

convertidor A/D......................................................56


7

1.5.2.3.1.1 Temps de conversió.............................57

1.5.2.3.2 Errors en els convertidors analògic/digital..............58

1.5.2.3.2.1 Error de quantificació...........................58

1.5.2.3.2.2 Error de linealitat..................................58

1.5.2.3.2.3 Error d’obertura....................................59

1.5.2.3.2.4 Convertidor A/D de

aproximacions successives...................59

1.5.2.3.4 L’etapa d’acondicionament del senyal....................60

1.5.2.3.5 El mostreig del senyal.............................................61

1.5.2.3.5.1 El teorema de Nyquist o

teorema de mostreig..............................62

1.5.2.3.5.2 Efectes de Aliasing...............................63

1.5.2.3.6 Altres conceptes necessaris per a

l’adquisició de senyals............................................63

1.5.2.3.6.1 Estabilitat de la tensió

de referència..........................................63

1.5.2.3.6.2 Filtrat de les línies

d’alimentació........................................64

1.5.2.3.6.3 Traçat adequat i separat de

l’alimentació analògica i digital............64

1.5.2.4 Multímetre HP 34401.................................................................65

1.5.2.4.1 Exemple d’un voltímetre.........................................68

1.5.2.4.2 Exemple de càlcul d’errors......................................72

1.5.2.4.3 Mesura del veritable valor eficaç............................72

1.5.2.5 Oscil·loscopi TDS 200...............................................................73

1.5.2.5.1 Limitacions del oscil·loscopi analògic....................75

1.5.2.5.2 Oscil·loscopi digital.................................................75

1.5.2.6 Generador de funcions HP 33120A............................................77

1.5.2.6.1 Oscil·lador...............................................................80

1.5.2.6.2 Conformador...........................................................82

1.5.2.6.2.1 Per a un quadrant..................................83

1.5.2.6.2.2 Per a dos quadrant.................................84

1.5.3 Sistema d’instrumentació interactiu.........................................................85

1.5.3.1 Software: MAX (Mesurement and

Automation Express)................................................................101


8

1.6 Mesura de magnituds i variables físiques....................................................103 1.6.1 Sensors..................................................................................................103

1.6.1.1 Acondicionadors.......................................................................104

1.6.1.2 Digitalització............................................................................104

1.6.1.3 Equips electrònics.....................................................................104

1.6.1.4 Instrumentació virtual...............................................................104

1.6.2 Sensors de temperatura..........................................................................105

1.6.2.1 Composició química i tipus de termopars................................107

1.6.2.2 Altres tipus de termopars..........................................................108

1.6.2.3 Codi de colors...........................................................................108

1.6.2.4 Aplicacions industrials dels termopars.....................................109

1.6.2.5 Linealitat entre la temperatura i el voltatge..............................110

1.6.3 Sensors de posició..................................................................................112

1.6.3.1 Encoders incrementals..............................................................112

1.6.3.2 Encoders absoluts.....................................................................113

1.6.3.3 Tipus d’encoders......................................................................114

1.6.3.3.1. Encoders lineals.....................................................114

1.6.3.3.2. Encoders rotatius...................................................115

1.6.4 Sensors de força.....................................................................................117

1.6.4.1 Cèl·lules de càrrega..................................................................117

1.6.4.2 Galges extensiomètriques.........................................................119

1.6.4.2.1. Aplicació d’una galga extensiomètrica.................121

1.6.5 Sensors d’intensitat................................................................................123

1.6.5.1 Efecte Hall...............................................................................123

1.6.6 Sensors d’acceleració...........................................................................125

1.6.6.1 Aplicació d’un acceleròmetre...................................................128

1.6.6.2 Acceleròmetre per a vibracions................................................130

1.6.7 Sensors d’inducció...............................................................................132

1.6.7.1 Un circuit LCR.........................................................................133

1.6.7.2 Valors escollits per a la simulació............................................134

1.6.7.3 Exemples d’oscil·lacions..........................................................135

1.6.7.3.1. Oscil·lació amortitzada..........................................135

1.6.7.3.2. Oscil·lació menys amortitzada..............................135

1.6.7.3.3. Oscil·lació sobreamortitzada.................................136

1.7 – Conclusions..................................................................................................137


9

MEMÒRIA

1.1 Introducció

Els motors lineals estan adquirint una gran importància en alguns camps de la

indústria degut a diferents aspectes en que marquen una diferencia sobre els motors rotatius: com es una major velocitat, major valors d’acceleració i un increment notable de la precisió tot això degut a que aquest tipus de motors eliminen la transmissió mecànica ja que la força es realitza directament per el camp magnètic. Però no tot son avantatges en qualsevol tipus de motor lineal que parléssim, per això la finalitat d’aquest projecte es crea un sistema d’instrumentació de mesura i test d’un prototip de motor lineal.

Els processos en els quals es donen suport la ciència i tecnologia generen variables físiques, les quals es poden amidar mitjançant instruments que tenen com missió determinar la magnitud d'una variable, visualitzar-la, generar-la o convertir-la en altra diferent.

El procés de mesurament requereix l'ús d'instruments com mitjans físics per a determinar la magnitud d'una variable. Els instruments constitueixen una extensió de les facultats humanes i en molts casos permeten a les persones determinar el valor d'una quantitat desconeguda, la qual no podria amidar-se utilitzant solament les facultats sensorials, per tant, un instrument es pot definir com un dispositiu per a determinar el valor o la magnitud d'una quantitat o variable. L'instrument electrònic, com ho indica el seu nom, es basa en principis elèctrics o electrònics per a efectuar algun mesurament, pot ser un aparell relativament senzill i de construcció simple o un sistema complex. El desenvolupament de la tecnologia demanda l'existència de nous dissenys i instruments amb major exactitud (grau d'aproximació o conformitat al valor real de la quantitat amidada) i precisió (grau de concordança dintre d'un grup de mesuraments o instruments).

Cap mesurament es pot realitzar amb una exactitud perfecta, però és important descobrir el tipus d'error el qual pot ser d'origen humà, sistemàtic o per causes que no es poden establir a causa de les variacions en els paràmetres.

La creació d’un nou prototip requereix anys d’estudi i investigació per millorar qualsevol producte anterior que hi hagi. Per mig d’aquest projecte, les persones encarregades del disseny d’aquest podran fer un seguiment de diferents variables com son: intensitat, tensió, força, velocitat, temperatura, camp magnètic, posició, acceleració i potència les quals influiran al seu disseny d’una forma o altra.


10

1.2 Fonaments físics dels motors lineals

1.2.1 Introducció

Els motors es poden classificar atenent a diversos criteris: segons l'energia

transformada, en motors elèctrics, pneumàtics, tèrmics, etc. Segons el tipus de moviment generat, en motors rotatius i motors lineals. Finalment segons el tipus de variable imposada, en motors que controlen la posició, la velocitat o la força (o parell).

En aquest projecte ens centrarem amb els motors lineals per poder estudiar el seu comportament en diferents situacions. Per fer això adquirirem, testarem, mesurarem, processarem i presentarem les dades adequades per a la realització de l’estudi d’aquest prototip. Tot plegat es realitzarà amb una simulació virtual mitjançant el software LabView.

1.2.2 Concepte de motor lineal

Parlant d'una manera més precisa, un motor lineal consisteix en un element primari,

on es troben els debanats, i un element secundari que s'estén al llarg de la distància que es va a recórrer, aportant com avantatge la possibilitat de poder disposar de diversos primaris sobre un mateix secundari. Igual que en el cas dels motors rotatoris, poden existir models síncrons i asíncrons. Juntament amb les guies lineals, el sistema de mesura lineal i el regulador electrònic formen el conjunt actiu d'accionament lineal.

Fig. 1.2.1. Integració d'un motor lineal en un carro de màquina eina


11

1.2.2.1 Què ofereixen els motors lineals?

Per molt fi que es fili en el procés de sintonia dels accionaments, el valor limitat de la

rigidesa juntament amb l'existència de possibles folgances en la transmissió mecànica restringeix l'ús de “husillos” a boles fins a una longitud d'uns 6m, una velocitat d'uns 60 m/min , i una acceleració de fins a 1g en el millor dels casos. Les aplicacions amb motors lineals eliminen els elements de transmissió mecànica, que a causa de la seva elasticitat, fan que els accionaments es comportin amb una naturalesa oscil·latòria, limitant la dinàmica i el guany del factor Kv. La transmissió de la força es realitza ara directament pel camp magnètic. Tot això proporciona una sèrie d'avantatges sobre els accionaments tradicionals basats en transmissions mecàniques:

• Majors valors de velocitat, podent arribar fins a 300 m/min.

• Majors valors d'acceleració, el que és moltes vegades mes important que el valor de la velocitat màxima per a reduir els temps de mecanitzat. Els valors típics caminen entorn de 1 o 2g, o fins i tot més.

• Major ample de banda del sistema d'accionament i majors valors del factor Kv, que donen una idea de la rapidesa i qualitat de resposta de l'eix. El sistema és més precís quan es desplaça a altes velocitats, pel que la qualitat de la interpolació així com la velocitat i precisió en aplicacions de contornejat s'incrementen notablement.

• Reducció dels nivells de vibració Majors cursos sense comprometre el grau de prestacions.

D'altra banda, tal com era d'esperar, no són tot virtuts. L'ús de motors lineals presenta una sèrie d'inconvenients. Una de les traves de motors lineals és la necessitat de dissipació de la calor que es genera, pel que és necessari disposar se sistemes de refrigeració i/o aïllament tèrmic dels accionaments perquè puguin operar amb precisió. Si els motors no es refrigeren adequadament, les dilatacions tèrmiques conduïdes a la resta d'elements de la màquina poden comprometre el seu nivell de precisió i prestacions. Tot això incrementa el cost de les solucions basades en motors lineals. La no existència d'elements de transmissió mecànica que esmorteeixin els canvis de càrrega sobtats o qualsevol altre tipus de pertorbació mecànica, fa que aquesta tasca hagi de realitzar-la el controlador electrònic, pel que aquest ha de ser extremadament ràpid parteixi mantenir l'estabilitat. És habitual emprar tècniques de filtrat sofisticades que eviten les ressonàncies mecàniques quan els motors s'utilitzen en condicions dinàmiques exigents.


12

Els motors lineals eliminen els components mecànics de les transmissions utilitzades en els accionaments tradicionals, proporcionat un important increment en els nivells de velocitat, acceleració i precisió a alta velocitat, la qual cosa presenta evidents avantatges, obrint-los un ampli camp d'aplicació i de futur. No obstant això, els motors lineals no substituiran els accionaments rotatoris de forma immediata. No és suficient col·locar motors lineals en dissenys ja existents, sinó que és necessari realitzar un complet i nou disseny de la màquina eina per a aprofitar els avantatges que ofereixen. És necessari seguir de prop l'evolució d'aquesta tecnologia i tenir-la en compte a l'hora de realitzar nous desenvolupaments.

1.2.3 Diferencies principals entre els motors lineals i els rotatius.

El motor lineal es diferencia del motor rotatiu pels següents punts fundamentals:

- El inductor esta obert pels dos extrems.

- El induït es generalment macís i sense ferro. Al no tindré ranures, permet els passos i entreferros progressius, estators allargats o retallats i altres efectes. Un induït sense ferro ens permet un circuit magnètic diferent, sense esforços de reluctancia entre el rotor i estator, una disminució del moment de inèrcia, però també un augment del entreferro.

- El entreferro es important, ocupa gran part del induït i de les dos folgances mecàniques, poden arribar a ser 10 vegades major que en les màquines rotatives. Tindré un entreferro molt gran obliga a augmentar el numero d’espires o la corrent per augmentar la f.m.m. i poder mantenir una inducció de treball en el entreferro. El augment de espires ens fa augmentar la X1, i un augment de la corrent ens fa augmentar la temperatura de la màquina.

- El inductor pot ser bilateral, amb la conseqüència del augment de la relació potència/ pes.

Totes aquestes particularitats, repercuteixen en el funcionament de les màquines lineals i s’introdueixen dins dels efectes especials, que posteriorment es comenten.

Per una part, el camp giratori de les màquines rotatives correspon en una primera aproximació al camp lliscant de les màquines lineals, pertorbant per les formes particulars dels circuits magnètics i elèctrics, degudes als efectes de les extremitats.

Per l’altra banda, la component principal del camp inductor no traspassa obligatòriament el entreferro en la direcció normal, degut als efectes de penetració.


13

1.2.4 Tecnologia direct drive. motors lineals

Els accionaments electromecànics clàssics presenten els avantatges associats a la

gran controlabilitat del motor elèctric, però lamentablement la mecànica instal·lada a continuació de l'eix del motor sol causar la pèrdua parcial d'algunes de les seves prestacions. Les unitats ràpides (corretja, pinyó-cremallera) habitualment perjudiquen a la precisió i a la repetibilitat, i ofereixen unes forces màximes limitades. La claveguera a boles presenta un comportament molt millor en aquest sentit, però la velocitat lineal resultant és molt inferior. I qualsevol d'aquestes unitats, sumada a l'habitual presència d'un reductor, introdueix uns inevitables jocs mecànics que a més augmenten amb el temps. Finalment, fins i tot sent molt millors que els basats en fluids, els accionaments electromecànics encara presenten nivells moderats de temps d'instal·lació, necessitat de lubricació i rumorositat acústica.

Tots aquests inconvenients pràcticament desapareixen amb la tecnologia direct drive. Aquest concepte es basa en la producció del moviment desitjat ja des del mateix disseny de l'accionament, en comptes d'aconseguir-lo a força de conversions mecàniques posteriors. La seva aplicació als accionaments lineals va donar llum als cridats motors lineals, d'entre els quals els més estesos són els del tipus síncron. Simplificant, un motor lineal síncron consta d'un forcer, o mòdul on s'allotgen els bobinats, i una guia imantada, composta d'una successió de pols nord-sud. Els bobinats són excitats mitjançant un drive similar i en molts casos idèntic als usats per a controlar motors brushless rotatius. La interacció electromagnètica entre els bobinats del forcer i la guia és la responsable de generar el moviment lineal, de forma anàloga a com la interacció entre estator bobinat i rotor imantat provoca el gir en un motor brushless.

Els avantatges d'aquesta tecnologia són àmpliament conegudes: excel·lents prestacions dinàmiques (velocitats i acceleracions espectaculars), ja que gràcies a la seva simplicitat es redueixen les masses i fregaments innecessaris; precisions i repetibilitats de l'ordre de magnitud de la micra, al no haver jocs mecànics intermedis; i un funcionament molt silenciós. La mesura de la posició lineal es va començar realitzant mitjançant regles òptiques, si bé a causa de el seu elevat preu i a la seva fragilitat davant pols, líquids, rascades, etc. Han començat últimament a ser reemplaçades per encoders lineals magnètics del tipus Siko Magline, més econòmics i immunes a la majoria d'agents ambientals.

Les dues topologies més habituals de motors lineals han estat fins a ara: - Plans (flat-bed). La guia imantada forma un prisma rectangular plànol sobre el qual es llisca linealment un forcer també pla. Aquesta topologia és molt simple i està molt estesa, però presenta un gran inconvenient: l'atracció entre el cos de bobines i la guia imantada genera un vector de força entre 7 i 15 vegades superior a la pròpia força lineal útil, però perpendicular a ella, oferint per tant una important resistència al moviment i una important pèrdua d'eficiència. El ràtio prestacions/pes d'aquest accionament és pobre. Aquest problema ha estat parcialment pal·liat per alguns fabricants amb la variant cridada slotless, basada a reduir la força magnètica del forcer, però en contrapartida també es rebaixa dràsticament la força màxima lineal disponible.


14

Fig. 1.2.2 Motor lineal plano R10 de Trilogy, tipo flat-bed

En U (U-channel). La guia imantada presenta un tall transversal en forma d' “O” rectilínia, en les parets de la qual laterals es troben simètricament disposats els imants, i entre les quals es desplaça un forcer amatent verticalment. La disposició bilateral dels imants elimina el problema propi dels flat-bed, però en canvi presenten altre problema: per construcció, el forcer es troba sempre confinat entre dues parets i té seriosos problemes per a refrigerar-se. Això relega als motors Uchannel a aplicacions amb forces i cicles de treball molt limitats. A més requereixen el doble d'imants, el que els encareix notablement.

Fig. 1.2.3 Motor lineal 410 de Trilogy, tipo U-channel


15

1.2.4.1 Nivell actual d'implantació dels motors lineals en la indústria

A pesar de la seva superioritat tècnica indiscutible, en general els motors lineals no

han aconseguit fins a ara substituir a la majoria d'accionaments lineals electromecànics convencionals, llevat en sectors molt específics. Els motius han estat sempre bàsicament econòmics:

a) Costos d'adquisició. La seva simplicitat constructiva no és en general tan alta

com per a compensar els costos dels imants permanents i de la realimentació de posició mitjançant encoders lineals, especialment els òptics (molt cars).

b) Costos d'instal·lació, que sol ser delicada al requerir d'alineaments molt precisos.

Tot això els ha relegat típicament a aplicacions on es requereixen necessàriament

les seves altes prestacions dinàmiques o la seva precisió (microelectrònica, microbiologia, màquina eina d'alta velocitat, etc.)

1.2.4.2 Motors lineals tubulars

Copley Controls Corp., multinacional americana del sector de motion control, fabrica des de fa alguns anys una sèrie de motors lineals basats en una tecnologia patentada, començada a desenvolupar en la dècada dels 80 en el Regne Unit. El motor lineal tubular segueix sent un motor lineal. No obstant això el seu disseny constructiu aborda els problemes clàssics d'aquest tipus d'accionament des del plantejament d'una simplicitat encara major. En aquest cas, el forcer envolta totalment a una guia imantada tubular, o barra. Aquesta geometria assegura, gràcies a la seva simetria cilíndrica, un vector de forces entre forcer i barra que presenta una resultant radial nul·la, amb el que s'elimina el problema tradicional dels motors lineals plans, però sense requerir el doble 4 / 4 d'imants com en el cas dels U-channel. A més el camp magnètic també es reparteix uniformement, el que ajuda a una eficiència òptima.

No és aquesta l'únic avantatge d'aquest disseny. La ventilació del forcer està

intrínsecament assegurada, a estar envoltat al 100% per aire lliure. De fet es tracta en certa manera d'un disseny invers al de l'O-channel, en el qual el forcer es trobava totalment confinat entre dues parets d'imants. A més, al quedar el camp magnètic de la barra totalment envoltat pel forcer, la distància entre ambdós deixa de ser crítica, podent estar separats per diverses desenes de mil·límetre, mentre que els motors lineals plans o els Uchannel només admeten separacions molt inferiors, sent per tant menys tolerants a errors d'alineament durant el muntatge. Després de l'èxit comercial de les famílies ThrustTube i TT Micro, Copley Controls es va plantejar un nou repte: expandir la tecnologia tubular més enllà dels àmbits on tradicionalment s'havia confinat al motor lineal, arribant fins a aplicacions industrials convencionals. Per a això s'havia d'escometre evidentment una reducció notable de costos, fins i tot a costa d'algunes de les prestacions menys necessàries en aquestes aplicacions, com la precisió fins a la fracció de micra. El resultat d'aquest procés d'investigació i desenvolupament per part de Copley Controls va ser el ServoTube, que a la innovadora tecnologia del motor tubular afegeix conceptes tot just explorats fins al moment:


16

Fig. 1.2.4 Motor lineal tubular ServoTube STA2506 de Copley Controls, con formato actuador

Encoder lineal magnètic integrat i de baix cost. Com sensor s'utilitzen econòmics sensors Hall situats dintre del forcer, que van detectant el pas alternatiu dels pols magnètics de la barra. La resolució d'aquest sistema està limitada a la desena o vintena de micres, que sol ser més que suficient per a la gran majoria d'aplicacions industrials. D'aquesta forma, sense sacrificar prestacions essencials desapareix un dels factors clau que encarien els motors lineals i dificultaven el seu muntatge.

A part del format clàssic de motor lineal (versions STB, XTB, XTR: forcer mòbil, barra immòbil), ServoTube està disponible també en format actuador (versió STA: forcer immòbil, barra mòbil), orientat a facilitar la substitució immediata de cilindres pneumàtics. De fet aquest actuador és DIN-compatible amb la majoria d'accessoris tradicionals de la pneumàtica. A més, a diferència del plançó d'un cilindre, la barra d'un STA pot girar lliurement al voltant del seu eix, la qual cosa pot ser molt útil en aplicacions de cargolat, roscat o en robòtica de manipulació, que només requeriran afegir un petit motor rotatiu en un extrem de la barra (veure figura).

Fig. 1.2.5 Servotube

- Classe d'aïllament IP67. Pot arribar a treballar fins a submergit. Per tant suporta

sense problemes el rentat sota doll d'aigua típic en maquinària del sector alimentació.


17

- Sense lubricació ni manteniment periòdic. En el format motor no existeix contacte de cap tipus entre barra i forcer, sent aquest guiat per mitjans externs. En el format actuador el forcer guia la barra mitjançant un casquillo polimérico de molt baixa fricció que no requereix lubricació. L'absència de qualsevol tipus d'olis li obre la porta de bat a bat a sectors com l'alimentació, el farmacèutic o sales netes en general.

- El servodrive no és propietari. Encara que Copley Controls proposa els seus propis drives (Xenus, Accelnet), el Servotube es pot controlar des de drives per a motors brushless d'altres marques, com per exemple la gamma Compax3 de Parker Hannifin.

Com a conclusió es podria dir que els motors lineals tubulares, i en particular els del tipus ServoTube, representen un punt d'incursió de la tecnologia més pura d'accionament lineal en àmbits on la pneumàtica es quedava curta en prestacions i controlabilidad, on els accionaments electromecànics clàssics resultaven lents, sorollosos o poc precisos, i on els motors lineals convencionals resultaven excessivament cars i difícils d'instal·lar, així com en totes aquelles aplicacions on els requisits d'higiene, aïllament, contaminació acústica o sota manteniment són elevats.

1.2.5 Motors lineals per a Mecanitzat d'Alta Velocitat

La tècnica denominada mecanitzat d'alta velocitat fa referència a processos de mecanitzat en els quals la velocitat de cort s'ha incrementat de manera notable, elevant els nivells d'exigència a gran part de les tecnologies implicades en el procés de cort.

Un dels elements clau és, evidentment, la màquina eina, a la qual se li exigeix un major grau de rapidesa i precisió, el que fa que els accionaments emprats en els eixos d'avanç cobrin una importància fonamental en el bon fer de la mateixa.

Depenent de les aplicacions, s'exigeixen màquines les velocitats de les quals d'avanç superin els 100 m / min, i més important potser que el valor de l'avanç és el valor de l'acceleració, sobretot quan es mecanitzen formes complexes, considerant-se necessaris valors d'almenys 1g o fins i tot majors.

Ara per ara, la tecnologia dels accionaments en màquina eina està dominada pels servomotors rotatoris usats en conjunció amb una sèrie de components mecànics de transmissió com els “husillos” a boles, els engranatges o les corretges dentades, sent aquests components els quals limiten en l'actualitat els valors de velocitat i acceleració assolibles. Els motors lineals juntament amb potents CNCs, apareixen com una gran font potencial de prestacions per a màquines eina d'alta velocitat.

El desenvolupament continu en aquests últims anys ha arribat a un punt on és possible construir grans sistemes que poden proporcionar una millora significativa en els resultats de mecanitzat, així com en la productivitat.


18

Les possibles aplicacions per als motors lineals en el metall (indústria tallants) es caracteritzen pels següents tres requisits:

- L'exactitud contornejant a altes velocitats

- La capacitat d'acceleració alta en la màquina

- Les velocitats altes permissibles

L'enginyer que dissenya una màquina amb motors lineals ha de decidir si és factible incorporar un encoder lineal. Un sistema exposat es recomana si l'ambient a la màquina està bastant net per a assegurar que no hi ha cap amenaça de contaminar el sistema òptic. No obstant això, si la màquina fa ús de refrigerant i lubrificant han d'usar-se els encoders lineals completament encapçalats (segellats). Les velocitats generalment no presenten cap problema per al encoder lineal segellat en les aplicacions típiques. L'avantatge primari del encoder lineal segellat és que es munten més ràpid, però l'exactitud és menor.


19

1.3 Objectius del projecte

Els objectius d’aquest projecte es dissenyar una instrumentació avançada que

permeti mesurar i deduir paràmetres d’un prototip de motor lineal, amb la finalitat de realitzar un disseny que s’adapti a les expectatives buscades.

M’agradaria deixar clar que aquest projecte sols es una part del que es necessita per a continuar amb la investigació del prototip. S’han marcat uns objectius a aconseguir, limitant així l’extensió del projecte a una complexitat i dimensions ajustables amb el nivell requerit. A continuació es mostren els objectius principals.

1.3.1 Característiques.

Tots els motors de nova construcció són sotmesos a una llarga sèrie de mesuraments alternats amb severes proves de durabilitat i de càrrega, que es repeteixen fins que després d'una precisa posada a punt, s'arriben a els resultats previstos en el projecte.

Les proves principals són les quals serveixen per a obtenir els valors relatius al parell motor, la potència desenvolupada, el consum elèctric així com els diferents rendiments.

Partint dels següents esquemes representatius es muntarà el banc de proves

corresponent. Un cop es tingui muntat, es procedirà a mesurar i deduir els paràmetres necessaris, sabent que es parteix d’un model de resposta per a cada gràfic que volem representar.

L'accés al hardware ja no es realitza mitjançant crides directes als seus registres, si no que els fabricants proporcionen una capa intermèdia que aïlla al programador de detalls hardware. Aquesta capa intermèdia anomenada “Drivers” facilita la comunicació entre el hardware i el nostre entorn de programació. Sol implementar-se mitjançant DLLs, pel que es necessita una versió específica per a cada sistema operatiu.


20

1.3.1.1 Força/Posició estàtica i Força/Intensitat.

Fig. 1.3.1. Esquema representatiu per a poder visualitzar les gràfiques

Força/Posició estàtica i la gràfica Força/Intensitat.

Fig. 1.3.2. Gràfica Força/Posició estàtica.

Fig. 1.3.3. Gràfica Força/Intensitat.


21

1.3.1.2 Força/Velocitat i Espectre de freqüències.

Fig. 1.3.4. Esquema representatiu per a poder visualitzar les gràfiques

Força/Velocitat i l’espectre de freqüències.

Fig. 1.3.5. Gràfica Força/Velocitat.


22

1.3.2 Paràmetres.

A continuació podem veure representades les tres constants de temps: la mecànica, la tèrmica i l’elèctrica.

1.3.2.1 Constant de temps mecànica.

Aquesta constant es deguda a la massa i a la fricció pròpies del motor.

Fig. 1.3.6. Constant de temps mecànica.

1.3.2.2 Constant de temps tèrmica.

La constant tèrmica es la obtinguda de la resistència ohmica dels debanats i dels

camp magnètic.

(1.3.1) aTemperaturvFPMEC →= ·

Fig. 1.3.7. Constant de temps tèrmica.


23

dtdTCI

dTCdQdTdQC

dtdQI

RTTI

Tq

TT

q

T

aiq

·

· (1.3.4)

(1.3.3)

(1.3.2)

=

⎪⎪⎭

⎪⎪⎬

⎫

=→=

=

−=

dtdTC

RTT

I

dtdTCI

RTT

IT

T

aiq

Tq

T

aiq ·

· (1.3.6)

(1.3.5)=

−=

⎪⎪⎭

⎪⎪⎬

⎫

=

−=

(1.3.7) iaT

T TTdtdTCR =+·

Fig. 1.3.8. Temperatura externa al motor en funció del temps.

1.3.2.3 Constant de temps elèctrica.

Fig. 1.3.9. Constant de temps elèctrica.

(1.3.8) dtdiLRiV += ·

Fig. 1.3.10. Intensitat en funció del temps.


24

1.3.3 Rendiment

Amb les següents expressions i amb els paràmetres que s’han trobat mitjançant els apartats anteriors, calcularem el rendiment del motor.

• Potència mecànica.

(1.3.9) vFPMEC ·=

• Potència elèctrica.

(1.3.10) IVPELEC ·=

• Rendiment.

(1.3.11) 100·(%)ELEC

MEC

PP

=η

1.3.4 Deducció i anàlisis del model del motor

Es tracta de trobar un model per al motor que ens deixí treballar amb el simulink del Matlab, amb qual realitzarem un anàlisis i una simulació que ens ajudarà a trobar diferents paràmetres que influiran en el disseny a realitzar.

1.3.5 Disseny de la instrumentació per a la mesura de variables i deducció de paràmetres. (Gràfiques i característiques del motor)

Referent al disseny de la instrumentació s’ha seleccionat i dimensionat els sensors així com els circuits de mesura més adequats. També s’ha hagut de seleccionar els instruments i el sistema d’adquisició de les variables. Com ajuda alhora de realitzar la selecció, s’ha realitzat un estudi exhaustiu.

En el cas dels sensors s’ha tingut en conte tant les dimensions, com la composició interna de cadascun. Per exemple, el sensor d’acceleració, tenia que ser molt petit ja que les dimensions del prototip son molt reduïdes o un altre exemple seria la composició interna del termopar, que s’ha seleccionat com es evident, del material i aliatge que més s’adaptava a les condicions que tenim de temperatura.

En els circuits s’ha respectat molt la simplificació de les operacions i la estètica, ja que es un tema important per a facilitar el treball de l’operari.


25

El multimetre i el generador de funcions tenien que tenir com a condició principal el connector per al bus GPIB ja que es el sistema de comunicació elegit. A part també en el multimetre s’ha valorat la resolució i l’error que son dos factors molt importants quan s’ha de triar un instrument. L’oscil·loscopi tenia que ser digital pel major nombre de funcions que proporciona, com per exemple: les captures de transitoris, les mesures automàtiques de valors de pic, etc.

Per últim l’adquisició es realitzarà per mig de la targeta d’adquisició de National Instruments. D’aquesta s’ha valorat la bona velocitat d’adquisició, el nombre de canals d’entrada analògica, la resolució, entre d’altres.

1.3.6 Programació i disseny de la instrumentació

El software utilitzat es el LabView 6.1, proporcionat per National Instruments. Es un software molt utilitzat en laboratoris degut a les seves altes prestacions en llibreries que eviten gran quantitat de treball al usuari.

Un instrument virtual estarà lligat al concepte del software. Aquest software s'executarà en un ordinador que tindrà allotjat uns elements hardware concrets, targetes d'adquisició de dades (analògics i digitals), targetes d'interfície amb els busos d'instrumentació i uns canals de control també analògics i digitals. El nostre instrument virtual permetrà manejar aquest hardware mitjançant una interfície gràfica d'usuari (IGU) que s'assemblarà al panell de comandaments dels aparells habituals (Generador de funcions, multímetre, etc.) Mitjançant la representació en pantalla dels elements gràfics de visualització i control que serviran d'interfície amb l'usuari, aquest observarà els estats de les entrades seleccionades en la pantalla i interactuarà amb les sortides directament o mitjançant l'execució de les rutines que troba programat.

Els processos programables es definiran mitjançant un llenguatge gràfic en comptes d'un llenguatge orientat a línies de codi com estem acostumats normalment. En aquest tipus de programació les funcions són blocs que s'interconnecten entre si, intercanviant la informació.

La programació i el disseny com ja s’ha comentat, s’ha tingut com ha objectiu principal la simplificació en el muntatge del circuit i en el funcionament del programa dissenyat. L’estètica s’ha respectat en tot moment, utilitzant dinamos adequades a la funcionalitat que realitzen i que siguin visibles per a facilitar la utilització a l’operari.


26

1.4 – Modelat d’un motor

El tipus de servo necessari per a controlar un braç manipulador deu tenir tants eixos

independents com graus de llibertat tingui el mateix, si bé els moviments seran calculats i sincronitzats d'una manera controlada per a aconseguir una determinada trajectòria, programada prèviament. En el desenvolupament del servo considerarem tres fases: un estudi qualitatiu del servomotor, un disseny funcional global i detallat i un disseny electrònic.

1.4.1 Conducció del Servomotor Brushless.

Aquest motor es compon d'un estator que conté els debanats, un rotor d'imants

permanents i d'uns sensors de posició del rotor. Els sensors són magnètics tipus Hall, el que suposa una absència de fricció mecànica i per tant, una absència de manteniment; aquesta és la característica que li dóna la denominació “sense escombretes”.

Fig. 1.4.1 Servomotor Brushless.

El servomotor utilitzat en robòtica està constituït per un estator amb tres debanats,

un rotor d'imant permanent de dos pols i tres sensors Hall que determinen la posició de dita rotor, esquemàticament representat en la figura 1.4.2. Segons la disposició dels debanats s'obtenen dues versions de motors brushless: els quals donen Forces Contra Electromotrius trapezoïdals i els quals les donen senoïdals. En el diagrama de fase donat en la figura 1.4.3 s'obté la relació, en una volta completa, de la informació donada pels sensors Hall amb les forces contraelectromotrius dels tres debanats i les intensitats en els mateixos. En aquest cas les forces contraelectromotrius, que es produeixen en cada debanat, tenen forma trapezoïdal i la seva amplitud és proporcional a la velocitat lineal.

(1.4.1) v⋅= 1C KE


27

Figura 1.4.2 Corrent rectangular

Figura 1.4.3 Conducció en estrella


28

La figura 1.4.3 indica la forma dels corrents en els tres debanats i la seva relació amb les forces contraelectromotrius per a cada estat de la lectura digital dels tres sensors Hall. El corrent de cada debanat aquesta en fase amb la seva respectiva força contraelectromotriu, d'aquesta forma l'efecte s'oposa a la causa que ho genera el que vol dir que el parell produït serà el màxim. D'altra banda s'observa que en cada estat solament dos debanats condueixen corrent mentre el tercer roman inactiu; el que s'aconsegueix amb una connexió en estrella i la utilització d'un pont complet de potència realitzat mitjançant transistors POWERMOS, tal com mostra la figura 1.4.4 En aquesta figura es mostren els senyals digitals de comandament de conducció de cada transistor, necessàries per a aconseguir els corrents especificats. En la figura 1.4.5 es mostra altra possibilitat on els corrents es conformen en escala, de manera que en cada estat sempre hi ha corrent pels tres debanats, de manera que aquests debanats s'aprofiten millor i per tant el parell aconseguit, com veurem, serà major. Aquesta conducció l'aconseguirem amb una connexió en triangle, tal com es mostra en la figura 1.4.6 De la mateixa manera que en el cas anterior es mostren els senyals de control dels transistors del pont, amb elles aconseguirem les formes dels corrents que s'especifiquen. A continuació anem a calcular els parells corresponents a cada tipus de connexió (estrella i triangle).

Figura 1.4.5 Corrent escalonada


29

Figura 1.4.6 Conducció en triangle

1.4.1.1 Força aconseguida amb la connexió en estrella.

Observant la figura 1.4.3 tenim, per a un determinat estat o interval, la potència elèctrica consumida pel motor.

(1.4.2) P = e i e i E iC1 1 C2 1 C 1⋅ + ⋅ = ⋅2

Aquesta potència elèctrica es converteix en potència mecànica, i la seva expressió es

(1.4.3) v⋅F=P

Tenint en conte que (1.4.4) v⋅= 1C KE tenim que la força val

(1.4.5) 11 iK2=F ⋅⋅


30

1.4.1.2 Força aconseguida amb la connexió en triangle.

De la mateixa forma que en el cas anterior tenim:

( ) ( )( )211

1C

21C2C1C2C3C21C1

iiK=FKE (1.4.8)

F=P (1.4.7)iiEiEiEieeie=P (1.4.6)

+⋅⇒⎪⎭

⎪⎬

⎫

⋅=⋅

+⋅=⋅+⋅=⋅++⋅

vv

Amb la qual cosa podem dir que:

( ) ET11T

1E F23F

iK3i+i2KF (1.4.10)iK2F (1.4.9)

=⇒⎭⎬⎫

⋅=⋅=⋅=

com era d’esperar per un millor aprofitament dels debanats.

1.4.2 Descodificació

Partint dels senyals digitals que ens donen els sensors Hall devem generar els senyals de comando dels transistors que conformen el pont de potència. En la figura 1.4.7 es representa, funcionalment, el decodificador que hem de dissenyar.

Figura 1.4.7 Decodificació de senyals Hall


31

En el nostre cas dissenyarem un decodificador per a una configuració en triangle com opció més favorable. Per al motor utilitzat en el projecte tenim el diagrama de fases de la figura 1.4.8.

Figura 1.4.8 Relació de senyales del motor lineal.

D'aquest diagrama de fases obtenim les següents relacions lògiques:

HS3HS1=1Q

HS3HS1=Q1

⋅′

⋅

HS2HS1=2Q

HS2HS1=Q2

⋅′

⋅

HS3HS2=3Q

HS3HS2=Q3

⋅′

⋅

Les quals determinen la conducció de cada transistor del pont, de manera que obtindríem la seqüència de connexions dels debanats donada per la figura 1.4.9.

Figura 1.4.9 Seqüència de conducció


32

Si canviem el sentit de desplaçament les forces contraelectromotrius canvien de signe i les funcions lògiques les obtenim de la mateixa forma, amb la qual cosa afegint la variable de signe S tenim:

HS3HS1SHS3HS1S=1Q

HS3HS1SHS3HS1S=Q1

⋅⋅+⋅⋅′

⋅⋅+⋅⋅

HS2HS1SHS2HS1S=2Q

HS2HS1SHS2HS1S=Q2

⋅⋅+⋅⋅′

⋅⋅+⋅⋅

HS3HS2SHS3HS2S=3Q

HS3HS2SHS3HS2S=Q3

⋅⋅+⋅⋅′

⋅⋅+⋅⋅

En la figura 1.4.10 podem veure els quatre quadrants possibles de control del servomotor. En el 1e i en el 3e es corresponen amb situacions estables en un sentit desplaçament i en el contrari, mentre que en el 2on i en el 4t es corresponen amb frenat o desacceleració.

Figura 1.4.10 Conducció en quatre quadrants

Si afegim la variable acceleració aconseguirem controlar el servomotor en els quatre quadrants. En aquesta situació, les variables lògiques seran les següents:

HS3·HS1SaHS3HS1SaHS3HS1SaHS3HS1Sa=1Q

HS3HS1SaHS3HS1SaHS3HS1SaHS3HS1Sa=Q1

⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅′

⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅

HS2HS1SaHS2HS1SaHS2HS1SaHS2HS1Sa=2Q


⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅′

⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅

HS3HS2SaHS3HS2SaHS3HS2SaHS3HS2Sa=3Q


⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅′

⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅+⋅⋅⋅


33

1.4.3 Modulació d'Amplària de Polsos ( PWM )

En cada fase de conducció es trosseja la tensió mitjançant uns polsos modulats en amplària, amb això s'aconsegueix controlar el valor mig del corrent. A més haurà un arrissat que, com veurem, dependrà de la freqüència dels polsos i de la inductància dels debanats (figura 1.4.11)

Figura 1.4.11 Control PWM

En la figura 1.4.12 veiem els dos estats de conducció corresponents als dos valors possibles dels polsos modulats. Quan el pols val “1” la conducció és normal aportant energia als debanats i quan val “0” deixa de conduir el transistor Q’ i l'energia dels debanats dóna un corrent de reconducció. Aquests dos estats de conducció i reconducció es tradueixen en un valor mig del corrent depenent de l'amplària del pols i un arrissat que es mantindrà reduït.

Figura 1.4.12 Corrent de reconducció


34

En la figura 1.4.13 representem el bloc funcional del modulador de polsos en amplària que dissenyarem posteriorment.

Vmod Vpwm

t tTaT

a = VmodVmodMAX

0 < a < 1

Q

t

Imed

i

VVmed

Figura 1.4.13 Control de la corrent mitjana

Si cridem a l'índex de modulació i considerem els valors mitjos de la figura 1.4.11 tenim:

(1.4.11) Vmed = a V ; Vmed = Ec + R Imed ; Imed = Vmed - EcR

⋅ ⋅

1.4.4 Funció de transferència.

Sobre el circuit equivalent de la figura 1.4.14 podem plantejar les equacions:

C3C2m2m1m2

m2m

C1m2m1

m1m

Pm

eedt

diMdt

diMdt

diLiR2 v(1.4.14)

edt

diM2dt

diLiR v(1.4.13)

vv v(1.4.12)

++⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +−+⋅=

+⋅−+⋅=

+=

Considerem que tenim la mateixa força contraelectromotriu, podem fer la simplificació:

(1.4.15) e e EC2 C3 C+ ≅

amb el que la potència electromagnètica d’una fase valdrà:

(1.4.16) ( ) ( )21C2C3C21C1 iiEieeieP +⋅≅⋅++⋅=

y la expressió de la força: (1.4.17) ( )21 iiKtT +⋅=


35

Figura 1.4.14 Circuit equivalent

Realitzant la transformada de Laplace en les dues equacions diferencials anteriors i resolent, tenim:

( ) ( ) ( ) ( ) ( )

( ) ( ) ( ) ( )[ ] ( )⎪⎭

⎪⎬

⎫

⋅+++⋅−=−

⋅−⋅+=−

sIsMLR2sIMs2sEsV (1.4.19)

sIMs2sILsRsEsV (1.4.18)

21C

21C

( ) ( ) ( ) ( )[ ] ( )[ ]( ) ( )[ ] 22

C21 sM4sMLRLsR2

sM2LRsEsV3sIsI (1.4.20)

−+++++⋅−

=+

aquesta expressió la podem simplificar considerant M menyspreable.

( ) ( ) ( ) ( ) ( )[ ]( )LsR2

sEsV3sIsIsI (1.4.21) C

21 +−

=+≡

Amb el que tindrem el diagrama de blocs de la figura 1.4.15.


36

Figura 1.4.15 Model de control

1.4.4.1 Arrissat del corrent

En un estat determinat i en règim permanent se superposa a un valor mig del corrent, un arrissat. Aquest arrissat del corrent es correspondria amb una vibració en el parell si no ho mantenim dintre d'uns límits (figura 1.4.15).

t

V

Ip

Tpwm

-Ip

1.4.16 Forma del arrissat

Per a obtenir l'expressió d'aquest arrissat de corrent, expressarem en l'equació diferencial la tensió i el corrent com suma d'un valor mig mes un valor de pic:

( ) ( )

( ) ( )

( ) ( )[ ] ( ) ( )⎪⎪⎪⎪

⎭

⎪⎪⎪⎪

⎬

⎫

+++⋅+

+=

+

CP

PmPm

Pm

Pm

Edt

tdiM-L32tiiR

32=tv v(1.4.24)

tiiti (1.4.23)

tvv=t v(1.4.22)

on veiem que es compleix el següent:


37

( ) ( ) ( )

( ) ( )dt

tdiL32t v(1.4.27)

dttdiL

32tiR

32t v(1.4.26)

EiR32 v(1.4.25)

PP

PPP

Cmm

≈

+⋅=

+⋅=

amb el que tenint en conti la figura 1.4.15 tindrem:

(1.4.28) PWM

PP f4L3VI⋅

=

on fPWM és la freqüència de trossejat utilitzada.

1.4.4.2 Càrrega mecànica aplicada a l'eix del motor.

En general la càrrega mecànica aplicada a l'eix del motor estarà composta per una

inèrcia, una fricció i un parell resistent; tal com es representa en la figura 1.4.17.

Figura 1.4.17 Càrrega mecànica

Aquesta càrrega es modela, aplicant Euler, per l'equació diferencial següent

(1.4.29) rm FBvdtdvMF ++=


38

que afegit al servo obtingut en la figura 1.4.15 ens dóna el de la figura 1.4.16.

Figura 1.4.18 Model complet 1.4.4.3 Paràmetres

Amb els paràmetres específics del motor utilitzat obtenim la funció de transferència

concreta del servo:

( )( ) ( )( ) ( )( )

( )( )sAsFr

178s637s268907

178s637s83403361

sAs

mseg4.1 (1.4.36)

mseg10 (1.4.35)

Kg03.0M (1.4.34)

mH3.19L (1.4.33)

1.14R (1.4.32)

AN27.0I

FrKt (1.4.31)

mVseg27.0EcKe (1.4.30)

e

m

⋅++

−++

=Ω

⇒

⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪

⎭

⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪

⎬

⎫

=

=

=

=

Ω=

==

==

τ

τ

v

Aquesta funció es correspon amb el diagrama funcional de la figura 1.4.19.

Figura 1.4.19 Model per al motor lineal


39

Els valors màxims en règim permanent, para Fr = 0, són:

V6.19827.0Ec (1.4.38) rpm7024260

17863783403361 (1.4.37) MAXMAXMAX =⋅==⋅

⋅= vv

π

Nm15.227.0ImFm (1.4.40) A 97.71.14

6.198311Im (1.4.39) MAXMAXMAX =⋅==−

=

(1.4.41) W1582ImEcFmP MAXMAXMAXMAXMAX =⋅=⋅= v

Tal com es fa en el control de la majoria dels robots existents en el mercat, considerarem la força resistent Fr com una “interferència”, de manera que el servo que anem a dissenyar “absorbeixi” totes les variacions que experimentarà aquest d'acord amb els diferents moviments del manipulador. En primer lloc veurem la resposta, del sistema de la figura 1.4.19, a l'entrada a(t) i la força resistent Fr. Per a això utilitzarem el model realitzat amb el Simulink, mostrat en la figura 1.4.20. Com veiem en la figura següent s’ha afegit el llaç de control de posició, amb una constant de sensor inicial de 0.1. Com font de parell resistent utilitzarem un senyal de caràcter aleatori de variació entre +10 i -10 i com senyal d'entrada un graó, amb el que tindrem la resposta de velocitat donada en la figura 1.4.21. En ella s'observa una forta dependència de la força resistent que interfereix.

Figura 1.4.20 Influencia de pertorbació en la carrega

Figura 1.4.21 Pertorbació en la resposta a l’esglaó


40

Per a disminuir aquesta dependència augmentarem el guany de llaç, prèvia a la incorporació d'aquesta força resistent, tal com es mostra en la figura 1.4.22.

Figura 1.4.22 Augment del guany de llaç

En la figura 1.4.23 veiem els resultats que es tradueixen en un disminució de la sensibilitat respecte del soroll, al mateix temps que s'observa un augment de la inestabilitat.

Figura 1.4.23 Resposta amb augment de guany


41

1.5 Solució adoptada

L’experimentació del prototip requereix la mesura i adquisició de magnituds físiques, deducció de paràmetres, processat i presentació de las mateixes mitjançant un sistema d’instrumentació automatitzat avançat.

Fig. 1.5.1 Representació del sistema d’instrumentació.

Els sistemes d'instrumentació es poden classificar en dues classes principals,

analògics i digitals. El tipus de sistema d'adquisició, així com també l'instrument a utilitzar, depèn del tipus de dades que es desitja registrar. Els sistemes d'adquisició de dades s'utilitzen en un gran nombre d'aplicacions, en diverses àrees industrials i científiques. En el camp de l'electrònica, un dels avanços més valuosos és el desenvolupament de complexos sistemes de prova i avaluació controlats per computadora coneguts com sistemes ATE (Automated Test Equipment), els quals bàsicament es conformen dels següents elements figura:

Fig. 1.5.2. Components d’un sistema ATE


42

• Un instrument de mesura tradicional: s'encarrega d'efectuar els mesuraments necessaris. En aquest cas utilitzarem un multímetre (HP 34401), un oscil·loscopi (TDS 200) i un generador de funcions (HP 33120A).

• Una computadora amb programari específic: per a realitzar l'anàlisi i processament desitjats, i presentar les dades en forma correcta. Utilitzarem un PC normal amb el software LabView.

• Un sistema de comunicacions: permet la comunicació entre la computadora i l'equip de prova. Com son el bus GPIB i tarjeta d’adquisició PCI-6023E de National Instruments.


43

1.5.1 Topologia i instrumentació del sistema


44

1.5.2 Descripció del sistema

La elecció dels instruments a utilitzar no es una tasca gaire fàcil ja que avui en dia

disposem de molts tipus d’instruments que s’adeqüen totalment a les nostres necessitats. A més a més, podem trobar ofertes de tot tipus, ja que son moltes les cases que es dediquen a la fabricació d’aquest, per la nostra part es una avantatge ja que podem decidir-nos pel que més ens interessi i amb una mica de sort amb un bon preu.

Pel que fa al multímetre he tingut en conte l’escala, la resolució, la precisió i per últim que disposi del bus GPIB per a que es pugui comunicar amb en l’ordinador.

Referent al generador de funcions, es molt important que per defecte no generi harmònics. Per a que això sigui així te que disposar d’una bona electrònica. Això fa que encareixi considerablement el preu del instrument.

Per últim l’oscil·loscopi, he tingut en conte l’ample de banda, la captura dels transitoris, l’impedància d’entrada i sonda i l’error d’inserció.


45

1.5.2.1 LabView

Fig. 1.5.3. Logotip LabView 6.1

LabView és una eina gràfica per a proves, control i disseny mitjançant la

programació. El llenguatge que usa es diu llenguatge G. Aquest programa va ser creat per National Instruments (1976) per a funcionar sobre màquines MAC, va sortir al mercat per primera vegada en 1986. Ara està disponible per a les plataformes Windows, UNIX, MAC i Linux i va per la versió 8.20 i 8.21 amb suport per a Windows Vista. Els programes desenvolupats amb LabView es diuen Instruments Virtuals, o VIs, el que dóna una idea del seu ús en origen: el control d'instruments. El lema de LabView és: "La potència està en el Programari". Entre els seus objectius estan el reduir el temps de desenvolupament d'aplicacions de tot tipus (no només en àmbits de Proves, Control i Disseny) i el permetre l'entrada a la informàtica a programadors no experts. Això no significa que l'empresa faci únicament programari, sinó que busca combinar aquest programari amb tot tipus de maquinari, tant propi - targetes d'adquisició de dades, PAC, Visió, i altre Maquinari- com de terceres empreses.

1.5.2.1.1 Principals usos

És usat principalment per enginyers i científics per a tasques com:

- Adquisició de dades.

- Control d'instruments.

- Automatització industrial o PAC (Controlador d'Automatització Programable).

- Disseny de control: Prototipatge ràpid i maquinari en el cicle (HIL).

- Domòtica.

1.5.2.1.2 Principals característiques

La seva principal característica és la facilitat d'ús, vàlid per a programadors professionals com per a persones amb pocs coneixements en programació poden fer (programes) relativament complexos, impossibles per a ells de fer amb llenguatges tradicionals. També és molt ràpid fer programes amb LabView i qualsevol programador, per experimentat que sigui, pot beneficiar-se d'ell. Per als amants del complex, amb LabView poden crear-se programes de milers de VIs (equivalent a milions de pàgines de codi text) per a aplicacions complexes, programes d'automatitzacions de desenes de milers de punts d'entrades/sortides, etc. Fins i tot existeixen bones pràctiques de programació per a optimitzar el rendiment i la qualitat de la programació.


46

Presenta facilitats per al maneig de:

- Interfícies de comunicacions:

• Port sèrie. • Port paral·lel. • GPIB. • PXI. • VXI. • TCP/IP, UDP, DataSocket. • Irda. • Bluetooth. • USB. • OPC.

- Capacitat d'interactuar amb altres llenguatges i aplicacions:

• DLL: llibreries de funcions. • .NET. • ActiveX. • MultiSim. • Matlab/Simulink. • AutoCAD, SolidWorks, etc.

- Eines gràfiques i textuals per al processat digital de senyals. - Visualització i maneig de gràfiques amb dades dinàmiques. - - Adquisició i tractament d'imatges.

- Control de moviment (combinat fins i tot amb tot l'anterior). - Temps Real estrictament parlant.

- Programació de FPGA’s per a control o validació.

- Sincronització entre dispositius.


47

1.5.2.2 Bus GPIB

Fig. 1.5.4. Bus GPIB

Es un bus de interconnexió d’instruments de mesura, amb el estàndard IEE-488, desenvolupat per Hewlett Packard en 1965. Aquest estàndard utilitza un connector per a cable pla de 24 vies per al tipus americà. En canvi el estàndard europeu IEC-625 utilitza un connector Sub-D de 25 patilles (idèntic al utilitzat per al RS-232). Quan tots els dispositius interconnectats estan activats, la velocitat de transferència de dades es redueix bruscament. La longitud de la interconnexió pot arribar als 15 metres.

Fig. 1.5.5. Cronograma històric del IEE-488

1.5.2.2.1 Adreces i estructura de la interconnexió

Cada dispositiu de l'equip GPIB posseeix una adreça, codificada com un nombre

entre 0 i 30. És a dir, existeixen 31 adreces primàries permeses per a instruments transmissors de dades (“talkers”) connectats al bus interfície GPIB. A cada instrument se li assigna una adreça codificada mitjançant 7 bits. Pot haver fins a 15 dispositius connectats en un bus contigu, sent només uneixo d'ells el controlador. És a dir, a una targeta controladora poden connectar-se fins a 14 dispositius, per exemple encadenant cables IEEE-488 d'un dispositiu al següent. Alguns dispositius connectats al bus poden direccionar-se també mitjançant adreces secundàries. Aquestes fan referència a algun dels seus blocs funcionals. Per exemple, un oscil·loscopi amb adreça primària 4 pot tenir un mòdul d'acondicionament de senyal amb adreça secundària 1 .


48

1.5.2.2.2 Velocitat de transferència màxima

És de 1 Mbyte per segon en distàncies curtes. És usual és un valor comprès entre

250 i 500 kilobytes/segon.

1.5.2.2.3 Longitud del cable

La normativa especifica que poden usar-se fins a 20 metres de cable encadenat en

línia, apilant les connexions; també recomana no emprar trams de cable de més de 4 metres de longitud. Una regla pràctica consisteix a multiplicar el nombre de dispositius connectats per 2, comparar el resultat amb 20 metres i prendre el menor nombre. Per exemple, si connectem 8 dispositius, la línia pot tenir fins a 16 metres, i no es pot arribar a 20. És a dir, pot haver fins a 20 metres de cable entre el controlador i l'últim dispositiu, i entre cada dos dispositius no pot haver més de 2 metres. L'alternativa de connexió en estrella s'empra per a augmentar el nombre de dispositius interconnectats, però té com inconvenient la major capacitat paràsita de la xarxa, que introdueix retards i, en conseqüència, errors de transmissió.

Fig. 1.5.6. Representació de les connexions internes del connector i diferents formes de connectar els dispositius.

1.5.2.2.4 Manera de transferència de dades

És de 8 bits en paral·lel. Es dediquen doncs 8 línies a dades. Aquestes línies són

bidireccionals.

1.5.2.2.5 Manera de transferència de missatges

Transferència asíncrona de bytes en sèrie i bits en paral·lel. Aquesta transferència és controlada per les línies “de handshake”.


49

1.5.2.2.6 Funcions de la interfície

Posseeix 10:5 funcions de comunicació primàries i 5 especialitzades. La norma no exigeix a tots els instruments posseir totes les funcions.

1.5.2.2.7 Handshake

La recepció de cada byte de dades és reconeguda mitjançant el handshake. Consta de 3 línies.

1.5.2.2.8 Línies de control general per a necessitats especials

Existeixen 5 línies controlen el flux de senyal en el bus. A continuació es detallen les funcions de les línies del bus i el seu funcionament, amb la finalitat de mostrar les seves possibilitats de disseny fiable.

1.5.2.2.9 Línies de transmissió de senyal

La interfície GPIB consta de 16 línies. Les 8 restants del bus (fins a 24)

corresponen a línies de tornada a terra. De les 16 línies, 8 so de dades (1 byte) i 8 per a missatges de control i estats dels dispositius. D'aquestes últimes 8 línies, 3 so per al control de transferència de dades (handshake) i 5 per al control general de la interfície. La figura 1 mostra l'estructura de les línies del bus.

Fig. 1.5.7. Línies del bus GPIB

1.5.2.2.9.1 Línies de dades.

Les 8 línies de dades DIO1-DIO8 poden transportar tant dades com ordres. L'estat de la línia ATN (una de les 5 de control general) determina si són dades o ordres els presents en el bus. Si està a nivell baix són ordres o adreces, i si està a nivell alt són dades. Totes les ordres i la majoria de les dades empren 7 bits codificats en ASCII o ISO. En aquest cas el vuitè bit s'empra per a paritat o no s'empra.


50

1.5.2.2.9.2 Línies de control de transferència de dades (handshake).

Aquestes 3 línies realitzen el control asíncron de les transferències dels missatges en forma de byte entre els dispositius. Aquest procés garanteix que la transmissió i la recepció s'han realitzat sense errors, dotant a la transmissió d'informació de seguretat. Les línies són:

· NRFD (Not Ready For Data): Indica quan un dispositiu està preparat per a rebre un byte. La línia és conduïda per tots els dispositius quan reben ordres, i per l'orador o transmissor de dades quan habilita el protocol HS488 .

· NDAC (Not Data Accepted): Indica quan un dispositiu ha acceptat un missatge. La línia és conduïda per tots els dispositius al rebre ordres i/o dades, quan reben la informació.

· DAV (Data Valid): Indica quan els senyals en les línies de dades s'han estabilitzat (es consideren vàlides) i poden ser acceptades amb seguretat pels dispositius El controlador condueix la línia de dades a enviar ordres. Els transmissors de dades la condueixen quan envien missatges de dades.

1.5.2.2.9.3 Línies de control general de la interfície.

· SRQ (Service ReQuest): S'empra per a sol·licitar torn al controlador.

· IFC (InterFace Clear): Realitza un “reset” dels paràmetres i adreces del bus

· REN (Remote ENable): Estableix el control remot d'un dispositiu deshabilitant el seu control a través de la pantalla. És a dir, l'usuari ja no podrà realitzar un control manual.

· EOI (End Or Identify): S'empra com indicador de fi de transferència de dades.

· ATN (ATtentioN): L'empra el controlador per a distingir entre les dades i els missatges de control. Determina el tipus d'informació present en les línies de dades.


51

1.5.2.2.9.4 Funcionament. Transferència de dades i cronograma.

L'estàndard IEEE 488.1 estableix un “handshake” de 3 línies de control de dades. La introducció d'aquesta lògica negativa permet la implementació de la funció lògica OR mitjançant cablejat. D'aquesta forma, no es transmeten dades fins que no estigui llest el receptor (listener) més lent, i queda assegurat que la transmissió sigui prou lenta com perquè al receptor més lent li doni temps a acceptar la dada.

La línia NRFD és controlada per cada receptor i indica si cadascun d'ells no està llest (nivell baix) o ho està (nivell alt) per a rebre dades. La línia DAV és controlada pel transmissor i indica si les dades en les línies de dades (VA DONAR) són correctes i, en conseqüència, poden ser acceptats pels receptors. Finalment, la línia NDAC és controlada per cada receptor per a indicar que no ha rebut les dades (nivell baix) o que els ha rebut (nivell alt).

La figura següent mostra el diagrama de temps d'operació. En principi, el transmissor comprova que les línies NRFD (Not Ready For Data) i NDAC estan a nivell baix. La primera indica que no tots els receptors estan llests per a rebre dades i la segona indica que no han acceptat cap nou byte. Observar que la línia NRFD no passa a nivell alt fins que tots els receptors estan llests. Una vegada que el transmissor ha detectat que la línia NRFD està a nivell alt i transcorre cert retard, necessari per a donar temps a estabilitzar els nivells de les dades que envia als receptors, posa la línia DAV a nivell baix indicant que les dades que envia són vàlids (instant 3). Es transfereix així un byte de dades.

El receptor més ràpid posa la línia NRFD a nivell baix amb la finalitat d'indicar que no està llest per a rebre altre byte (instant 4). Els altres faran el mateix cadascun al seu ritme. És a dir, el receptor més ràpid indica a l'equip que no mani més informació perquè ell ha pres ja la qual havia i ha d'acceptar-la o processar-la (és possible que es requereixi d'ell una resposta).

Finalment, els receptors van acceptant el byte posant a nivell alt les seves línies NDAC. Quan tots han acceptat les dades (instant 6), la línia passa a nivell alt, el transmissor ho detecta i posa la línia DAV a nivell alt per a indicar que ja no valen les dades (instant 7). El primer receptor que detecta que la línia DAV ha passat a nivell alt posa la línia NDAC a nivell baix (instant 8). El transmissor posarà altres dades noves en les línies DIO i comença altre nou cicle.


52

Un byte pot no transferir-se en menys temps de la durada dels següents esdeveniments:

· Propagació del canvi d'estat de la línia NRFD cap a l'emissor de dades (talker).

· Propagació del senyal DAV a tots els receptors.

· Que els receptors acceptin el byte i confirmin la línia NDAC (a nivell alt).

· Que el senyal NDAC retorni a l'emissor.

· Que l'emissor permeti el temps d'establiment de les dades en el bus abans de confirmar la línia DAV (passar-la a nivell baix).

Fig. 1.5.8. Diagrama de temps d’operació. TS es el temps d’estabilització de les dades


53

1.5.2.3 Targeta d’adquisició de dades PCI-6023E de National Instruments.

Fig. 1.5.9. Targeta d’adquisició PCI-6023E

La PCI-6023E és una placa d'alt rendiment amb multifunció analògica, digital i

temporitzadors per a ordinadors amb bus PCI. Inclou funcions d'entrada analògica, entrada i sortida digital, i temporitzadors d'entrada/ sortida.

La placa PCI-6023E presenta 16 canals d'entrada analògica (o 8 diferencials)

configurables per programari, un connector de 68 pins que pot proporcionar una alimentació suplementària de 5V i vuit línies d'entrada/sortida digital (VA DONAR) que permeten rebre o enviar senyals TTL, així com controlar estats de dispositius externs. La seva velocitat d’adquisició es de 200000 mesures/s. Molt més superior a la del pot sèrie.

Els ajustaments en la configuració orientada a l'adquisició de dades són

modificables, és a dir, poden variar-se els rangs d'entrada analògica i les seves maneres a través d'un programa o programari.

La targeta PCI-6023E té un rang d'entrada bipolar que és modificable mitjançant la

programació del guany. Cada canal pot ser programat per separat amb un guany únic de 0.5, 1, 10 o 100 per a maximitzar la resolució del convertidor d'analògic a digital. La següent taula mostra els rangs d'entrada possibles amb la seva precisió associada corresponent segons el guany programat:

Fig. 1.5.10. Rangs d’entrada segons el guany per a la placa PCI-6023E.

* El valor de 1 LSB del convertidor A/D de 12 bits; és a dir, l'increment de voltatge corresponent al canvi d'una unitat en el convertidor A/D.


54

Fig. 1.5.11. Diagrama d’adquisició de la targeta PCI-6023.

En aquest diagrama podem veure els blocs que componen el nostre sistema d'adquisició de dades:

Fig. 1.5.12. Esquema de blocs d’un S.A.D.


55

Com veiem, els blocs principals són aquests:

• El transductor

• L'acondicionament de senyal

• El convertidor analògic-digital

• L'etapa de sortida (interfície amb la lògica)

El transductor és un element que converteix la magnitud física que anem a amidar en un senyal de sortida (normalment tensió o corrent) que pot ser processada pel nostre sistema. Tret que el senyal d'entrada sigui elèctrica, podem dir que el transductor és un element que converteix energia d'un tipus en un altre. Per tant, el transductor ha de prendre poca energia del sistema sota observació, per a no alterar la mesura.

L'acondicionament de senyal és l'etapa encarregada de filtrar i adaptar el senyal que prové del transductor a l'entrada del convertidor analògic/digital. Aquesta adaptació sol ser doble i s'encarrega de:

- Adaptar el rang de sortida del transductor al rang d'entrada del convertidor. (Normalment en tensió).

- Acoblar la impedància de sortida d'un amb la impedància d'entrada de l'altre.

L'adaptació entre els rangs de sortida del convertidor i el d'entrada del convertidor té com objectiu aprofitar el marge dinàmic del convertidor, de manera que el màxim senyal d'entrada ha de coincidir amb la màxima que el convertidor (però no amb la màxima tensió admissible, ja que per a aquesta entren en funcionament les xarxes de protecció que el convertidor duu integrada).

D'altra banda, l'adaptació d'impedàncies és imprescindible ja que els transductors presenten una sortida d'alta impedància, que normalment no pot excitar l'entrada d'un convertidor, la impedància típica del qual sol estar entre 1 i 10 k .

El convertidor Analògic / Digital és un sistema que presenta en la seva sortida un senyal digital a partir d'un senyal analògic d'entrada, (normalment de tensió) realitzant les funcions de quantificació i codificació.


56

La quantificació implica la divisió del rang continu d'entrada en una sèrie de passos, de manera que per a infinits valors de l'entrada la sortida només pot presentar una sèrie determinada de valors. Per tant la quantificació implica una pèrdua d'informació que no podem oblidar.

La codificació és el pas pel qual el senyal digital s'ofereix segons un determinat codi binari, de manera que les etapes posteriors al convertidor puguin llegir aquestes dades adequadament. Aquest pas cal tenir-lo sempre en compte, ja que pot fer que obtinguem dades errònies, sobretot quan el sistema admet senyals positius i negatives pel que fa a massa, moment en el qual la sortida binària del convertidor ens dóna tant la magnitud com el signe de la tensió que ha estat amidada.

L'etapa de sortida és el conjunt d'elements que permeten connectar el s.a.d amb la resta de l'equip, i pot ser des d'una sèrie de buffers digitals inclosos en el circuit convertidor, fins a un interfície RS 232, RS 485 o Ethernet para connectar a un ordinador o estació de treball, en el cas de sistemes d'adquisició de dades comercials.

1.5.2.3.1 Característiques bàsiques d'un convertidor A/D

A continuació descriurem les característiques essencials que hem de tenir en compte per a realitzar les nostres mesures d'una manera decent. No esmentarem totes, sinó les més bàsiques, deixant un estudi en profunditat dels convertidors per a altre document. Les característiques que no hem d'oblidar són aquestes:

- Impedància d'entrada.

- Rang d'entrada.

- Nombre de bits.

- Resolució.

- Tensió de fons d'escala.

- Temps de conversió.

- Error de conversió.

Nombre de bits: És el nombre de bits que té la paraula de sortida del convertidor, i

per tant és el nombre de passos que admet el convertidor. Així un convertidor de 8 bits només podrà donar a la sortida 28 = 256 valors possibles.


57

Resolució: És el mínim valor que pot distingir el convertidor en la seva entrada analògica, o dita d'una altra manera, la mínima variació, el voltatge d'entrada que es necessita per a canviar en un bit la sortida digital es:

(1.5.1) )12( −

= niVfeV

On n és el nombre de bits del convertidor, i Vfe la tensió de fons d'escala, és a dir, aquella per a la qual la sortida digital és màxima. La tensió de fons d'escala depèn del tipus de convertidor, però normalment es fixa al nostre gust, en forma d'una tensió de referència externa, (encara que en alguns casos, com el del convertidor ADC 0804 la tensió de fons d'escala és el doble de la tensió de referència). Per exemple, un convertidor de 8 bits amb una tensió de fons d'escala de 2V tindrà una resolució de:

(1.5.2) pasmVV 84,7

)12(28 =−

En canvi, per al mateix convertidor, si canviem la tensió de referència, i per tant la de fons d'escala, la resolució serà de:

(1.5.3) pasmVV 6,19

)12(58 =−

1.5.2.3.1.1 Temps de conversió.

És el temps que triga a realitzar una mesura el convertidor en concret, i dependrà de la tecnologia de mesura emprada. Evidentment ens dóna una cota màxima de la freqüència del senyal a amidar.

Aquest temps s'amida com el transcorregut des que el convertidor rep un senyal d'inici de conversió (normalment cridada SOC, Start of Conversió) fins que en la sortida apareix una dada vàlida. Perquè tinguem constància d'una dada vàlida tenim dos camins:

- Esperar el temps de conversió màxim que apareix en la fulla de característiques.

- Esperar que el convertidor ens enviï un senyal de fi de conversió.

Si no respectem el temps de conversió, en la sortida tindrem un valor, que depenent de la constitució del convertidor serà:

- Un valor aleatori, com a conseqüència de la conversió en curs.

- El resultat de l'última conversió.


58

1.5.2.3.2 Errors en els convertidors analògic/digital.

Un convertidor no és un circuit perfecte, sinó que presenta una sèrie d'errors que hem de tenir en compte. Alguns dels quals més importància tenen són els següents: Error d’offset: L'error d’offset és la diferència entre el punt nominal d’offset (zero) i el punt real d’offset. Concretament, per a un convertidor A/D aquest punt és el punt central de tots aquells valors de l'entrada que ens proporcionen un zero en la sortida digital del convertidor. Aquest error afecta a tots els codis de sortida per igual, i pot ser compensat per un procés d'ajustament.

Fig. 1.5.13. Representació de l’error d’offset.

1.5.2.3.2.1 Error de quantificació

És l'error a causa de la divisió en graons del senyal d'entrada, de manera que per a una sèrie de valors d'entrada, la sortida digital serà sempre la mateixa. Aquest valor es correspon amb l'escalonat de la funció de transferència real, enfront de la ideal. Podem veure'l en aquesta figura: Com veiem, cada valor digital té un error de quantificació de +- ½ LSB (Bit menys significatiu). Per tant, cada codi digital representa un valor que pot estar dintre de el ½ LSB a partir del punt mig entre valors digitals continus.

1.5.2.3.2.2 Error de linealitat (linealitat integral)

Aquest error és la manifestació de la desviació entre la corba de sortida teòrica i la real, de manera que per a iguals increments en l'entrada, la sortida indica diferents increments.


59

1.5.2.3.2.3 Error d'obertura

És l'error a causa de la variació del senyal d'entrada mentre s'està realitzant la conversió. Aquest error és un dels més importants quan s'estan mostrejant senyals alterns d'una freqüència una mica elevada, (com per exemple el mostreig de veu) però té poca importància quan amidem senyals quasi contínues, com temperatura, pressió, o nivell de líquids. Per a minimitzar aquest tipus d'error s'usen els circuits de mostreig i retenció.

Aquest error és important, ja que si no ho tenim en compte rarament podem digitalitzar adequadament senyals alterns.

Si considerem un error que no afecti a la precisió total de la conversió, ( pel que haurà de ser menor que ½ LSB) la freqüència màxima de mostreig haurà de ser:

(1.5.4) 12**1max += nTa

Fπ

En aquesta fórmula Ta és el temps d'obertura del circuit de mostreig i retenció, o bé el temps total de conversió si l'anterior no existeix, i n el numero de bits del convertidor.

El circuit de mostreig i retenció pot estar de vegades integrat dintre de la mateixa càpsula del convertidor, el que ens pot simplificar el disseny enormement.

1.5.2.3.2.4 Convertidor A/D de aproximacions successives

Aquest tipus de convertidor es el més ràpid ja que, en una conversió, dedica igual nombre de polsos de rellotge que numero de bits té.

Fig. 1.5.14. Convertidor A/D d’aproximacions successives.


60

1.5.2.3.4 L'etapa d'acondicionament del senyal

Amb més detall, en una etapa d'acondicionament podem trobar aquestes etapes, encara que no totes estan sempre presents: Multiplexat, filtrat, excitació, amplificació i linealització.

Amplificació: És el tipus més comú d'acondicionament. Per a aconseguir la major precisió possible el senyal d'entrada haver de ser amplificada de manera que el seu màxim nivell coincideixi amb la màxima tensió que el convertidor pugui llegir.

Aïllament: Un altra aplicació habitual en acondicionament del senyal és l'aïllament

elèctric entre el transductor i l'ordinador, per a protegir al mateix de transitoris d'alta tensió que puguin danyar-lo. Un motiu addicional per a usar aïllament és el garantir que les lectures del convertidor no són afectades per diferències en el potencial de massa o per tensions en manera comuna.

Quan el sistema d'adquisició i el senyal a amidar estan ambdues referides a massa poden aparèixer problemes si hi ha una diferència de potencial entre ambdues masses, apareixent un "bucle de massa", que pot retornar resultats erronis.

Multiplexat: El multiplexat és la commutació de les entrades del convertidor, de manera que amb un només convertidor podem amidar les dades de diferents canals d'entrada. Ja que el mateix convertidor està amidant diferents canals, la seva freqüència màxima de conversió serà l'original dividida pel nombre de canals mostrejats.

Filtrat: La fi del filtre és eliminar els senyals no desitjats del senyal que estem

observant. Per exemple, en els senyals quasi contínues, (com la temperatura) s'usa un filtre de soroll d'uns 4 Hz, que eliminarà interferències, inclosos els 50/60 Hz de la xarxa elèctrica.

Els senyals alterns, tal com la vibració, necessiten un tipus distint de filtre, conegut com filtre antialiasing, que és un filtre pasa-baix però amb un cort molt brusc, que elimina totalment els senyals de major freqüència que la màxima a amidar, ja que se si no s'eliminessin apareixerien superposades al senyal amidat, amb el consegüent error.

Excitació: L'etapa d'acondicionament de senyal de vegades genera excitació per a

alguns transductors, com per exemples les galges extesomètriques, termistors o RTD, que necessiten de la mateixa, bé per la seva constitució interna, (com el termistor, que és una resistència variable amb la temperatura) o bé per la configuració que es connecten (com el cas de les galges, que se solen muntar en un pont de Wheatstone).


61

Linealització: Molts transductors, com els termopars, presenten una resposta no lineal davant canvis lineals en els paràmetres que estan sent amidats. Encara que la linealització pot realitzar-se mitjançant mètodes numèrics en el sistema d'adquisició de dades, sol ser una bona idea el fer aquesta correcció mitjançant circuits externs.

1.5.2.3.5 El mostreig del senyal

El mostreig del senyal implica pèrdua d'informació respecte al senyal d'entrada, ja que d'un nombre infinit de valors possibles per a l'entrada només tenim un valor finit de valors possibles per a la sortida. Per tant és fonamental saber quantes mostres hem de prendre.

La resposta a aquesta pregunta depèn de l'error mig admissible, el mètode de reconstrucció del senyal (si és que s'usa) i l'ús final de les dades de la conversió.

Independentment de l'ús final, l'error total de les mostres serà igual a l'error total del sistema d'adquisició i conversió més els errors afegits per l'ordinador o qualsevol sistema digital.

Per a dispositius incrementals, tal com motors pas a pas i commutadors, l'error mig de les dades mostrejades no és tan important com per als dispositius que requereixen senyals de control contínues.

Per a veure l'error mig de mostreig en les dades, considerem el cas en el qual es prenen dues mostres per cicle de senyal sinusoïdal, i el senyal es reconstrueix directament des d'un convertidor D/A sense filtrar (reconstrucció d'ordre zero). L'error mig entre el senyal reconstruït i l'original és la meitat de la diferència d'àrees per a mig cicle, que és un 32% per a una reconstrucció d'ordre zero, o del 14 % per a una reconstrucció d'ordre d’un.

De qualsevol manera, la precisió instantània en cada mostra és igual a la precisió del sistema d'adquisició i conversió, i en moltes aplicacions això pot ser més que suficient.

La precisió mitja de les dades mostrejades pot millorar-se amb aquests mètodes:

• Augmentar el nombre de mostres per cicle.

• Filtrat previ al multiplexat.

• Filtrar la sortida del convertidor digital / analògic.


62

La millora en la precisió mitja és espectacular amb un petit augment en el nombre de mostres per cicle, com podem veure en aquesta figura.

Fig. 1.5.15. Representació de la millora en la precisió mitja.

Per a una reconstrucció d'ordre zero, podem veure que amb més de 10 mostres per cicle de senyal, podem aconseguir precisions del 90 % o millor. Normalment s'usen entre 7 i 10 mostres per cicle.

1.5.2.3.5.1 El teorema de Nyquist o teorema de mostreig

L'objectiu fonamental de l'adquisició és el poder reconstruir el senyal mostrejada d'una manera fidel. Aquest teorema ens diu que la freqüència mínima de mostreig per a poder reconstruir el senyal ha de ser el doble de la freqüència del senyal a amidar. Però ull, perquè la reconstrucció sigui fiable, hauríem de prendre mostres a una freqüència unes 10 vegades superior a la del senyal a avaluar.

En la figura següent podem veure un senyal sinusoïdal, que és mostrejada amb dues mesures per cicle i la seva reconstrucció mitjançant els dos mètodes que més s'usen (reconstrucció d'ordre zero i reconstrucció d'ordre d’un).

Fig. 1.5.16. Reconstrucció mitjançant els dos mètodes més utilitzats.


63

Com es veu, aplicant el teorema de Nyquist podem saber almenys la freqüència del senyal amidat, encara que no el seu tipus, ni si el mostreig és eficaç o no.

Finalment comentar que la reconstrucció d'ordre zero és la sortida directa d'un convertidor analògic digital, mentre que la d'ordre un és la interpolació simple mitjançant rectes, de manera que el senyal s'aproxima més a l'original.

1.5.2.3.5.2 Efectes de Aliasing

El aliasing es produeix quan la freqüència de mostreig és menor que la del senyal que es mostreja, i es refereix al fet es pot interpretar d'una manera no exacta el senyal, apareixent un "alies" del senyal. Aquest efecte es posa de manifest en la següent figura:

Fig. 1.5.17. Efecte aliasing.

Al prendre diverses mostres amb un període de mostreig superior al del senyal amidat, vam arribar a creure que el senyal té una freqüència molt menor de la qual realment té. En aquest efecte també influeixen els harmònics senyals que interfereixin amb el senyal a amidar, de manera que poden aparèixer senyals d'alta freqüència superposades, com soroll, i altres senoïdals, que aparentment no són soroll, però que també afecten al senyal sota mesura. Per tant, qualsevol freqüència de mostreig excessivament baixa ens dóna informació falsa sobre el senyal.

1.5.2.3.6 Altres conceptes necessaris per a l'adquisició de senyals

1.5.2.3.6.1 Estabilitat de la tensió de referència.

Els convertidors usen diversos mètodes per a digitalitzar el senyal, però sempre respecte a una tensió de referència. En els casos en els quals el senyal de referència sigui externa hauríem de tenir en compte aquestes idees:

• Usar un element que d'una tensió amb poca deriva tèrmica.

• Adequar la impedància de sortida de la referència a la impedància d'entrada del convertidor.

• Filtrar adequadament la sortida de la referència, així com la tensió d'alimentació que se li aplica.


64

1.5.2.3.6.2 Filtrat de les línies d'alimentació.

És imprescindible que les línies d'alimentació estiguin degudament desacoblades

amb l'ús de condensadors. A més del típic condensador electrolític, que és adequat per a atenuar les fluctuacions de l'alimentació degudes a l'arrissat de xarxa, és imprescindible afegir condensadors ceràmics d'uns 100nF pròxims al convertidor, per a evitar els transitoris d'alta freqüència.

1.5.2.3.6.3 Traçat adequat i separat de l'alimentació analògica i digital.

Aquest aspecte, que moltes vegades no es té en compte, és fonamental i pot arribar a donar-nos molts problemes, sobretot quan amidem tensions de l'ordre d'un o dos mV.

El problema es deu al fet que els conductors d'alimentació tenen una resistència no nul·la, i si tenim un microcontrolador, per exemple, treballant a 4 MHz, apareixeran en l'alimentació becs d'intensitat de la mateixa freqüència. Aquests becs generaran caigudes de tensió al circular per les pistes de la placa, i aquestes tensions faran que el nivell de massa fluctuï, amb el consegüent efecte en els circuits analògics. En resum, podem recomanar l'observació d'aquests punts:

- Les pistes de massa han de ser amples i ocupar la major extensió possible (plànols de massa).

- Ha d'haver dos plànols de massa separats, un per als circuits digitals i altre per als analògics.

- Els plànols de massa han de connectar-se en un només punt, que habitualment és la massa del connector d'alimentació.

- Si és possible, usar dues reguladors separats per a cadascun dels blocs (analògic i digital).

- Tant si s'usa un regulador, com si s'usen dos és necessari dividir les línies d'alimentació de la mateixa manera que les de massa, això és, amb una connexió en estrella.


65

1.5.2.4 Multímetre HP 34401.

Fig. 1.5.18. Multímetre digital HP 34401

El multímetre digital és un aparell capaç de mesurar tensions, corrents, resistències, freqüències (o períodes) de formes d'ona i fins i tot curtcircuits (continuïtat). Donada la gran varietat de mesures que es poden realitzar amb aquest dispositiu, resulta obvi per que s'ha convertit en una eina indispensable en el laboratori. El límit superior de freqüència d’aquest instrument digital queda entre uns 10 kHz y 1 MHz, depenent del disseny del instrument.

Protecció d’entrada: > 1000V en tots els rangs

Mesura exacta: ± (% de lectura + % de rang)


66

Fig. 1.5.19. Convertidor A/D de doble rampa.

Un cicle de conversió consta de tres fases: La primera fase se denomina de autozero, se li dediquen n polsos de rellotge durant les quals es carrega la capacitat de autozero amb una tensió compensatòria de les tensions de offset del circuit, al mateix temps es carrega la capacitat de referència amb la tensió de referència. La segona es la de integració, a ella es dediquen altres n polsos de rellotge i al final de la mateixa s’efectua la detecció de la polaritat necessària per la tercera fase. La tercera fase es la denominada de desintegració, a ella es dediquen 2n polsos.

Fig. 1.5.20. Convertidor de doble rampa

Per a determinar la freqüència de rellotge considerem que el temps d’integració sigui un numero enter de cops el període de red:

(1.5.5) 501··1000 KTt CLKI == , (1.5.6)

02,0·1000

KfCLK =


67

El temps de conversió el determinarem multiplicant el període de rellotge per 4000, que son el nombre de períodes de rellotge utilitzats en una conversió.

Suposem que K= 3, llavors f CLK = 16,16 kHz i TC = 0,24 seg.

Fig. 1.5.21 SMRR com la funció de freqüència en un analògic integrant per a convertidor digital.

Fig. 1.5.22. Circuit de configuració del autozero.


68

1.5.2.4.1 Exemple d’un voltímetre

Fig. 1.5.23. Circuit intern d’un voltimetre.

A) Determinar K1, K2, K3 per als rangs especificats sabent que Rs = 0.

1. Per al rang Vin = 200V

Fig. 1.5.24. Vin = 200V.

(1.5.7) 11

11·)1/(

)1/(K

VinKRR

RVinRKR

KRVinVe+

=+

=+

=

(1.5.8) 11

1K

VinVe+

=

(1.5.9) 9992,0

2,0200111

1200 =−

=⇒+

= KK

Ve

(1.5.10) 9991 =K


69


Fig. 1.5.25. Vin = 20V.

(1.5.11) 11

1K

VinVe+

=

(1.5.12) 992,0

2,020111

120 =−

=⇒+

= KK

Ve

(1.5.13) 991 =K


Fig. 1.5.26. Vin = 2V.

(1.5.14) 11

1K

VinVe+

=

(1.5.15) 92,0

2,02111

12 =−

=⇒+

= KK

Ve

(1.5.16) 91 =K


70

B) Suposant que els interruptors analògics tenen una resistència Rs diferent de zero, determinar el error en % introduït per aquesta causa.

Fig. 1.5.27. Rs ≠ 0.

(1.5.17) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡++

+=⎥⎦

⎤⎢⎣⎡

+++

=++

+=

RRsRKKRsRVin

KRKRsRKRsRVin

RRsKRRsKRVinVeRS )(1

1·1·1·

1·)1/(

)1/(

(1.5.18) ⇒

+

+++

−+

=⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡++

+−

+=

−=

111

)(11·

111

111

)(11·

111

K

RRRsKKRsR

K

KVin

RRRsKKRsR

KVin

VeVeVe

E RSB

(1.5.19) 100·)(

)·)(1(1(%)RRRsKRKRsKEB ++

++−=⇒

%081,0100·10·1)10·1100(9

)10·19·100)(91(1(%)93 (1.5.22)

%98,0100·10·1)10·1100(99

)10·199·100)(991(1(%)992 (1.5.21)

%10100·10·1)10·1100(999

)10·1999·100)(9991(1(%)9991 (1.5.20)

66

6

66

6

66

6

=++++

−=⇒=

=++++

−=⇒=

=++++

−=⇒=

B

B

B

EK

EK

EK


71

C) Suposem que modifiquem la red atenuada de la següent forma, sabent que Rs = 100Ω i R = 1 MΩ determinar el error introduït en aquest cas i en el anterior.

Fig. 1.5.28. Determinar l’error introduït.

Fig. 1.5.29. Rs = 100Ω i R = 1 MΩ

(1.5.23) RRsRK

RVinRKRsRK

RVinKRRsR

KRVinVeRS ++=

++=

++=

)(·//

(1.5.24) ⇒

+

++−

+=

⎟⎠⎞

⎜⎝⎛+

⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡++

−+

=−

=

111

)(111

111

)(111

K

RRsRKR

K

KVin

RRsRKR

KVin

VeVeVe

E RSB

(1.5.25) 100·)(

)·1(1(%)RRsRK

RKEB +++

−=⇒

%009,0100·10·1)10010·1(9

)91·(10·11(%)93 (1.5.28)

%001,0100·10·1)10010·1(99

)991·(10·11(%)992 (1.5.27)

%01,0100·10·1)10010·1(999

)9991·(10·11(%)9991 (1.5.26)

66

6

66

6

66

6

=++

+−=⇒=

=++

+−=⇒=

=++

+−=⇒=

B

B

B

EK

EK

EK


72

1.5.2.4.2 Exemple de càlcul d’errors

Rang 1V

Precisió: 0,0030 % lectura + 0,0007 % rang

(1.5.29) VxErrorecisió 1·1000007,0·

1000030,0Pr +==

Fig. 1.5.30. Representació del error en funció dels volts introduïts.

(1.5.30) %00295,0(%)

10·5,291·1000007,075,0·

1000030,0 6

=

=+= −

Error

VError

(1.5.31) VMedida 610·5,2975,0 −±=

1.5.2.4.3 Mesura del veritable valor eficaç

Fig. 1.5.31 Representació de com calcular el veritable valor eficaç.

(1.5.32) dtVinT

ET

RMS ·1

0

2∫=

(1.5.33) ∫=0

2

0 EVinE (1.5.34) ∫= 22

0 VinE


73

1.5.2.5 Oscil·loscopi TDS 200.

Fig. 1.5.32. Oscil·loscopi TDS 200

El oscil·loscopi és un dels més importants aparells de mesura que existeixen actualment. Representen gràficament els senyals que li arriben, podent així observar-se en la pantalla moltes més característiques del senyal que les obtingudes amb qualsevol altre instrument.

Hi ha molts aparells de mesures capaces de quantificar diferents magnituds. Per exemple, el voltímetre amida tensions, l'amperímetre intensitats, el vatímetre potència, etc. Però, sens dubte, l'aparell de mesures més important que es coneix és el oscil·loscopi. Amb ell, no només podem esbrinar el valor d'una magnitud, sinó que, entre moltes altres coses, es pot saber la forma que té aquesta magnitud, és a dir, podem obtenir la gràfica que la representa.

Per altra banda els oscil·loscopis digitals tenen un aspecte totalment distint als convencionals però, si entenem el funcionament dels Analògics, serà molt senzill aprendre a manejar els digitals. Els més moderns són, en realitat, un petit computador destinat a captar senyals i a representar-les en la pantalla de la forma més adequada.

Aquests tracten d'imitar els antics comandaments dels oscil·loscopis normals, de manera que, en realitat, només és necessari aprendre la forma que l'aparell es comunica amb l'usuari. Això es fa normalment en forma de menús que poden aparèixer en pantalla amb opcions que l'usuari pot triar amb una sèrie de polsadors.

La forma de treball d'un oscil·loscopi consisteix a dibuixar una gràfica Una gràfica

és una corba que té dos eixos de referència, el denominat d'abscisses o horitzontal i l'eix d'ordenades o vertical. Per a representar cada punt de la gràfica temem que donar dues coordenades, una va a correspondre a la seva posició respecte a l'eix horitzontal i l'altra va a ser la seva posició respecte a l'en el vertical. Aquesta gràfiques es va a representar en la pantalla que tenen tots els oscil·loscopis a causa del moviment d'un feix d'electrons sobre una pantalla de fòsfor que la part interna del tub de llamps catòdics. Per a representar aquest senyal sobre el tub es realitza una divisió en dues parts: senyal vertical i senyal horitzontal. Aquests senyals són tractades per diferents amplificadors i, després, són compostes en l'interior del oscil·loscopi.


74

Un oscil·loscopi pot ser utilitzat per a estudiar propietats físiques que no generen senyals elèctrics, per exemple les propietats mecàniques. Per a poder representar en pantalla del oscil·loscopi aquestes propietats, en necessari utilitzar transductors que converteixin el senyal que li arriba, en aquest cas la mecànica, en impulsos elèctrics. Un oscil·loscopi és un aparell que basa el seu funcionament en l'alta sensibilitat que té a la tensió, pel que es posaria entendre com un voltímetre d'alta impedància. És capaç d'analitzar amb molta pressió qualsevol fenomen que puguem transformar mitjançant un transductor en tensió elèctrica.

Amb el oscil·loscopi es poden fer diverses coses, com:

· Determinar directament el període i el voltatge d'un senyal.

· Determinar indirectament la freqüència d'un senyal.

· Determinar que parteix del senyal és DC i com AC.

· Localitzar avaries en un circuit.

· Amidar la fase entre dos senyals.

· Determinar que parteix del senyal és soroll i com vària aquest en el temps.

En tots els oscil·loscopis podem distingir tres parts:

· La pantalla.

· Un canal d'entrada per les quals s'introdueix la diferència de potencial a amidar.

· Una base temps.


75

1.5.2.5.1 Limitacions del oscil·loscopi analògic

El oscil·loscopi analògic té una sèrie de limitacions pròpies del seu funcionament:

• Els senyals han de ser periòdiques. Per a veure una traça estable, el senyal ha de ser periòdica ja que és la periodicitat d'aquest senyal la qual refresca la traça en la pantalla.

• Els senyals molt ràpids redueixen la lluentor. Quan s'observa part del període del senyal, la lluentor es redueix degut al fet que la taxa de refresc disminueix.

• Els senyals lents no formen una traça. Els senyals de freqüències baixes produeixen un escombrat molt lent que no permet a la retina integrar la traça. Això se soluciona amb tubs d'alta persistència. També existien cameres Polaroid especialment adaptades per a fotografiar les pantalles de oscil·loscopis. Mantenint l'exposició durant un període s'obté una foto de la traça.

• Només es poden veure transitoris si aquests són repetitius.

1.5.2.5.2 Oscil·loscopi digital

En l'actualitat els oscil·loscopis analògics estan sent desplaçats en gran mesura pels oscil·loscopis digitals, entre altres raons per la facilitat de poder transferir les mesures a una computadora personal o pantalla LCD.

En el oscil·loscopi digital el senyal és prèviament digitalitzada per un convertidor analògic digital. Al dependre la fiabilitat de la visualització de la qualitat d'aquest component, aquesta ha de ser cuidada al màxim.

Les característiques i procediments assenyalats per als oscil·loscopis analògics són aplicables als digitals. No obstant això, en aquests es tenen possibilitats addicionals, tal com el tir anticipat (pre-triggering) per a la visualització d'esdeveniments de curta durada, o la memorització del oscilograma transferint les dades a un PC. Això permet comparar mesures realitzades en el mateix punt d'un circuit o element. Existeixen així mateix equips que combinen etapes analògiques i digitals.


76

Aquests oscil·loscopis afegeixen prestacions i facilitats a l'usuari impossibles d'obtenir amb circuits analògics, com els següents:

• Mesura automàtica de valors de pic, màxims i mínims de senyal. Veritable valor eficaç.

• Mesura de flancs del senyal i altres intervals.

• Captura de transitoris.

• Càlculs avançats, com la FFT per a calcular l'espectre del senyal.


77

1.5.2.6 Generador de funcions HP 33120A.

Fig. 1.5.33. Generador de funcions HP 33120A.

Un generador de funcions es una font de senyals que té la possibilitat de produir diferents tipus d’ondes com a senyal de sortida. La major part dels generadors de funció poden generar ones senoïdals, quadrades y triangulars en un ampli rang de freqüències. Les diferents freqüències d’un generador de funcions es per lo general de 0.001 Hz fins 20 MHz.

Un generador de funcions és un aparell que genera entre els seus borns un senyal elèctric periòdic de diferents formes (funcions). Tant la freqüència com l'amplitud del senyal es poden controlar dins d'un ampli marge. El seu funcionament és equivalent al d'un generador ideal de tensió en sèrie amb una resistència o impedància de sortida. El generador genera tensions sinusoïdals, quadrades i triangulars.

Fig. 1.5.34. Esquema dels generador de funcions


78

Tensió sinusoïdal: (1.5.35) TontVtV /2)·sin()( 0 πωω ==

Fig. 1.5.35. Tensió sinusoïdal.

Tensió quadrada:

(1.5.36) ⎩⎨⎧

<<→−<<→

=)2/(

)2/0( )(

0

0

TtTVTtV

tV

Fig. 1.5.36. Tensió quadrada.

Tensió Triangular:

(1.5.37)

⎪⎪⎪

⎩

⎪⎪⎪

⎨

⎧

<<→−+−

<<→−−

<<→

=

)2/3()4/3(4

)4/34/()4/(4

)4/0(4

)(

00

00

0

TtTTtTVV

TtTTtTVV

TttTV

tV

Fig. 1.5.37. Tensió triangular


79

Aquestes tres funcions són periòdiques perquè després d'un temps T (període)

tornen a tenir els mateixos valors. A més a més, el valor màxim V0 és igual al del valor absolut del mínim. Aquest valor V0 s'anomena amplitud del senyal. Per a una tensió de període T, es defineix el seu valor mitjà com

(1.5.38) ,)(1

0∫=T

m dttVT

V

que en els tres casos anteriors val zero. El polímetre, però, mesura el valor eficaç de la tensió definit com

(1.5.39) 2/1

0

2))((1⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡= ∫

T

ef dttVT

V

Les solucions d'aquesta integral per als tres tipus de tensions anteriors són:

Tensió sinusoïdal: (1.5.40) 2/0VVef =

Tensió quadrada: (1.5.41) 0VVef =

Tensió triangular: (1.5.42) 3/0VVef =

En general, en electrotècnia les dades de corrent altern es refereixen normalment a valors eficaços. Quan s'utilitza un oscil·loscopi, però, s'acostuma a fer servir el valor de la tensió pic a pic (Vpp) que correspon a la diferència entre el valor de la tensió més positiu i el més negatiu. En els tres casos anteriors

(1.5.43) 2/2 00 pppp VVVV =↔=

La magnitud de la tensió pic a pic es determina multiplicant el valor A del coeficient de deflexió (en Volts/div) pel valor H de la distància vertical en divisions entre un màxim i un mínim.

(1.5.44) AHVpp =

El període del senyal es determina multiplicant la base de temps B (en s/div) pel valor L de la distància horitzontal en divisions entre dos màxims consecutius.

(1.5.45) BLT = i la freqüència és

(1.5.46) Tf /1=

Tant A com B tenen un error que, en la majoria dels aparells, és d'un 3%.

H i L tenen ambdós el mateix error de resolució que és de 0.1 divisions (cada divisió està subdividida en cinc i es tracta d'un aparell analògic).


80

1.5.2.6.1 Oscil·lador

Un oscil·lador és un circuit que és capaç de convertir el corrent continu en un corrent que varia de forma periòdica en el temps (corrent periòdic); aquestes oscil·lacions poden ser senoïdals, quadrades, triangulars, etc., depenent de la forma que tingui l'ona produïda. Un oscil·lador d'ona quadrada sol denominar-se multivibrador i per tant, se'ls crida oscil·ladors només als quals funcionen sobre la base del principi d'oscil·lació natural que constitueixen una bobina L (inductància) i un condensador C (capacitat), mentre que als altres se li assignen noms especials.

Un oscil·lador electrònic és fonamentalment un amplificador el senyal del qual d'entrada es pren de la seva pròpia sortida a través d'un circuit de realimentació. Es pot considerar que està compost per:

- Un circuit el desfasament del qual depèn de la freqüència. Per exemple:

o Oscil·lant elèctric (LC) o electromecànics (quars). o Retardador de fase RC o pont de Wien.

- Un element amplificador. - Un circuit de realimentació.

Els oscil·ladors senoïdals es basen en un procediment que resulta simple vist des del

domini de freqüències: seleccionar un senyal de freqüència molt bé definida (això és un senyal senoïdal) aprofitant el fenomen de ressonància, o un filtre passa-banda molt selectiu. Però aquests oscil·ladors no se solen sintonitzar còmodament. Hi ha un mètode barat i senzill: configurar un senyal senoïdal a partir de trams rectes. Aquests trams sorgeixen d'un senyal triangular originària i s'obtenen mitjançant xarxes de resistències i díodes. Fan falta un bon nombre d'aquests components per a obtenir senyals senoïdals amb THD pròxim al 1%.

Fig. 1.5.38. Esquema del oscil·lador d’ona quadrada i triangular.


81

L'oscil·lador d'ona quadrada i triangular. Hi ha un circuit molt senzill que genera ones quadrades i triangulars alhora. Es basa en:

a) Un bloc comparador amb histèresi (que és fàcilment configurable per a actuar com vibrador estable, o generador d'ona quadrada), la sortida de la qual es connecta a l'entrada d'un circuit integrador.

b) Un bloc tipus integrador, que al donar tensions perfectament lineals en el temps

quan es connecta a una tensió constant, proporcionarà l'ona triangular. La seva sortida es connecta a l'entrada del circuit comparador, tancant el bucle de realimentació. Perquè el circuit funcioni, i atès que l'integrador és inversor de per si, el comparador ha de ser NO INVERSOR.

En la figura anterior es pot veure la configuració proposada. El comparador amb histèresi és INVERSOR, però el seu senyal s'inverteix posteriorment després de l'interruptor. Aquest interruptor es farà mitjançant un transistor treballant com inversor, en maneres tall-saturació. La missió d'aquest transistor no és simplement la d'invertir el senyal, sinó principalment la d'actuar com interruptor per al corrent I2.

Si aconseguim sintonitzar el corrent I2 de forma tal que I2 = 2I1, el corrent pel

condensador en ambdues situacions de l'interruptor (obert o tancat), serà equivalent a I1 però canviada de signe:

vcua = +Vcc s1 TANCAT Ic1 = -I1 vcua = - Vcc s1 OBERT Ic1 = I1

Això generarà els flancs de pujada i baixada del senyal triangular vtri. Si I2¹2I1

llavors el senyal triangular serà no simètrica. Noti's que vtri té signe oposat al del corrent I1. D'aquesta forma, l'evolució de les dues possibles situacions serà:

(1.5.47) Vccvcua += (1.5.48) 11 II c −= (1.5.49) tCIvv ctri

11 =−=

Flanc de pujada vtri augmenta amb el temps tenint en compte que a arribar a una v2

positiva que farà commutar el comparador, i passar vcua de +VCC a –Vcc.

(1.5.50) Vccvcua −= (1.5.51) 11 II c += (1.5.52) tCIvv ctri

11 −=−=

Flanc de baixada vtri disminueix amb el temps tendint arribar a una v1 negativa que

faci commutar vcua de -Vcc a + VCC.


82

Per tant, és molt important conèixer les tensions v1 i v2 que fan commutar al comparador amb histèresi (veure figura 2), ja que aquestes determinen les TENSIONS DE BEC DEL SENYAL TRIANGULAR. Noti's que v1 i v2 queden definides perfectament per R6 i R7 (veure figures 1 i 2).

Fig. 1.5.39. Cicle de treball del comparador amb histèresi, i les seves tensions de commutació

Comentari:

- Aquestes resistències tenen que se de l'ordre de desenes de kW perquè demanin poc corrent de sortida al comparador.

- El comparador proporcionat treballa amb sortida en col·lector obert. Això requereix connectar la sortida a +Vcc, via una resistència de diversos kW (5K en el circuit donat).

- Si existeix una lleugera asimetria en el valor absolut de les tensions de sortida +Vout i –Vout, es pot connectar una resistència baixa, de l'ordre de 100-200W, entre la font d'alimentació i el terminal +Vcc o –Vcc, segons correspongui 1.5.2.6.2 Conformador

El conformador és un bloc més que es troba dins del generador de funcions i la seva funció és transformar una ona triangular en una senoïdal per mig d’un circuit electrònic. A continuació podem veure un exemples d’aplicacions d’un conformador, per a un i dos quadrants. A continuació es mostren dos exemples:


83

1.5.2.6.2.1 Per a un quadrant

(1.5.53) 233,0155,1

)2

0()(

xxy

xsenxxfy

−=

≤≤≅=π

Fig. 1.5.40. Representació del càlcul per a un quadrant.

Fig. 1.5.41. Formes d’ona per a un quadrant.

(1.5.54) ⇒−−= )2618,04278,0(0468,1 yxxxy

(1.5.55) x

xxy2618,01

4278,00468,1 2

−−

=⇒

Fig. 1.5.42. Representació del càlcul per a un quadrant.


84

1.5.2.6.2.2 Per a dos quadrants

(1.5.56) 314019,098252,0 xxy −=

Fig. 1.5.43. Representació del càlcul per a dos quadrants.

(1.5.57) sin (x) ≈ P(x)

Fig. 1.5.44. Error entre sin(x) i P(x).

(1.5.58) Error (E = P(x) – sin (x))


85

1.5.3 Sistema d’instrumentació interactiu

A continuació es descriurà i es justificarà el disseny realitzat per a l’adquisició

de dades que volem realitzar. El disseny s’ha intentat que sigui el més agradable possible pel que fa la estètica ja que es tracta d’un software específic per a laboratoris i te que respectar uns certs principis de serietat. A més, per a facilitar la feina dels operaris s’han distribuït els botons d’una forma ordenada i visible, amb els seus corresponents comentaris per a que no hi quedi cap dubte, ajudant així a l’hora d’utilitzar-lo.

L’escada està organitzada per mig de pestanyes utilitzant la funció “Control Tab”. Tant el generador de funcions com el multímetre necessiten una direcció per a comunicar-se amb el seu corresponent instrument per mig del bus GPIB. Per a facilitar aquesta tasca i que al canviar de pestanya no s’hagi de modificar manualment la direcció esmentada, s’ha dissenyat el següent circuit que te com funció fer-ho automàticament. La primera pestanya, la del generador de funcions valdrà “0” i la segona la del multímetre valdrà “1”. En funció de l’explica’t comparà i seleccionarà la direcció corresponent.

Fig. 1.5.45. Circuit selector de direcció de bus.

Referent a la primera figura de la part gràfica, el generador de funcions, la instrucció a enviar al instrument corresponent té el següent format < (forma d’ona desitjada), (valor de la freqüència), (valor de l’amplitud), (valor de offset) > tal i com podem veure en el indicador “CADENA A ENVIAR”. Un cop seleccionada la instrucció i que es comuniqui correctament ja podrem visualitzar la forma d’ona especificada. Aquesta concatenació la realitza el següent circuit.

Fig. 1.5.46. Circuit de concatenació de les instruccions


86

La figura que tenim a continuació ens mostra com es comunica l’ordenador amb el instrument per mig de la targeta d’interfaç GPIB.

Fig. 1.5.47. Esquema representatiu de la comunicació, passant per tots els dispositius.

La comunicació amb els instruments implica la recepció de respostes tant aviat s’hagin enviat les instruccions d’interrogació. Per exemple, per a saber la freqüència actual de la senyal. Per a poder comunicar el software amb el hardware s’han utilitzat les funcions “GPIB Write” i “GPIB read”.

Fig. 1.5.48. Circuit encarregat de comunicar el software amb el hardware.

Aquest dos circuits anteriors com podem veure estan dins d’un llaç, així s’aconsegueix que es treguin tantes mostres com volguéssim. A la sortida d’aquest veiem diferents funcions com son “Array max and min” i “Mean” que com el seu nom indica es per mostrar el valor màxim, el valor mínim i la mitjana. En la part inferior trobem “General Polynomial Fit” que ens calcularà el polinomi partint dels valors de “x” i de “y” que l’introduïm. La constant “5” serà el grau del polinomi que calcularem.

Fig. 1.5.49. Funció General Polynomial Fit, Array max and min i Mean.


87

Aquest càlcul es realitzarà per mig del mètode d’ ajust de mínims quadrats. En aquest cas trobem que:

Es tracta de

(1.5.59) )()( xPxY ≅

on Y(x) es coneguda en dades discretes

(1.5.60) mm xaxaxaaxP ·...··)( 2

210 ++++=

(1.5.61) 55

44

33

2210 ·····)5( xaxaxaxaxaaP +++++=

en la aproximació es pretén trobar el mínim

(1.5.62) [ ] [ ]∑∑==

++++−=⇒−=n

i

mimiii

n

iii xaxaxaaysxpys

0

2210

2

0·...··)(

(1.5.63) [ ]250

0

55

44

33

2210 ·····∑

=

=

+++++−=n

ii xaxaxaxaxaays

per al que s’haurà de determinar els coeficients a0, a1, a2, a3, a4, a5 del polinomi solució. Això es resol de la següent forma:

(1.5.60)

[ ]

∑ ∑∑∑

∑

= ==

++

=

=

=+++

=

=++++−−=∂∂

n

i

n

i

mii

n

i

mmim

mi

n

i

mi

mimiii

n

i

ki

k

xyxaxaxa

mkaper

xaxaxaayxas

0 00

11

00

2210

0

·...

...,,1,0

0·...··2

∑∑

∑ ∑∑

∑ ∑∑∑

∑ ∑∑∑∑

∑ ∑∑∑∑∑

∑ ∑∑∑∑∑∑

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=

=+

=++

=+++

=++++

=+++++

50

0

550

0

50

50

0

50

0

450

0

51

40

50

0

50

0

350

0

52

41

50

0

30

50

0

50

0

250

0

53

42

50

0

31

50

0

20

50

0

50

0

150

0

54

43

50

0

32

50

0

21

50

0

10

50

0

50

0

050

0

55

44

50

0

33

50

0

22

50

0

11

50

0

00

· (1.5.66)

· (1.5.65)

· (1.5.64)

· (1.5.63)

· (1.5.62)

· (1.5.61)

n

iii

n

ii

n

i

n

iii

n

iii

n

i

n

iii

n

iii

n

ii

n

i

n

iii

n

iii

n

ii

n

ii

n

i

n

iii

n

iii

n

ii

n

ii

n

ii

n

i

n

iii

n

iii

n

ii

n

ii

n

ii

n

ii

xyxa

xyxaxa

xyxaxaxa

xyxaxaxaxa

xyxaxaxaxaxa

xyxaxaxaxaxaxa


88

En aquest cas x serà múltiple de 0,25 ja que i = 0, 1, 2, 3, ..., 40. Per l’altra banda la “y” tindrà el valor generat per l’ instrument que serà el que nosaltres hem posat. Com es pot apreciar hi ha dos funcions “Bundle”, per lo tant tindrem dos funcions a representar. Aquestes s’uneixen a una “Build Array” que ens la mostrarà dins del mateix gràfic. Les dos constant “0” i “0,25” marquen el punt d’inici i el valor dels increments de “x”, respectivament.

Fig. 1.5.50. Circuit que representa les dos funcions dins del mateix gràfic. Càlcul del valor màxim, mínim i mig.

Referent a la segona figura de la part gràfica, el multímetre, la instrucció a enviar al instrument corresponent té el següent format < (MEAS), (variable a mesurar) > tal i com podem veure en el indicador “COMANDOS”. Un cop seleccionada la instrucció i que es comuniqui correctament ja podrem visualitzar la forma d’ona especificada. Aquesta concatenació la realitza el següent circuit.

Fig. 1.5.51. Circuit de concatenació de les instruccions

El que tenim a continuació, tant el circuit encarregat de comunicar el software amb el hardware com el de representació de les funcions i càlcul de valors, funcionen exactament igual que en el cas anterior, el generador de funcions. Caldria destacar que a la sortida de la funció “General Polynomial Fit” trobem un bloc anomenat “Write To Spreadsheet File” que ens generarà automàticament un .txt on ens guardarà tots els valors que s’hagin generat. En aquest cas el temps que passa entre que generarà un informe i l’altre es de 10 segons, ja que tenim estipulat que N = 40 i tenim un temps de 0,25 s. Per últim en la part gràfica veiem que tenim un polsador anomenat “new file” que ens dona la opció de que les dades es sobreescriguin o guardar-les en un altre nom.

Fig. 1.5.52. Funció “Write To Spreadsheet File”.


89

L’última pestanya es per al càlcul d’harmònics. S’ha utilitzat la funció SubVI, que serveix per a integrar un circuit dins d’un bloc on pots anomenar-lo i dissenyar-lo com vulguis. Aquesta funció es equivalent a les subrutines en els llenguatges de programació basats en text. Amb ells aconseguim una programació millor estructurada i per lo tant més llegible així com evitar la repetició de codi. La diferencia respecte a les tradicionals subrutines es que un SubVI pot executar-s’hi de forma autònoma sense necessitat de que estigui inclòs en un VI.

Fig. 1.5.53. Circuit SubVI

Dins d’aquest SubVI trobem les dos últimes figures. El següent circuit es l’encarregat de generar les tres formes d’ona: Primer la sinusoïdal, després la quadrada i per últim la triangular.

Fig. 1.5.54. Generador de formes d’ona.


90

Partint de la freqüència obtenim ω = 2π. Multiplicant per “t” tenim la entrada de la funció “sine”, per lo tant, ens queda que ω·t. Així obtenim la primer forma d’ona. La quadrada es generarà partint d’aquesta i utilitzant la funció “sign” que retorna 1 si l’entrada es superior de zero, retorna 0 si l’entrada es 0 i retorna -1 si es inferior a 0. Així el que aconseguim es que no hi hagin valors de y diferents de l’amplitud. Per últim per a aconseguir la senyal triangular a partir de la quadrada, es parteix de la següent demostració.

t0

+1

-1

T/2 T

t0

+1

-1

T/2 T

Fig. 1.5.55. Representació d’una ona quadrada i una triangular amb la mateixa amplitud i freqüència.

(1.5.67) tT

ssy

TtTtT

TttT

y 4

2 ; 41

20 ; 41

+−=⇒

⎪⎪

⎭

⎪⎪

⎬

⎫

⎪⎪

⎩

⎪⎪

⎨

⎧

<≤−

<≤+−

=

Es necessari obtenir una variable de temps mòdul de T/2

- Utilitzar N=1000, sobre un segon, per a obtenir major resolució.

- Utilitzar un interval de seguretat de càlcul per a evitar “glitches” degut a la no sincronització de s y t:

( )

;*4*1*

5002

&&500

_

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛−=

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ −≤≥

tT

ssy

TTtTtif


91

Un cop explicat com es generen les diferents formes d’ona que tenim, veiem que el valor de la funció la multipliquem per l’amplitud obtenint així els valors de “Y” que tenim que representar. Les altres dos entrades a la funció “Bundle” l’hi indicaran el valor d’inici, en aquest cas una constant de valor “0” i uns increments de Δ = 1/1000.

Fig. 1.5.56. Funció “Bundle” per a interpretar la forma d’ona.

Per a realitzar la selecció d’un tipus d’ona o d’altra s’utilitza la següent lògica.

Fig. 1.5.57. Selector d’ona triangular, quadrada o senoïdal.


92

Com es pot apreciar, d’entrada es comparen dos constants amb el valor de la forma d’ona seleccionada. Si aquesta es major a la constant comparada la sortida serà “1” i si son iguals o inferiors tindrem un “0” a la sortida. Els valors per a cada selecció d’ona son els següents: un “0” per a la triangular, un “1” per a la quadrada i un “2” per a la senoïdal. Amb això obtenim la següent taula:

Fig. 1.5.58 Indicació dels paràmetres de la següent taula.

IN C1 C2 S1 S2 OUT

0 0 0 0 0 Triangular

1 0 1 0 1 Quadrada

2 1 * 1 * Senoïdal Taula 1.5.1. Taula de la veritat de la selecció d’ona desitjada.

* Ens és indiferent el seu valor per a obtenir la sortida


93


94


95


96


97


98


99


100


101

1.5.3.1 Software: MAX (Mesurement and Automation Express)

Aquest software s’encarrega de realitzar la instrumentació virtual per a que LabView pugui agafar valors de components externs. Administra els dispositius de National Instruments per a l’adquisició de dades connectats a l’ordenador, com es el cas actual de la targeta d’adquisició de dades. També podem visualitzar els ports de la computadora, com el port serial i el port paral·lel.

Depenent del tipus de hardware que s’utilitza, el MAX selecciona un controlador adequat , en el cas de la targeta contem amb el controlador NI-DAQ per a la instrumentació virtual. El NI-DAQ conté dos controladors junts, aquests son el Traditional NI-DAQ i el NI-DAQmx, el primer utilitzat per a crear les ferramentes virtuals per a l’adquisició i desplegat de totes les senyals.

El traditional NI-DAQ funciona amb canals virtual, aquest son com registres de temps real, a on van a donar les dades obtingudes de una senyal connectada a un canal físic específic. El canal físic pot ser de entrada o sortida. Al crear qualsevol tipus de canal virtual al MAX, sols hi ha que seguir uns passos molt simples de configuració, per exemple, es crea el canal virtual de entrada amb el nom “test”, a aquest se l’hi assigna un canal físic del dispositiu DAQ-6024e ACH0, aquest canal virtual es cridat per LabView, tot voltatge connectat al ACH0 serà desplegat en el LabView per el canal virtual “test”. Es poden assignar molts canals virtuals a un sol canal físic.

Es important anomenar que al moment de instal·lar el LabView s’instal·lin els controladors d’adquisició de dades, ja que aquest s’encarreguen de fer el enllaç entre els canals virtuals generats en el MAX i en LabView.

Per últim anomenar també, que un cop el programa executat i els instruments connectats com es degut, obrirem la pestanya “Device and Interfaces” i polsarem el botó dret damunt de cada instrument per a realitzar un “Scan” per a que els instruments siguin reconeguts. A continuació es pot veure una captura de pantalla del programa en qüestió.


102


103

1.6 Mesura de magnituds i variables físiques

1.6.1 Sensors

Un element imprescindible per a la presa de mesures és el sensor que s'encarrega de

transformar la variació de la magnitud a amidar en un senyal elèctric. Els sensors es poden dividir en:

Passius: els quals necessiten un aporti d'energia externa.

Resistius: són els quals transformen la variació de la magnitud a admissió de la seva resistència elèctrica. Un exemple pot ser un termistor, que serveix per a amidar temperatures.

Capacitius: són els quals transformen la variació de la magnitud a amidar en una variació de la capacitat d'un condensador. Un exemple és un condensador amb un material en el dialèctic que canviï la seva conductivitat davant la presència de certes substàncies.

Inductius: són els quals transformen la variació de la magnitud a amidar en una variació de la inductància d'una bobina. Un exemple pot ser una bobina amb el nucli mòbil, que pot servir per a amidar desplaçaments. Actius: els quals són capaços de generar la seva pròpia energia. De vegades també se'ls crida sensors generadors. Un exemple pot ser un transistor en el qual la porta se substitueix per una membrana permeable només a algunes substàncies (IsFET), que pot servir per a amidar concentracions.

Nota: Walt Kester de Analog Devices, dóna una classificació oposada a l'esmentada anteriorment, com exemple un termistor seria un sensor actiu (necessita d'un aporti d'energia) i un termopar seriosa passiu (no necessita aporti d'energia externa). Altres exemples són: termopar, fotorresistència, fotodíode, fototransistor, condensador de plaques mòbils, sensor d'efecte Hall, etc. De vegades també es pot aprofitar una característica no desitjada d'un element, com la dependència de la temperatura en els semiconductors, per a usar aquests elements com sensors.


104

1.6.1.1 Acondicionadors

El senyal de sortida d'un sensor no sol ser vàlida per a la seva processat. En general

requereix d'una amplificació per a adaptar els seus nivells als de la resta del circuit. Un exemple d'amplificador és l'amplificador d'instrumentació, que és molt immune a cert tipus de soroll. No només cal adaptar nivells, també pot ser que la sortida del sensor no sigui lineal o fins i tot que aquesta depengui de les condicions de funcionament (com la temperatura ambient o la tensió d'alimentació) pel que cal linealitzar el sensor i compensar les seves variacions. Altres vegades la informació del senyal no està en el seu nivell de tensió, pot ser que estigui en la seva freqüència, el seu corrent o en algun altre paràmetre, pel que també es poden necessitar demoduladors, filtres o convertidors corrent-tensió. Un exemple clàssic de acondicionador és el pont de Wheatstone, en el qual se substitueixen una o diverses impedàncies del pont per sensors. A continuació típicament es col·loca un amplificador. Finalment, entre el acondicionador i el següent pas en el procés del senyal pot haver una certa distància o un alt nivell de soroll, pel que un senyal de tensió no és adequada al veure's molt afectada per aquests dos factors. En aquest cas s'ha d'adequar el senyal per al seu transport.

1.6.1.2 Digitalització

Per a un processat del senyal eficaç cal convertir el senyal en digital. La

instrumentació també estudia la conversió analògica-digital, així com la conversió digital-analògica. Per altra banda també poden usar-se tècniques de multiplexació de senyals en el cas que hagi més d'una per a amidar.

1.6.1.3 Equips electrònics

Altra part de la instrumentació és, com el seu nom indica, l'estudi dels instruments

electrònics. Aquests poden ser part del sistema que realitzarà la mesura o ser el propi sistema. Alguns instruments són el multímetre, el oscil·loscopi, sondes, etc. Altres equips no estan directament dissenyats per a les mesures, com les fonts d'alimentació.

1.6.1.4 Instrumentació virtual

Finalment, una de les noves tendències en la instrumentació és la instrumentació

virtual. La idea és substituir i ampliar elements "maquinari" per altres "programari", per a això s'empra un processador (normalment un PC) que executi un programa específic, aquest programa es comunica amb els dispositius per a configurar-los i llegir les seves mesures. Els avantatges de la instrumentació virtual són que és capaç d'automatitzar les mesures, processat de la informació, visualització i actuació remotament, etc. Alguns programes especialitzats en aquest camp són LabView i Agilent-VEE (abans HP-VEE). I alguns bussos de comunicació populars són GPIB, RS-232, USB, etc.


105

1.6.2 Sensors de temperatura

Fig. 1.6.1. Termopar tipus K.

Un termopar és un dispositiu capaç de convertir la energia calorífica en energia elèctrica el seu funcionament es basa en els descobriments fets per Seebeck en 1821 quan va fer circular corrent elèctrica en un circuit, format per dos metalls diferents les unions dels quals es mantenen a diferents temperatures, aquesta circulació de corrent obeeix a dos efectes termoelèctrics combinats, l'efecte Peltier que provoca la alliberació o absorció de calor en la unió de dos metalls diferents quan un corrent circula per mig de la unió i l'efecte Thompson que consisteix en la alliberació o absorció de calor quan un corrent circula per mig d'un metall homogeni en el qual existeix un graduant de temperatures. És a dir la força electromotriu és proporcional a la temperatura arribada per la unió tèrmica a si mateix si es resta l'escalfament ohmic, que és proporcional al quadrat del corrent, queda un romanent de temperatura que en un sentit de circulació del corrent és positiu i negatiu en el sentit contrari. L'efecte depèn dels metalls que formen la unió.

Fig. 1.6.2. Representació esquemàtica de la mesura de temperatura amb termopars


106

La combinació dels dos efectes Peltier i Thompson, és la causa de la circulació de corrent al tancar el circuit en el termopar. Aquest corrent pot escalfar el termopar i afectar la precisió en la mesura de la temperatura, pel que durant la mesura ha de fer-se mimin el seu valor.

Estudis realitzats sobre el comportament de termopars han permès establir tres lleis fonamentals:

1 . Llei del circuit homogeni. En un conductor metàl·lic homogeni no pot sostenir-se la circulació d'un corrent elèctric per l'aplicació exclusiva de calor.

2 . Llei dels metalls intermedis. Si en un circuit de diversos conductors la temperatura és uniforme des d'un punt de soldadura 'A' a altre 'B', la suma algebraica de totes les forces electromotrius és totalment independent dels conductors metàl·lic intermedis i és la mateixa que si es posessin en contacte directe 'A' i 'B'.

3 . Llei de les temperatures successives. La f.e.m generada per un termopar amb les seves unions a les temperatures T1 i T3 és la suma algebraica de la f.e.m. del termopar amb les seves unions a T1 i T2 i de la f.e.m. del mateix termopar amb les seves unions a les temperatures T2 i T3 .

Per aquestes lleis es fa evident que en el circuit es desenvolupa una petita tensió contínua proporcional a la temperatura de la unió de mesura, sempre que hagi una diferència de temperatures amb la unió de referència.

Fig. 1.6.3. Components d’un termopar.


107

1.6.2.1 Composició química i tipus de termopars

Hi ha 7 tipus de termopars coneguts com I, S, T, J, K, B i R la seva composició

química vària i a continuació te la dono en una taula.

Taula 6.1.1. Composició química dels termopars.

Cap assenyalar que el termopar tipus I pot usar-se al buit o en atmosfera inert o mitjanament oxidant o reductora. aquest termopar posseeix la f.e.m mes alta per variació de temperatura i pot usar-se per a amidar temperatures entre -200 a +900ºc.

El termopar tipus T, té una elevada resistència a la corrosió per humitat atmosfèrica o condensació i pot utilitzar-se en atmosferes oxidants o reductora pot amidar temperatures entre -200 a +260ºc .

El termopar tipus J, és adequat en atmosferes amb escàs oxigeno lliure. La oxidació del fil de ferro augmenta ràpidament per sobre de 550ºc, sent necessari un major diàmetre del fil fins a una temperatura limiti de 750ºc

El termopar tipus K, es recomana en atmosferes oxidants i a temperatures de treball entre 500 i 150ºc. No ha de ser utilitzat en atmosferes reductores ni sulfuroses tret que aquest protegit amb un tub de protecció.

Els termopars tipus R, S i E s'empren en atmosferes oxidants i temperatures de treball de fins a 1500ºc. Si la atmosfera és reductora, el termopar ha de protegir-se amb un tub ceràmic estanc.

El material del tub de protecció ha de ser l'adequat per al procés on s'apliqui i sol ser de ferro o acer sense soldadures, acer inoxidable, iconel, carbur de silici, etc.


108

1.6.2.2 Altres tipus de termopars

En la actualitat s’han fet investigacions en termopars fabricats amb ambdós braços

sense aliatge amb el fi de eliminar els efectes de la inestabilitat i graduants de la temperatura deguts als canvis no uniformes en la composició de l’aliatge, causats per la exposició de les altes temperatures. Alguns d’aquests termopars son: El termopar de “platí - or” que te magnifiques característiques termoelèctriques, gran estabilitat, exactitud i alta reproductibilitat. Així com el termopar de “platí - paladio” amb una gran estabilitat.

Els termopars de “tungsteno - renio” i aliatges amb altres materials com: molibdeno, indi i radi, han mostrat una bona resposta a temperatures tant altes com a 2750ºC i poden ser utilitzats, per períodes curts a 3000ºC en atmosferes no oxidants, alguns han sigut codificats com a termopar: A, B, C, D, G, W.

1.6.2.3 Codi de colors El propòsit es establir una uniformitat en la designació dels termopars i cables

d’extensió, per mig dels colors en els seus aïllaments e identificar el seu tipus de composició així com la seva polaritat.

Fig. 1.6.4. Quadre identificatiu de la composició dels termopars per mig dels aïllants.


109

1.6.2.4 Aplicacions industrials dels termopars

Els termopars actualment tenen grans i importants aplicacions industrials ja que

gairebé tots el processos en la indústria requereixen un estricte control de la temperatura i l'ús de termopars ajuda a l’automatització del control de la temperatura ja que es poden implementar programes que executin accions especifiques depenent de la temperatura que es tingui en un moment donat del procés industrial. Però l'assumpte radica a distingir com va a efectuar-se el contacte del termopar amb la variable a amidar és a dir certs processos industrials generen reaccions químiques radioactives o excessivament calorífiques o en ocasions perilloses per als humans en aquestes circumstàncies el control ha de ser a distància i es deuen implementar extensions que requereixen una cura excessiva d'altra banda al termopar se li deu posar una beina de protecció que el protegeixi però que al mateix temps no perjudiqui la lectura del mateix.

Llavors exposaré breument els tipus de beines de protecció que s'usen i que situacions industrials es deuen usar i també les extensions que es poden connectar als termopars i com connectar-les.

Primer parlarem de les extensions , els cables de extensió són conductors amb propietats elèctriques similars a les dels termopars fins a certs limitis de temperatura i so mes econòmics. Se solen utilitzar els següents :

- Conductors tipus J per a termopars tipus J.

- Conductors tipus K o tipus T parell termopars tipus K.

- Conductors tipus T per a termopars tipus T.

- Conductors tipus E per a termopars tipus E.

- Conductors coure - coure níquel per a termopars tipus R, Sota B.

Les connexions entre el cable de compensació, el termopar i l'instrument han de ser perfectes, sense entroncaments en el cable de compensació, utilitzant el fil correcte i el conjunt de la instal·lació ha d'evitar el pas pròxim per fonts de calor (apareix l'efecte Thompson) si aquestes recomanacions no es compleixen apareixen tensions tèrmiques de corrent continu que donen lloc a un desplaçament en la calibració de l'instrument .


110

El termopar és susceptible al soroll elèctric industrial degut al fet que durant el seu funcionament pot generar tensions de 2 a 50 mV i es troba en un entorn on les grans maquines elèctriques poden crear centenars de mV en el cable de connexió. D'altra banda el termopar treballant com una antena pot recollir radiació electromagnètica de ràdio televisió i microones. D'aquí que es requereixi que els cables de connexió estiguin torts i dintre d'una funda metàl·lica que es posa a terra , que la unió de mesura d’aquest posada a terra i que l'amplificador tingui una bona relació senyal/soroll.

Referent a la beines de protecció depèn del procés industrial és el tipus de beina que es va a usar per exemple en el procés de fabricació del ciment en la sortida dels alts forns s'usa una beina de iconel, ferro o també pirometres de radiació (un pirometre és un dispositiu que centra la calor en un sol punt parell per a facilitar la lectura de la temperatura). Altres exemples que esmentar és en el procés de fabricació de la ceràmica en els forns s'utilitzen proteccions ceràmiques o pirometres de radiació en el procés de esmaltació i vitreo s'usen beines de iconel o ferro. En el procés de fabricació d'aliments s’utilitza acer inoxidable com a beina i en els processos petroquímics gairebé en tots els processos s'usa acer inoxidable. I en processos de fabricació que excedeixi els 1000ºC s'usa carbur de silici.

1.6.2.5 Linealitat entre la temperatura i el voltatge

La linealitat entre la temperatura i el voltatge de sortida en molts tipus de termopars

no es molt bona. La relació temperatura-voltatge es pot aproximar per lo general mitjançant una equació de la forma

(1.6.1) 20 BTATV +=

quan la temperatura de la unió de referència es 0ºC. Si es coneixen A y B, s’empren tècniques de linealització que permeten fer correccions al voltatge de sortida donant com a resultat corbes de voltatge que son lineals dins del 1 per cent. Es pot obtenir millor exactitud emplenant el polinomi de la sèrie de potencies.

(1.6.2) nnvavavavavaaT ++++++= ...4

43

32

210

on T = temperatura en º C

v = voltatge del termopar

a = coeficients del polinomi únics per a cada termopar

n = ordre màxim del polinomi


111

Taula 6.1.2. Taules utilitzades per veure la linealitat dels termopars.


112

1.6.3 Sensors de posició

1.6.3.1 Encoders incrementals

Fig. 1.6.5. Encoders

Els codificadors òptics o encoders incrementals consten, en la seva forma més simple, d'un disc transparent amb una sèrie de marques opaques col·locades radialment i equidistant entre si d'un sistema d'il·luminació en el qual la llum és projectada de forma correcta, i d'un element fotorreceptor. L'eix la posició del qual es vol amidar va acoblat al disc transparent. Amb aquesta disposició a mesura que l'eix giri s’aniran generant polsos en el receptor cada vegada que la llum travessi cada marca, i duent un compte d'aquests polsos és possible conèixer la posició de l'eix.

Existeix, no obstant això, el problema de no saber si en un moment donat aquest està realitzant un gir en un sentit o en un altre, amb el perill que suposa no estar contant adequadament. Una solució a aquest problema consisteix a disposar d'altra franja de marques desplaçada de l'anterior de manera que el tren de polsos que amb ella es generi aquest desplaçat 90° elèctrics pel que fa al generat per la primera franja.

D'aquesta manera, amb un circuit relativament senzill és possible obtenir un senyal addicional que indiqui com és el sentit de gir, i que actuï sobre el comptador corresponent indicant que incrementa o disminueix el compte que s'està realitzant. És necessari a més disposar d'una marca de referència sobre el disc que indiqui que s'ha fet una volta completa i que, per tant, s'ha de començar el compte de nou. Aquesta marca serveix també per a poder començar a contar després de recuperar-se d'una caiguda de tensió.

Fig. 1.6.6. Esquema de funcionament del codificador angular de posició Encoder


113

La resolució d'aquest tipus de sensors depèn directament del nombre de marques que es poden posar físicament en el disc. Un mètode relativament senzill per a augmentar aquesta resolució és, no solament comptabilitzar els flancs de pujada dels trens de polsos, sinó comptabilitzar també els de baixada, incrementant així la resolució del captador, podent-se arribar, amb ajuda de circuits addicionals, fins a 100,000 polsos per volta.

Fig. 1.6.7. Taula d’estats d’un encoder incremental amb sortida en quadratura

1.6.3.2 Encoders absoluts

El funcionament bàsic dels codificadors o encoders absoluts és similar al dels

incrementals. Es té una font de llum amb les lents d'adaptació corresponents, un disc graduat i uns fotorreceptors. En aquest cas, el disc transparent es divideix en un nombre determinat de sectors (potència de 2), codificant-se cadascun d'ells segons un codi binari cíclic (normalment codi Gray) que queda representat per zones transparents i opaques disposades radialment.

No és necessari ara cap comptador o electrònica addicional per a detectar el sentit del gir, doncs cada posició (sector) és codificat de forma absoluta. La seva resolució és fixa, i vindrà donada pel numero d'anells que posseeixi el disc graduat. Resolucions habituals van des de 28 a 219 bits (des de 256 a 524288 posicions distintes). Normalment aquests sensors s'acoblen a l'eix d'un motor. Considerant que en la major part dels casos entre l'eix del motor i el de l'articulació se situa un reductor de relació N, cada moviment de l'articulació es vora multiplicat per N al ser amidat pel sensor. Aquest augmentés així la seva resolució multiplicant-la per N.

Fig. 1.6.8.Composició interna d’un encoder absolut


114

Aquest problema se soluciona en els encoders absoluts amb la utilització d'altre encoder absolut més petit connectat per un engranatge reductor al principal, de manera que quan aquest giri una volta completa, el codificat addicional avancés una posició. Són els denominats encoder absoluts multivolta.

Aquesta mateixa circumstància originarà que en el cas dels codificadors incrementals el senyal de referència o marca de zero, sigui insuficient per a detectar el punt origen per al compte de polsos, doncs haurà N possibles punts de referència per a un gir complet de l'articulació. Per a distingir com d'ells és el correcte se sol utilitzar un detector de presència denominat sincronisme.

Quan es detecta la commutació de presència o absència de peça, o viceversa, s'atén al encoder incremental, prenent-se com posició d'origen la corresponent al primer pols de marca de zero que aquell generi. Els encoders poden presentar problemes mecànics a causa de la gran precisió que s'ha de tenir en la seva fabricació. La contaminació ambiental pot ser una font d'interferències en la transmissió òptica. Són dispositius particularment sensibles a cops i vibracions, estant el seu marge de temperatura de treball limitat per la presència de components electrònics.

1.6.3.3 Tipus d’encoders

1.6.3.3.1. Encoders lineals

Es troben per tant més sovint els encoders lineals exposats en les màquines de precisió, mentre que els encoders lineals segellats s'usen àmpliament en les eines de les màquina tallants de metall.

Fig. 1.6.9. Encoder lineal usat en màquines tallants

Freqüentment, el encoder està massa fix a la màquina. En els motors lineals, això pot produir algun tipus de fallada. Sovint és falsament suposat que la falla aquesta en el propi encoder lineal.

És més, ha d'assegurar-se que el encoder lineal no es trobi malament subjectat a la màquina, i així evitar situacions de vibració. En particular, els punts de vibració màxima han de ser evitats.


115

1.6.3.3.2. Encoders rotatius

Els encoders rotatoris s'empren quan es necessiten una exactitud i resolució molt altres.

Fig. 1.6.10. Encoder rotatiu

El encoder incremental rotatori proporciona altes exactituds. Això els fa aplicables

en sectors com el tèxtil, on han de sincronitzar-se estretament els cilindres de la impressió per a guardar els colors en el registre.

Fig. 1.6.11. Encoder incremental rotatiu

En la figura es pot veure una secció d'un encoder en construcció, il·lustrant-se

alguns dels trets que contribueixen a l'alta exactitud. Es connecta l'arbre del motor rígidament al rotor del encoder, sovint a través del seient cònic generalment preferit. En acoblaments d'aquest tipus els cargols es munten de manera que compensin les desviacions en la excentricitat entre la pestanya del encoder i motor.

Els encoders rotatoris empren diverses tècniques per a assegurar alts rendiments d'exactitud. Aquestes tècniques involucren l'ús d'acoblaments rígids entre el encoder i arbre del motor, la compensació per a les temperatures altes, i la filtració òptica de la forma assenyalada.


116

L'ús de la interpolació és imperatiu per a aconseguir una bona exactitud. Una

manera de garantir tal qualitat, s'ha determinat en l'ús de filtració òptica en el encoder. Aquesta filtració consisteix en la representació d'una integració en els signes rebuts. L'exactitud millora ja que la integració deixa fora les imperfeccions petites en l'arrencada. La forma de senyal es perfecciona usant un mètode especial per a eliminar els components assenyalats a causa de llum diferent.

Les òptiques de encoder poden suportar temperatures entre 100 i 120 graus C. En

conseqüència, han de dur les fonts lleugeres especialment dissenyades perquè puguin resistir aquestes temperatures. També es regula la intensitat per a compensar per alt la caiguda de temperatura fora de la sensibilitat de les cèl·lules fotovoltaiques utilitzades en el encoder.

Aquestes cèl·lules se seleccionen perquè conservin les qualitats operant gairebé

idèntiques per sobre de la temperatura. Això també promou l'exactitud alta en la interpolació dels signes del encoder. Altre factor crucial per a l'exactitud, és l'acoblament rígid està entre el encoder i arbre del motor. La manera convencional de connectar un encoder a un arbre de motor és amb un acoblament localitzat en el rotor del encoder. El problema és que aquest acoblament comprèn un sistema de massa que quan arriba a la seva freqüència natural li fa perdre estabilitat. Una bona alternativa és localitzar l'acoblament en el costat del estator del encoder. Els acoblaments del rotor també es poden compensar per a aquests efectes, però pot induir a errors en el mesurament de 40° graus en el procés.


117

1.6.4 Sensors de força

1.6.4.1 Cèl·lules de càrrega

Fig. 1.6.12. Cèl·lula de carga.

Una de les tècniques mes utilitzades en la indústria per a la mesura de forces és la

utilització de Cèl·lules de Càrrega (“Lloeu Cells”).

La Cèl·lula de Càrrega és un dispositiu en l'interior del qual es troba una peça elàstica de forma variable, generalment metàl·lica, sobre la qual es transmet la força aplicada. Aquesta força provoca una deformació en la peça que és amidada mitjançant galges extensiomètriques muntades generalment en pont de quatre branques actives (dues en compressió i dues en extensió). Atès que la peça elàstica ha estat calibrada en fàbrica, podem conèixer la força aplicada mitjançant la mesura de la deformació per les galges.

Des del punt de vista elèctric, aquests dispositius permeten l'accés als 4 nodes del pont; dos s'utilitzaran per a l'alimentació del pont (generalment una tensió de referència , i els altres dos es prenen com terminals de sortida, tensió proporcional a la deformació de la peça (per tant per força aplicada) i a la tensió de referència aplicada en els terminals d'alimentació.

(1.6.3) FKVrefV ··0 =

La sensibilitat d'una cèl·lula de càrrega se sol donar en mV/Volt. Aquesta relació expressa la sortida en mV que tindrà el dispositiu quan vam aplicar la força corresponent al fons d'escala per cada volt aplicat a l'alimentació.


118

Fig. 1.6.13. Model d’una cèl·lula de carga.

Per exemple si la cèl·lula posseeix les següents característiques nominals:

- Rang d'Entrada: 0 – 20 Kg peso.

- Sensibilitat: 2 mV/V.

Això vol dir que si apliquem una força pes de 20 Kg, la sortida serà (nominalment) de 2 mV per cada volt aplicat entre els terminals d'alimentació. En el cas de la pràctica la tensió de referència és de 8 volts, amb la qual cosa l'expressió (relació V0 enfront la força) seria:

(1.6.4) )(··1.0)(··1.0·8·· 00 KgF

KgmVVKgF

KgVmVVFKVrefV =⇒==

Per tant per a un pes aplicat entre 0 i 20 Kg la sortida del pont serà nominalment una tensió compresa entre 0 i 16 mV.


119

1.6.4.2 Galges extensiomètriques

Una galga extensiomètrica és un dispositiu electrònic que aprofita l'efecte

“piezoresistiu” per a amidar deformacions. Davant una variació en l'estructura del material de la galga es produirà una variació de la seva resistència elèctrica. Els materials que solen utilitzar-se per a fabricar galges són aliatges de coure i níquel, platí i silici.

El seu principal avantatge és el seu linealitat; també presenten una baixa impedància de sortida. El seu principal desavantatge és la seva dependència de la temperatura, el que provoca que, de vegades, calgui dissenyar circuits electrònics per a compensar aquesta dependència.

Solen aplicar-se a la mesura de forces, de parells d'energia mecànica, deformacions i tensions. Això s'assoleix adherint la galga al material o estructura a estudiar i aplicant càrregues que produeixen una deformació. Conegut el mòdul d'elasticitat del material de l'estructura, mitjançant un assaig de tracció, és possible determinar, a partir de la deformació amidada per la galga, les tensions que es produeixen.

Fig. 1.6.14. Esquema de mesura d’un esforç tallant en una biga.

Fig. 1.6.15. Aplicació en la indústria


120

Si es considera un fil metàl·lic de longitud “l”, secció “A”, i resistivitat “ρ”, sabem

que la seva resistència elèctrica ve donada per:

(1.6.5) AlR ρ=

Si se li sotmet a un esforç en adreça longitudinal, totes les magnituds que

intervenen en l'expressió de la resistència anterior, es veuen afectades segons:

(1.6.6) AA

ll

RR Δ

−Δ

+Δ

=Δ

ρρ

El canvi de longitud que resulta d'aplicar una força “F” al llarg d'una dimensió, en la zona elàstica, ve donat per la Llei de Hooke:

(1.6.7) ,llEE

AF Δ

=== εσ

On la “s” és l'esforç o tensió mecànica, “E” és el mòdul de Young, i “e” és

proporcional en dintre de la εi σdeformació unitària. La relació entre denominada zona elàstica, que no sol ser molt àmplia. La deformació unitària és adimensional, però com altres magnituds de mesura expressades en tant per un, la deformació unitària se sol donar com quocient de dues magnituds amb les mateixes unitats. En aquest cas, la deformació unitària s'expressa en “microdeformaciones”; on cal tenir en compte que:

1 microdeformació = 1 me =10-6 m/m.

El fabricant especifica el valor de la resistència sense deformació, R0, i el factor de sensibilitat de la galga GF (“gage factor”), definit com la raó entre el canvi percentual de resistència i el canvi percentual de longitud o deformació unitària o deformació per fatiga:

(1.6.8) 0

0

//

))((LLRR

kGGFΔΔ

=

La deformació unitària sol notar-se per (igual que la definició originaria):

(1.6.9) 0/ LLΔ=ε

L’ estructura on es munti el sensor ha de posseir el mateix canvi percentual de

longitud que el sensor. En Enginyeria Mecànica s'utilitza la deformació unitària i el mòdul d'elasticitat del material de l'estructura (p.e. una biga), amb la fi de trobar l’esforç (σ), o quantitat de força que actua en un àrea unitària. La unitat per a l'esforç és de lliures per polzada (psi) o Nw/m2.


121

La figura següent mostra un exemple pràctic de disposició del sensor de

deformacions. Quan la barra se sotmet a tensió, el conductor del sensor s'allarga o escurça. En el primer cas la seva resistència augmenta i en el segon disminueix.

Fig. 1.6.16. Esforços en un material amb un sensor de deformacions acoblat.

El següent exemple, il·lustra de forma simple com treballar amb aquestes expressions.

1.6.4.2.1.Aplicació d’una galga extensiomètrica

Un sensor de deformacions amb R0= 120 W, GF= 2, es fixa a una barra de metall provocant DR = 0,001 W. Llavors, la deformació unitària resulta:

(1.6.10) adapuperadespuGFRR

LL lglg1,4

2120001,0

0

0

μ==

Δ

=Δ

Si es considera una peça que posseeixi una dimensió longitudinal “l” i altra

transversal “t”, llavors a aplicar un esforç longitudinal (i transversal) canvien les dues dimensions. La següent expressió relaciona les deformacions unitàries longitudinal i transversal d'una estructura mitjançant el coeficient de Poisson (μ):

(1.6.11) LTLL

TT εμεμ ·

00

=↔Δ

−=Δ

.

El valor del coeficient de Poisson està comprès entre 0 i 0,5 (en termes absoluts). Per exemple, per a una fosa mal·leable pot valer 0,17, per a l'acer 0,303 i per a l'alumini i el coure se situa el seu valor en 0,33. Per a que es conservi el volum te que ser μ=0,5.

En conseqüència, es poden disposar sensors deμconservi el volum ha de ser

deformació en una estructura de pont, com la de la figura, que amidin els desplaçaments longitudinals i transversals.


122

La figura següent mostra un problema que involucra 4 sensors de deformació en un

pont de mesura amb sortida diferencial conduïda cap a un amplificador operacional de precisió molt estès (el model OP-07).

Fig. 1.6.17. Pont de sensors de deformació en estructura cilíndrica, i circuits electrònics de acondicionament de la senyal.

Els valors absoluts dels desplaçaments longitudinals i transversals es relacionen mitjançant les següents equacions:

LT

L

LL

DD

kRRLLK

RR

εμεμ

ε

ε

· (1.6.13)

·· (1.6.12)

00

000

=↔Δ

−=Δ

=Δ↔Δ

=Δ


123

1.6.5 Sensors d’intensitat

1.6.5.1 Efecte Hall

Fig. 1.6.18. Sensor d’intensitat

Es recordarà per la física elemental que l'efecte Hall relaciona la tensió entre dos punts d'un material conductor o semiconductor amb un camp magnètic a través del material. Quan s'utilitzen per si mateixos, els sensors d'efecte Hall sol poden detectar objectes magnetitzats. No obstant això quan s'empren en conjunció amb un imant permanent, són capaços de detectar tots els materials ferromagnètics. Quan s'utilitzen d'aquesta manera, un dispositiu d'efecte Hall detecta un camp magnètic intens en absència d'un material ferromagnètic en el camp proper. Quan dita material es duu a la proximitat del dispositiu, el camp magnètic s'afebleix en el sensor a causa de la curvatura de les línies del camp a través del material.

Els sensors d'efecte Hall estan basats en el principi d'una força de Lorentz que actua sobri uneixi partícula carregada que es desplaça a través d'un camp magnètic. Aquesta força actua sobre un eix perpendicular al plànol establert per l'adreça de moviment de la partícula carregada i l'adreça del camp. És a dir, la força de Lorentz ve donada per F = q(v x B), on q és la càrrega, v és el vector de velocitat, B és el vector del camp magnètic i x és el signe indicatiu del producte vectorial.

Al dur un material ferromagnètic prop del dispositiu d'imant semiconductor disminuirà la intensitat del camp magnètic, amb la consegüent reducció de la força de Lorentz i, finalment, la tensió a través del semiconductor. Aquesta caiguda en la tensió és la clau per a detectar la proximitat amb sensors d'efecte Hall. Les decisions binàries pel que fa a la presència d'un objecte es realitzen establint un llindar de la tensió fora del sensor.


124

A més, la utilització de materials semiconductors permet la construcció de circuits electrònics per a amplificació i detecció directament en el propi sensor, amb el que es redueix la grandària i el cost del mateix. L'efecte Hall s'usa també per a fer sensors de desplaçament, particularment en aplicacions de posició i desplaçament, lineal o rotatori.

vBddEvBvE

EqBvq

EqF

BvqF

HH

H

E

M

==∗−=

−=∗

=

∗=

(1.6.18) (1.6.17)

)( (1.6.16)

(1.6.15)

)( (1.6.14)

rrr

rrr

rr

rrr

Fig. 1.6.19. Esquema de l’efecte Hall

En la següent figura podem veure el circuit representatiu al sensor CSLA1CD

utilitzat en aquest projecte.

Fig. 1.6.20. Connexions sensor intensitat


125

1.6.6 Sensors d’acceleració

Fig. 1.6.21. Acceleròmetre.

El acceleròmetre és un dels transductors més versàtils, sent el més comú el piezoelèctric per compressió.

Fig. 1.6.22. Acceleròmetre piezoelèctric per compressió

Aquest es basa en el principi que quan es comprimeix un reticle cristal·lí piezoelèctric, es produeix una càrrega elèctrica proporcional per força aplicada. Els elements piezoelèctrics estan fets normalment de circonato de plom. Els elements piezoelèctrics es troben comprimits per una massa, subjecta a l'altre costat per un moll i tot el conjunt dintre d'una caixa metàl·lica. Quan el conjunt és sotmès a vibració, el disc piezoelèctric es veu sotmès a una força variable, proporcional a l'acceleració de la massa. A causa del efecte piezoelèctric es desenvolupa un potencial variable que serà proporcional a l'acceleració. Aquest potencial variable es pot registrar sobre un oscil·loscopi o voltímetre. Aquest dispositiu juntament amb els circuits elèctrics associats es pot usar per a la mesura de velocitat i desplaçament a més de la determinació de formes d'ona i freqüència.

Fig. 1.6.23. Model simple del efecte piezoelèctric dins d'un polaritzat artificial de ceràmica. La càrrega q es

recollida entre les superfícies


126

Un dels avantatges principals d'aquest tipus de transductor és que es pot fer tan petit que la seva influència sigui menyspreable sobre el dispositiu vibrador. L'interval de freqüència típica és de 2 Hz a 10 kHz. S'utilitza en instrumentació, per a detectar defectes en màquines rotatives, predient per exemple el mal estat d'un rodament o coixinets abans que es provoqui l'avaria. En bombes impulsores de líquids detecten els fenòmens de cavitació que premen a unes freqüències característiques.

Els acceleròmetres electrònics són fabricats per a amidar l'acceleració en una, dues o tres dimensions. De manera que sigui possible amidar l'acceleració en cada eix. Aquesta característica permet amidar la inclinació d'un cos, ja que és possible determinar amb el acceleròmetre la component de l'acceleració provocada per la gravetat que actua sobre el cos. També és usat per a determinar la posició d'un cos, doncs al conèixer-se la seva acceleració en tot moment, és possible calcular els desplaçaments que va tenir. Considerant que es coneixen la posició i velocitat original del cos sota anàlisi, i sumant els desplaçaments amidats es determina la posició.

Es construeix unint una massa m a un dinamòmetre l'eix del qual està en la mateixa adreça que l'acceleració. Per la Llei Fonamental de la Dinàmica o Segona Llei de Newton, se sap que:

(1.6.19) amF rr·=

on Fr

representa les forces que actuen sobre la massa m i ar és l'acceleració. Atès que el dinamòmetre indica el mòdul de F

r, i el valor de m és una característica de l'instrument, es

pot conèixer el mòdul de l'acceleració ar :

(1.6.20) mFar

r=

El rang de freqüències del acceleròmetre és molt ample i s'estén des de freqüències molt baixes en algunes unitats fins a diverses desenes de kHz. La resposta d'alta freqüència està limitada per la ressonància de la massa sísmica, juntament amb l'elasticitat del piezo element. Aquesta ressonància produeix un bec important en la resposta de la freqüència natural del transductor, i això es situa normalment al voltant de 30 kHz per als acceleròmetres que s'usen normalment. Una regla general és que un acceleròmetre es pot usar al voltant de 1/3 de la seva freqüència natural. Dades dalt d'aquesta freqüència s'accentuaran degut la resposta ressonant, però es poden usar si es pren en compte aquest efecte.

La majoria dels acceleròmetres que avui en dia s'utilitzen en la indústria són del tipus "PCI", el que vol dir que tenen un preamplificador intern de circuit integrat. Aquest preamplificador rep la seva energia de la polarització del corrent directe pel filferro del mateix senyal, així que no es necessita filferratge suplementari. L'aparell amb que està connectat ha de tenir la seva força de corrent directe disponible per a aquest tipus de transductor. El acceleròmetre PCI tindrà un limit de baixa freqüència, a causa del mateix amplificador i aquest es situa generalment a 1 Hz per a la majoria de les unitats disponibles comercialment. Algunes unitats van ser dissenyades especialment per a anar fins a 0,1 Hz si es necessita dades de molt baixa freqüència.


127

Quan es connecta un acceleròmetre PCI a la font de energia, l'amplificador necessita uns segons per a estabilitzar-se. Durant aquest temps qualsevol dada que la unitat recollirà serà contaminat per les lentes variacions del voltatge. Per aquesta raó, els recopiladors de dades deuen tenir un retard integrat, per a assegurar que la unitat està en condició estable. Si el retard és massa breu, la forma d'ona de temps tindrà una rampa de voltatge en forma exponencial superposada sobre les dades i en l'espectre es veurà una característica creixent de molt baixa freqüència de vegades cridada baixada de esquí. Aquest s'ha d'evitar, ja que compromet el rang dinàmic del mesurament.

Fig. 1.6.24. Resposta de freqüència del acceleròmetre

La freqüència de ressonància d'un acceleròmetre depèn molt del seu muntatge. Per això es te que tenir en conte la sensibilitat transversal d’aquest sensors. El millor tipus de muntatge sempre és el muntatge amb botó, tota la resta limitarà el rang de freqüència efectiu de la unitat. Quan es col·loca un acceleròmetre és important que la ruta de vibració des de la font cap al acceleròmetre sigui la més curta possible, especialment si s’està mesurant la vibració en rodaments amb elements rotatius.

Fig. 1.6.25 Representació vectorial de la sensibilitat transversal


128

1.6.6.1 Aplicació d’un acceleròmetre Considerar els dos sistemes de mesura següents:

Fig. 1.6.26 Amplificador de tensió diferencial i un amplificador de càrrega.

Tots dos mesuren la deformació mecànica d’un determinat cristall piezoelèctric. En

el primer sistema s’utilitza un amplificador de tensió diferencial i en el segon un amplificador de càrrega.

1. Determinar Vo / Xi (jw) en cada cas. 2. Realitzar la representació de Bode. 3. De quina forma depenen, les dos funcions de transferència, respecte de la longitud

del cable i respecte de la freqüència? 4. Quina es la sensibilitat (V/mm) en els dos casos. 5. Com es mesuraria la freqüència més baixa que es pugui mesurar amb un error del

5% en el primer sistema?

rq

rcq

RRR

CCCC

// (1.6.22)

(1.6.21)

=

++=

Fig. 1.6.27 Circuit


129

τω

ωωωω

ω

τττ

1;1

·)( (1.6.27)

1··)·/(· (1.6.26)

1····

1·)( (1.6.25)

)1(·· (1.6.24)

(1.6.23)

0

0

0 =→+

=

+⇒=

+=

+=⇒

+=⇒+=⇒+=

==

j

jCK

jxv

DDCKCR

DCRDKR

RCD

DKDx

V

vR

CDxDKRv

dtdvC

dtdxKiii

dtdxK

dtdqi

o

o

ooo

rccr

cr

Fig. 1.6.28 Circuit

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛− −

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+

=

=⇒−=

−=−=

⎪⎪⎭

⎪⎪⎬

⎫

==

=

0

1º90

2

0

0

1

·)( (1.6.31)

)( (1.6.30)

1, (1.6.29)

(1.6.28)

ωωω

ω

ωω

ω

ω

tg

o

oo

oo

CK

jxv

CKj

xvx

CKv

qC

vdtdvC

dtdq

dvdti

dvdqC

dtdqi


130

ω < ω0:

(1.6.32) 0

0 ·log20·log20·log20ωω

+=CK

xv

ω > ω0:

(1.6.33) CK

xv

·log20·log20 0 =

Fig. 1.6.29 Diagrama de Bode.

1.6.6.2 Acceleròmetre per a vibracions

M: Massa inercial

K: cnt elasticitat

B: Fricció

Fig. 1.6.30. Esquema d’un acceleròmetre


131

KxdtdxB

dtxdMaMF

sss

ax

dtxdtax

dtdx

dtxd

++==

++=

==++

2

2

200

2

20

2

22

002

2

· (1.6.36)

2)( (1.6.35)

)(2 (1.6.34)

ωξωω

ωξω

Fig. 1.6.31 Representació de ω0 i ωn

KMB

KMB

KM

MB

MB

MK

MBMK

MKs

MBs

sax

··

21

·21·

21·2 (1.6.38)

··2

1)( (1.6.37)

2

2

2

0

20

2

===⇒=

⎪⎪⎩

⎪⎪⎨

⎧

=

=

++=

ξξ

ωξ

ω


132

1.6.7 Sensors d’inducció

Fig. 1.6.32. Sensor d’inductància

El mesurador de LCR 1920 és un instrument d'alt rendiment, dissenyat per a realitzar mesures d'impedància ràpides i automatitzades, en una varietat de components electrònics i materials. L'instrument té una especificació d'exactitud bàsica de 0.1 % per a resultats de prova precisos sobre un ampli rang de freqüències des de 20Hz fins a 1MHz. A més dels 15 paràmetres d'impedància, el mesurador de LCR 1920 també és capaç d'amidar resistència de CD, així com monitoritzar el voltatge o corrent en la unitat sota prova. La unitat incorpora una manera de prova de seqüència distintiva, permetent desenvolupar ràpid fins a 6 proves diferents, amb un simple comando d'inici. A més, compta amb interfaç de comunicació IEEE-488, RS-232 i la interfaç manual com opcions estàndard. 20 paràmetres de mesurament: Amiden i mostren 2 de 15 paràmetres d'impedància simultàniament, amb una exactitud bàsica de 0.1%. A més, el mesurador de LCR 1920 pot amidar la resistència CD o mostrar el corrent o el voltatge a través de la unitat de prova, assegurant a l'operador condicions reals de prova.

Àmplia gamma de freqüències: Mes de 27.000 freqüències de prova programades per l'usuari, per a caracteritzar àmpliament als dispositius sobre el rang de 20Hz a 1MHz.

Seqüència de prova automàtica: Per a incrementar la productivitat a través del mesurador de LCR 1920, es poden desenvolupar fins a 6 diferents proves de seqüència amb solament polsar el botó d'inici. Cada prova pot tenir diferents paràmetres de mesurament, condicions de prova i límits. Voltatge de polarització de CD: La font interna de voltatge de polarització de CD de l'instrument, programable de 0V a 2V en passos de 1mV, permet als capacitors ser provats sota condicions reals de voltatge de polarització de CD.

Configuració emmagatzematge/recuperació: L'usuari té la possibilitat d'emmagatzemar i recuperar de la memòria interna, fins a 30 proves úniques i 10 configuracions seqüencials (sis proves en seqüència.) El pannell frontal pot ser inhabilitat, amb contrasenya de protecció, per a assegurar que els procediments utilitzats siguin els mateixos en cada prova.

Factor de correcció: Millora substancialment l'exactitud de l'instrument, permetent-li a l'operador especificar el valor d'un estàndard conegut, amidar-lo i aplicar una correcció en el mesurament en les proves següents. Impedància de la font programable: L'operador pot establir la impedància de font de l'instrument en 5, 25, 50 o 100 ohms, una característica important quan es comparen mesures amb altres realitzades en altres instruments de prova. Els resultats de les mesures poden variar considerablement, basat solament en la impedància de font del mesurador usat.


133

Les principals característiques són:

- 20 paràmetres de mesurament.

- Rang de freqüència de 20Hz a 1MHz.

- Exactitud de mesurament bàsica de 0.1%.

- Velocitat de mesurament fins a 40/seg.

- Mesurament de resistència de CD.

- Monitoritzat de voltatge y corrent en la unitat baix prova.

- Resolució de mesurament de 5 dígits.

- Voltatge de polarització de CD programable 0-2V.

- Voltatge constant (nivell de voltatge).

- Interfaç IEEE-488 y RS232, control remot inclosos.

- Ajusta a zero en circuit obert/curt i compensació del cable.

- Factor de corrent.

- 14 classificacions de pasa/falla.

- Inhabilitació del teclat.

1.6.7.1. Un circuit LCR

Consisteix en una inductància L, un condensador C i una resistència R col·locats en sèrie. Sigui x(t) a la càrrega acumulada en el condensador. Per a donar-li signe haurem escollit un "costat +" en el condensador, el que determina un sentit positiu en el circuit, de manera que la intensitat en aquest sentit és x’(t) , i les diferencial de potencial VL, VC, VR s'amiden d'acord amb ell. Les següents igualtats defineixen llavors els paràmetres del circuit, i les unitats d’aquests i de les variables dinàmiques x, y = x´:

(1.6.41)'' (1.6.40)' (1.6.39)/

LxvLainductànciRxvRaresistenciCxvCcapacitat

L

R

C

=⇒=⇒

=⇒

La relació obvià (1.6.42) 0 = vL + vC + vR = Lx´´+ x/C + Rx´ es converteix en

(1.6.43) ⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡yx

LRLCyx

//11

''

, amb autovalors

(1.6.44) ⎪⎩

⎪⎨⎧

≥=+−

<=+±−=

CLRsiLCLRambCLRsiLCLRambiR

/4/1)2/(/4/1)2/(_

2 222

222

ββ

ωωλ

En el primer cas, el circuit oscil·la amb freqüència ω/2π Hz, i una amplitud que va disminuït per el factor (-αt), α = R/2L. En el segon cas (major autovalors real = -α + β) es diu que el circuit esta sobreamortigüament


134

1.6.7.2. Valors escollits per a la simulació.

Si fixem C = 1μF, L < 50mH (que son valors “raonables”, les unitats F i H son

“enormes”), tenim aquestes freqüències quan R = 0:

L(en mH) Freqüència(en cicles/ms)

50 0.7

25 1.0

10 1.6 Taula 6.1.3 Freqüència en funció de la inductància.

De forma que 1mseg es més o menys el temps característic del circuit(el temps en el que transcorre el que ens interessa observar); suposem que L = 25mH; per a que en 1 ms no s’hagi esvaït la oscil·lació, el factor exp (-αt) = exp (-R/50) no hauria de ser petit; per a això R deu mantenir-se en el ordre dels 100Ω. Tot això explica les escales i els rangs escollits per la finestra de paràmetres L, R, així com les finestres dinàmiques i la de autovalors:

- En la de paràmetres es mostren les corbes que corresponen a ω = 0 (el cas “críticament amortitzat”) i a les freqüències 400, 800, 1200, 1600 Hz;

- En la de autovalors es mostren els de les matrius

(1.6.45) ⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−−

=LRLC

S//1

11000

1

que dona la evolució en 1 ms (si son complexos, sols es mostra el que té ξ(λ) > 0)

- Es calcula, i es mostra en dos finestres, la evolució durant 2 ms, amb condició inicial de “interruptor obert”, es a dir amb x´ = 0; la carrega inicial es llavors un factor de escala irrellevant, i s’ha preferit usar en el seu lloc el voltatge inicial vC = 1 volt, que si que es una unitat “realista” per a un petit circuit. Les finestres son:

o El pla de fases (x, vC), en el que veiem la trajectòria del circuit en aquestos 2mseg;

o El pla (t, vC), en el que veiem la evolució temporal de vC (t) = x (t) / C.


135

1.6.7.3. Exemples d’oscil·lacions

1.6.7.3.1. Oscil·lació amortitzada

Fig.1.6.33. Oscil·lació amortitzada

1.6.7.3.2. Menys amortitzada

Fig.1.6.34. Menys amortitzada


136

1.6.7.3.3.Una sobreamortitzada

Fig.1.6.35. Sobreamortitzada


137

1.7 – Conclusions

Com a conclusió sobre els motors lineals destacaria la eliminació dels components

mecànics de les transmissions ja que proporcionen un important increment en els nivells de velocitat, acceleració i precisió a alta velocitat, la qual cosa presenta evidents avantatges, obrint-los un ampli camp d'aplicació i de futur. No obstant això, la necessitat de dissipació de la calor que es genera o els elevats costos que suposen les solucions basades en motors lineals fan que encara no estiguin més expandits dins del mon de la indústria. Des de el meu punt de vista es necessari seguir de prop l'evolució d'aquesta tecnologia i tenir-la en compte a l'hora de realitzar nous desenvolupaments.

Referent als objectius del present projecte m’agradaria d’estacar que s’ha centrat en fer un seguiment de diferents variables com son: intensitat, tensió, força, velocitat, temperatura, camp magnètic, posició, acceleració i potència les quals influiran al disseny d’una forma o altra. També en l’adquisició de les variables, el modelat del motor i la selecció específica de cada sensor i instrument utilitzat.

Pel que fa a l’adquisició es realitza de forma virtual, mitjançant el software LabView. Això facilita molt la feina ja que el programa realitzat està pensat per a que reculli dades cada cert temps i les imprimeixi a un .txt que després podrem importar a Excel per a obtenir diagrames o el que desitgéssim. Tenint en conte la velocitat d’adquisició de la targeta i la comoditat que suposa que totes les dades desitjades quedin registrades a l’ordinador de forma digital, sense cap dubte aquest mètode de treball es el més adequat ja que estem guanyant molt de temps per que tot es realitza de forma automàtica i també molt important la comoditat que l’hi suposa a l’operari en qüestió.

La utilització del software dissenyat és molt simple. Està pensat per a simplificar la feina als operaris i fer que tothom ho pugui entendre. Els instruments virtuals, s’ha intentat que siguin una reproducció dels originals, tant per l’estètica com per qui està acostumat a treballar amb l’instrument real. Per lo tant, aquests son aspectes importants i que es tenen en conte alhora de comprar un programa que ja estigui dissenyat.

L’únic aspecte negatiu d’adquirir un disseny com aquest seria la inversió a realitzar ja que la compra d’un software nou, les llicencies per a que tot estigui legal, ordinadors i sobretot el programa dissenyat, te un cost prou elevat. Però bé, depenent de l’ús que es faci es pot amortitzar ràpid i s’ha de pensar en la comoditat dels treballadors així com reduir temps, dos aspectes que bé directament o indirectament també treuen el seu benefici.

El modelat del motor s’ha realitzat per a poder treballar amb el simulink del Matlab, tenint així la possibilitat de realitzar un anàlisis i una simulació per a trobar diferents paràmetres que influiran en el disseny a realitzar.


138

El multimetre i el generador de funcions seleccionats son dos instruments d’una relació qualitat preu molt bona, ja que disposen de factors importants, sobretot el connector GPIB. L’oscil·loscopi tenia que ser digital pel major nombre de funcions que proporciona, com per exemple: les captures de transitoris, les mesures automàtiques de valors de pic, etc.

Ja per finalitzar les conclusions referents a la memòria, es podria dir que la selecció dels sensors es molt important tenir present la funcionalitat que tenen que realitzar, ja que d’això dependrà de quin material ha d’estar fabricat i per lo tant el seu preu variarà molt. També en quines condicions treballaran ja que hi ha diferents tipus d’encapçalats i al igual que en el material les diferencies de preus son notables.

Aquest projecte vull deixar ben clar que sols es un inici. Els objectius marcats inicialment han variat molt degut a la velocitat en que es desenvolupava el disseny del motor. La finalitat era poder treballar amb el motor i obtenir dades i gràfiques reals en les que poder incloure al projecte. Com no a pogut ser així s’han marcat altres objectius assolint una documentació adaptable al nivell estipulat. De totes formes aquest objectius estant ben clars i s’han aconseguit sense cap dubte.

Algunes de les carències d’aquest projecte podrien ser les de la part de control o també haver posat en funcionament tota la instrumentació dissenyada, però com es evident i ja he anomenat abans ja serien objectius propis d’un altre projecte. El volum d’aquestes dos carències acompanyades de que el prototip no està finalitzat es una justificació clara de per que aquest projecte sols es un inici tal i com havia dit anteriorment.

Sistema d’instrumentació de mesura i test d’un prototip de motor lineal Plànols

2. PLÀNOLS


140

INDEX DELS PLÀNOLS Capítol Pàgina

2.1- Plànols dels sensors

Nº1- Acceleròmetre....................................................................................141

Nº2- Sensor d’intensitat..............................................................................142

Nº3- Cèl·lula de càrrega..............................................................................143

Nº4- Encoder...............................................................................................144


141


142


143


144

Sistema d’instrumentació de mesura i test d’un prototip de motor lineal Pressupostos

3. PRESSUPOSTOS


146

INDEX DELS PRESSUPOSTOS Capítol Pàgina

3.1.- Quadre de mesura........................................................................................147 Capítol 1. Sensors.......................................................................................147

Capítol 2. Software.....................................................................................147

Capítol 3. Instruments.................................................................................147

Capítol 4. Adquisició..................................................................................147

Capítol 5. Computadora..............................................................................148

Capítol 6. Mà d’obra...................................................................................148

3.2.- Quadre de preus...........................................................................................148

3.3.- Pressupost......................................................................................................149 Capítol 1. Sensors.......................................................................................149

Capítol 2. Software.....................................................................................149

Capítol 3. Instruments.................................................................................149

Capítol 4. Adquisició..................................................................................149

Capítol 5. Computadora..............................................................................150

Capítol 6. Mà d’obra...................................................................................150

3.4.- Resum del projecte.......................................................................................150


147

3. PRESSUPOSTOS

3.1 Quadre de mesura

CAPÍTOL 1. SENSORS

DESCRIPCIÓ QUANTITAT UNITAT Cèl·lula de carrega monocèl·lula BL/BL-C 1 U Transductor de corrent LA100-P,100A 1 U Termopar K vaina acero inox.,1.5mmx0.15m 1 U Mesurador LCR de precisió 1920 1 U Encoder incremental 1 U Accelerometre ATEX 4-20mA, 0-25mm/sec 1 U

CAPÍTOL 2. SOFTWARE

DESCRIPCIÓ QUANTITAT UNITAT Software LabView 6.1 1 U

CAPÍTOL 3. INSTRUMENTS

DESCRIPCIÓ QUANTITAT UNITAT Generador de funcions HP33120A 1 U Multimetre HP34401 1 U Oscil·loscopi Tektronix TDS200 1 U

CAPÍTOL 4. ADQUISICIÓ

DESCRIPCIÓ QUANTITAT UNITAT Targeta d'adquisició de dades NI PCI-6023E 1 U Interfaç GPIB d'alt rendiment per a PCI 1 U X2 Cable GPIB 2 m


148

CAPÍTOL 5. COMPUTADORA

DESCRIPCIÓ QUANTITAT UNITAT Ordenador DELL Precision T3400 1 U Pantalla plana panoràmica de 19" 1 U Altaveu intern 1 U Teclat Dell Quietkey USB en negre 1 U Ratolí USB òptic Dell amb 2 botons en negre 1 U

CAPÍTOL 6. MÀ D’OBRA

DESCRIPCIÓ QUANTITAT UNITAT Enginyer electrònic pel disseny 300 h Tècnic en electrònica pel muntatge 110 h

3.2 Quadre de preus

DESCRIPCIÓ PREU Cèl·lula de carrega monocèl·lula BL/BL-C 264,84 € Transductor de corrent LA100-P,100A 25.09 € Termopar K vaina acero inox.,1.5mmx0.15m 17,56 € Mesurador LCR de precisió 1920 3.515,87 € Calibració mesurador LCR de precisió 1920 116,01 € Encoder incremental 137,70 € Accelerometre ATEX 4-20mA, 0-25mm/sec 320 € Software LabView 6.1 2.500 € Generador de funcions HP33120A 1.860 € Calibració del generador de funcions HP33120A 234 € Multimetre HP34401 1.070 € Calibració del multimetre HP34401 190 € Oscil·loscopi Tektronix TDS200 1.200 € Targeta d'adquisició de dades NI PCI-6023E 529 € Interfaç GPIB d'alt rendiment per a PCI 629 € X2 Cable GPIB 69 € Ordenador DELL Precision T3400 1.452 € Pantalla plana panoràmica de 19" 110 € Altaveu intern 10 € Teclat Dell Quietkey USB en negre 20 € Ratolí USB òptic Dell amb 2 botons en negre 44 € Enginyer electrònic pel disseny 20 € Tècnic en electrònica pel muntatge 15 €


149

3.3 Pressupost

CAPÍTOL 1. SENSORS

DESCRIPCIÓ QUANTITAT UNITAT PREU SUBTOTALCèl·lula de carrega monocèl·lula BL/BL-C 1 U 264,84 264,84 Transductor de corrent LA100-P,100A 1 U 25,09 25,09 Termopar K vaina acero inox.,1.5mmx0.15m 1 U 17,56 17,56 Mesurador LCR de precisió 1920 1 U 3515,87 3515,87 Calibració mesurador LCR de precisió 1920 1 U 116,013 116,013 Encoder incremental 1 U 137,7 137,7 Accelerometre ATEX 4-20mA, 0-25mm/sec 1 U 320 320 TOTAL CAPÍTOL 1 € 4.281,06

CAPÍTOL 2. SOFTWARE

DESCRIPCIÓ QUANTITAT UNITAT PREU SUBTOTALSoftware LabView 6.1 1 U 2500 2500 TOTAL CAPÍTOL 2 € 2.500,00

CAPÍTOL 3. INSTRUMENTS

DESCRIPCIÓ QUANTITAT UNITAT PREU SUBTOTALGenerador de funcions HP33120A 1 U 1860 1860 Calibració del generador de funcions HP33120A 1 U 234 234 Multimetre HP34401 1 U 1070 1070 Calibració del multimetre HP34401 1 U 190 190 Oscil·loscopi Tektronix TDS200 1 U 1200 1200 TOTAL CAPÍTOL 3 € 4.554,00

CAPÍTOL 4. ADQUISICIÓ

DESCRIPCIÓ QUANTITAT UNITAT PREU SUBTOTALTargeta d'adquisició de dades NI PCI-6023E 1 U 529 529 Interfaç GPIB d'alt rendiment per a PCI 1 U 629 629 X2 Cable GPIB 2 m 69 138 TOTAL CAPÍTOL 4 € 1.296,00


150

CAPÍTOL 5. COMPUTADORA

DESCRIPCIÓ QUANTITAT UNITAT PREU SUBTOTALOrdenador DELL Precision T3400 1 U 1452 1452 Pantalla plana panoràmica de 19" 1 U 110 110 Altaveu intern 1 U 10 10 Teclat Dell Quietkey USB en negre 1 U 20 20 Ratolí USB òptic Dell amb 2 botons en negre 1 U 44 44 TOTAL CAPÍTOL 5 € 1.636,00

CAPÍTOL 6. MÀ D’OBRA

DESCRIPCIÓ QUANTITAT UNITAT PREU SUBTOTALEnginyer electrònic pel disseny 300 h 20 6000Tècnic en electrònica pel muntatge 110 h 15 1650TOTAL CAPÍTOL 6 € 7.650,00

3.4 Resum del pressupost

CAPÍTOL RESUM IMPORTC.1 SENSORS 4.281,06

C.2 SOFTWARE 2.500,00

C.3 INSTRUMENTS 4.554,00

C.4 ADQUISICIÓ 1.296,00

C.5 COMPUTADORA 1.636,00

C.6 MÀ D' OBRA 7.650,00

TOTAL D'EXECUCIÓ MATERIAL 21.917,06 13% Despeses Generals 2.849,22 6% Benefici Industrial 1.315,02 TOTAL Despeses Generals i Benefici Industrial 26.081,30 16% IVA 4.173,01 TOTAL PRESSUPOST CONTRATA € 30.254,31

Sistema d’instrumentació de mesura i test d’un prototip de motor lineal Plec de condicions

4. PLEC DE CONDICIONS


152

INDEX PLEC DE CONDICIONS Capítol Pàg.

4.1.- Condicions administratives.........................................................................154 4.1.1.- Condicions Generals........................................................................154

4.1.2.- Normes, permisos i certificacions...................................................155

4.1.3.- Interpretació i desenvolupament del projecte..................................155

4.1.4.- Obres Complementaries..................................................................156

4.1.5.- Modificacions..................................................................................156

4.1.6.- Obra Defectuosa..............................................................................156

4.1.7.- Medis Auxiliars...............................................................................156

4.1.8.- Conservació de les obres.................................................................156

4.1.9.- Recepció De Les Obres...................................................................157

4.1.9.1.- Recepció provisional........................................................157

4.1.9.2.- Termini de garantia...........................................................157

4.1.9.3.- Recepció definitiva...........................................................157

4.1.10.- Contractació de l’empresa.............................................................157

4.1.10.1.- Manera de contractació...................................................157

4.1.10.2.- Presentació......................................................................157

4.1.10.3.- Selecció...........................................................................158

4.1.11.- Fiança. ...........................................................................................158

4.1.12.- Descripció general del muntatge...................................................158

4.2.- Condicions Econòmiques.............................................................................159 4.2.1. - Preus...............................................................................................159

4.2.2.- Revisió de preus..............................................................................159

4.2.3.- Penalitzacions..................................................................................159

4.2.4.- Contracte..........................................................................................159

4.2.5.- Responsabilitats...............................................................................160

4.2.6.- Clàusula del projecte.......................................................................160

4.3. Condicions Facultatives..............................................................................161 4.3.1.- Personal...........................................................................................161

4.3.2.- Reconeixements i assaig previs.......................................................161


153

4.3.3.- Materials..........................................................................................161

4.3.3.1. Calibratges........................................................................162

4.3.4.- Condicions d’execució....................................................................162

4.3.4.1.- Encàrrec i compra del material .......................................162

4.3.4.2.- Assaigs, verificacions i mesures......................................162

4.3.5. Reglament electrotècnic de baixa tensió........................................163


154

4. PLEC DE CONDICIONS

4.1. Condicions administratives

4.1.1. Condicions generals

El present plec de condicions té per objecte definir a futurs investigadors que continuïn l’estudi d’aquest sistema d’instrumentació per a un motor lineal, ja sigui sobre el prototip construït o altres que se’n derivin, l’abast del projecte i la seva execució qualitativa.

El software dissenyat està fase de desenvolupament. Aquest prototip s’ha elaborat per confirmar de forma experimental els estudis teòrics i les simulacions per ordenador, però no està preparat per treballar a la indústria. No obstant, es preveu una ampliació del programa per a augmentar el nombre de funcions a realitzar.

En cas de produir-se contradiccions o omissions en els capítols del present projecte, no es podrà suplir la falta sense autorització del projectista.

Si es modifiquen els circuits dissenyats o se’n fa un ús indegut, el projectista no es fa responsable del correcte funcionament.

Si es detecten irregularitats en el funcionament del programa es recomana posar-se en contacte amb el projectista.

L’usuari ha se seguir les condicions que s’exposen en aquest capítol. En cas de no fer-ho el projectista no es responsabilitza dels danys personals o materials que es puguin produir amb el prototip.

Els circuits compliran els requisits mínims respecte al projecte encarregat. Qualsevol variació o millora substancial en el conjunt haurà de ser consultada amb el projectista.

Les característiques dels elements i components seran els especificats en la memòria descriptiva, la memòria de càlcul i el plec de condicions, tenint en compte la seva perfecta col·locació i posterior ús.

La contractació d’aquest projecte es considerarà vàlida un cop les dues parts implicades, propietari i contractista, es comprometin a concloure les clàusules del contracte, pel qual hauran de ser firmats els documents adequats en una reunió conjunta en arribar en un acord.


155

Els serveis de l’empresa contractista es consideren finalitzats des del mateix moment de la posada en marxa de l’aparell, després de la prèvia comprovació del seu funcionament.

El compliment de les comprovacions elementals per part de l’empresa instal·ladora, no serà competència del projectista, el qual queda fora de tota responsabilitat derivada de l’incorrecte funcionament de l’equip com a conseqüència d’aquesta omissió.

4.1.2. Normes, permisos i certificacions

Totes les unitats d’obra s’executaran complint les prescripcions indicades en els Reglaments de Seguretat i Normes Tècniques d’obligat compliment per a aquest tipus d’instal·lacions, tant d’àmbit nacional, autonòmic com municipal.

Els permisos de caràcter obligatori necessaris per a dur a terme l’obra o la utilització d’aquesta, s’hauran d’obtenir de l’empresa contractant quedant l’empresa contractista, al marge de totes les conseqüències derivades.

Tots els aparells i instruments usats hauran d’estar homologats. A més, els instruments de mesura hauran de tenir a disposició els seus corresponents certificats de calibrat.

4.1.3 Interpretació i desenvolupament del projecte

La interpretació tècnica dels documents del Projecte, correspon al Tècnic Director. El Contractista està obligat a sotmetre a aquest qualsevol dubte, aclariment o contradicció que sorgeixi durant l'execució de l'obra per causa del Projecte, o circumstàncies alienes, sempre amb la suficient antelació en funció de la importància de l'assumpte.

El contractista es fa responsable de qualsevol error de l'execució motivat per l'omissió d'aquesta obligació i conseqüentment haurà de refer a la seva costa els treballs que corresponguin a la correcta interpretació del Projecte.

El Contractista està obligat a realitzar tot quant sigui necessari per a la bona execució de l'obra, encara quan no es trobi explícitament expressat en el plec de condicions o en els documents del projecte.

El contractista notificarà per escrit o personalment en forma directa al Tècnic Director i amb suficient antelació les dates que quedaran preparades per a inspecció, cadascuna de les parts d'obra per a les quals s'ha indicat la necessitat o conveniència de la mateixa o per a aquelles que, total o parcialment hagin de quedar posteriorment ocultes.


156

4.1.4 Obres complementàries

El contractista té l'obligació de realitzar totes les obres complementàries que siguin indispensables per a executar qualsevol de les unitats d'obra especificades en qualsevol dels documents del Projecte, encara que en ell, no figurin explícitament esmentades aquestes obres complementàries. Tot això sense variació de l'import contractat.

4.1.5 Modificacions

El contractista està obligat a realitzar les obres que se li encarreguin resultants de modificacions del projecte, tant en augment com disminució o simplement variació, sempre que l'import de les mateixes no alteri en més o menys d'un 25% del valor contractat.

La valoració de les mateixes es farà d'acord, amb els valors establerts en el pressupost lliurat pel contractista i que ha estat pres com base del contracte. El Tècnic Director d'obra està facultat per a introduir les modificacions d'acord amb el seu criteri, en qualsevol unitat d'obra, durant la construcció, sempre que compleixin les condicions tècniques referides en el projecte i de manera que això no variï l'import total de l'obra.

4.1.6 Obra defectuosa

Quan el Contractista trobi qualsevol unitat d'obra que no s'ajusti a l'especificat en el projecte o en aquest Plec de Condicions, el Tècnic Director podrà acceptar-lo o rebutjar- lo; en el primer cas, aquest fixarà el preu que crea just conformement a les diferències que hagués, estant obligat el Contractista a acceptar aquesta valoració, en l'altre cas, es reconstruirà a costa del Contractista la part mal executada sense que això sigui motiu de reclamació econòmica o d'ampliació del termini d'execució.

4.1.7 Medis auxiliars

Seran de compte del Contractista tots els mitjans i màquines auxiliars que siguin precises per a l'execució de l'obra. En l'ús dels mateixos estarà obligat a fer complir tots els Reglaments de Seguretat en el treball vigents i a utilitzar els mitjans de protecció als seus operaris.

4.1.8 Conservació de les obres

És obligació del Contractista la conservació en perfecte estat de les unitats d'obra realitzades fins a la data de la recepció definitiva per la Propietat, i corren al seu càrrec les despeses derivades d'això.


157

4.1.9 Recepció de les obres

4.1.9.1.- Recepció provisional

Una vegada acabades les obres, tindrà lloc la recepció provisional i per a això es practicarà en elles un detingut reconeixement pel tècnic Director i la Propietat en presència del Contractista, aixecant acta i començant a córrer des d'aquest dia el termini de garantia si es troben en estat de ser admesa.

De no ser admesa es farà constar en l'acta i es donaran instruccions al Contractista per a resoldre els defectes observats, fixant-se un termini per a això, expirant el qual es procedirà a un nou reconeixement a fi de procedir a la recepció provisional.

4.1.9.2.- Termini de garantia

El termini de garantia serà com a mínim d'un any, contat des de la data de la

recepció provisional, o bé el qual s'estableixi en el contracte també contat des de la mateixa data. Durant aquest període queda a càrrec del Contractista la conservació de les obres i arranjament dels desperfectes causats per seient de les mateixes o per dolenta construcció.

4.1.9.3.- Recepció definitiva

Es realitzarà després de transcorregut el termini de garantia d'igual forma que la provisional. A partir d'aquesta data cessarà l'obligació del Contractista de conservar i reparar al seu càrrec les obres si bé subsistiran les responsabilitats que pogués tenir per defectes ocults i deficiències de causa dubtosa.

4.1.10. Contractació de l'empresa

4.1.10.1.- Manera de contractació

El conjunt de les instal·lacions les realitzarà l'empresa escollida per concurs-subhasta.

4.1.10.2.- Presentació

Les empreses seleccionades per a aquest concurs haurien de presentar els seus projectes en sobre lacrat, abans del 15 de setembre de 1.993 en el domicili del propietari.


158

4.1.10.3.- Selecció: L'empresa escollida serà anunciada la setmana següent a la conclusió del termini de

lliurament. Aquesta empresa serà escollida de mutu acord entre el propietari i el director de l'obra, sense possible reclamació per part de les altres empreses concursants.

4.1.11. Fiança

En el contracte s'establirà la fiança que el contractista haurà de dipositar en garantia

del compliment del mateix, o, es convindrà una retenció sobre els pagaments realitzats a compte d'obra executada.

De no estipular-se la fiança en el contracte s'entén que s'adopta com garantia una retenció del 5% sobre els pagaments a compte citats.

En el cas que el Contractista es negués a fer pel seu compte els treballs per a ultimar l'obra en les condicions contractades, o a atendre la garantia, la Propietat podrà ordenar executar-les a un tercer, abonant el seu import a càrrec de la retenció o fiança, sense perjudici de les accions legals que tingui dret la Propietat si l'import de la fiança no bastés.

La fiança retinguda s'abonarà al Contractista en un termini no superior a trenta dies una vegada signada l'acta de recepció definitiva de l'obra.

4.1.12. Descripció general del muntatge

En l’elaboració de l’obra s’han definit una sèrie de passos a seguir amb rigorós ordre

sense començar-ne un sense finalitzar l’anterior. A continuació es detallaran les activitats a realitzar. Aquests passos serien els que s’haurien de seguir per realitzar un projecte com aquest.

1.- Comanda i compra dels instruments, sensors, targetes d’adquisició i bus, software i per últim la computadora amb els seus perifèrics.

2.- Disseny del programa.

3.- Connexió dels instruments.

4.- Muntatge del banc de proves.

5.- Aplicació del prototip i diferents carregues per a aplicar-li.

6.- Dissenyar les proves a realitzar i aplicar-les.

7.- Obtenció dels paràmetres desitjats i característiques.


159

4.2. Condicions Econòmiques

4.2.1. Preus

L’import calculat en el pressupost del projecte pot sofrir variacions degudes a canvis de preus dels components utilitzats. Aquests preus unitaris s’entén que comprenen l’execució total d’un prototip, incloent tots els treballs complementaris i els materials així com la part proporcional d’imposició fiscal, les càrregues laborals i altres despeses que se’n derivin.

El pressupost no inclou les despeses de tipus energètic ocasionades pel procés d’instal·lació ni per l’ús del prototip. Tampoc inclou les obres que fossin necessàries, les quals anirien a càrrec de l’empresa contractant.

4.2.2. Revisió de preus

En el contracte s'establirà si el contractista té dret a revisió de preus i la fórmula a aplicar per a calcular-la. En defecte d'aquesta última, s'aplicarà segons el parer del Tècnic Director algun dels criteris oficials acceptats.

4.2.3. Penalitzacions

Per retard en els terminis de lliurament de les obres, es podran establir taules de

penalització les quanties de la qual i demores es fixaran en el contracte.

4.2.4. Contracte

El contracte es formalitzarà mitjançant document privat, que podrà elevar-se a

escriptura pública a petició de qualsevol de les parts. Comprendrà l'adquisició de tots els materials, transport, mà d'obra, mitjans auxiliars per a l'execució de l'obra projectada en el termini estipulat, així com la reconstrucció de les unitats defectuoses, la realització de les obres complementàries i les derivades de les modificacions que s'introdueixin durant l'execució, aquestes últimes en els termes previstos.

La totalitat dels documents que componen el Projecte Tècnic de l'obra seran incorporats al contracte i tant el contractista com la Propietat haurien de signar-los en testimoniatge que els coneixen i accepten.


160

4.2.5. Responsabilitats

El cost que pugui provocar l’incompliment de les especificacions exposades en el present capítol en la manipulació dels circuits construïts recau sobre l’instal·lador o usuari.

L’instal·lador o usuari és l’únic responsable de totes les accions en contra de l’acordat que ell o persones que estiguin sota el seu càrrec cometin durant l’execució de les operacions relacionades amb les mateixes. També és responsable dels accidents o danys que per errors, inexperiència o aplicació de mètodes inadequats es produeixen a la propietat de veïns o tercers en general.

L’instal·lador o usuari és l’únic responsable de l’incompliment de les disposicions vigents en matèria laboral respecte el seu personal i per tant els accidents que es puguin succeir i dels drets que puguin derivar-se d’ells.

En el cas que s’implementi la totalitat o una part del contingut del projecte per a l’elaboració de circuits por a usos industrials, la persona responsable de la execució (contractista) tindrà l’obligació de fer-se càrrec de tot les despeses originades pel treball mal executat sense que serveixi d’excusa que el Tècnic Director hagi examinat i aprovat les obres.

4.2.6. Clàusula del projecte

Els estudis i manufactures realitzades en el present projecte s’han efectuat exclusivament per finalitats acadèmiques i en cap cas se’n podrà treure un benefici econòmic sense un acord previ amb el projectista.


161

4.3. Condicions Facultatives

4.3.1. Personal

Totes les accions que es desenvoluparan seran executades per personal qualificat amb coneixements d’electrònica d’instrumentació. També serà necessària experiència en el software LabView i en l’ús d’aparells i instruments de mesura com oscil·loscopis, multímetres i generadors de funcions.

El personal es sotmetrà a les normes i regles previstes per la comunitat autonòmica, país o organismes internacionals sobre aquestes tasques. El projectista no es fa responsable dels desperfectes provocats pel seu incompliment.

El contractista tindrà en l’obra, el nombre i classe d’operaris que faci falta pel volum i naturalesa dels treballs que es realitzin, els quals seran de reconeguda aptitud i experimentats en l’ofici. El contractista estarà obligat a separar de l’obra a aquell personal que a judici del Tècnic Director no compleixi amb les seves obligacions, realitzi el treball defectuosament, ja sigui per falta de coneixements o per obrar de mala fe.

4.3.2. Reconeixements i assaig previs

Quan ho consideri oportú el Tècnic Director, podrà encarregar i ordenar l’anàlisi,

assaig o comprovació dels materials, elements o instal·lacions, ja sigui a la fabrica d’origen, laboratoris oficials o a la mateixa obra, segons el que cregui més convenient, encara que aquests no estiguin indicats en aquest plec.

Les despeses ocasionades per aquestes proves i comprovacions aniran a compte del contractista.

Abans d’alimentar el prototip seran necessaris uns reconeixements previs de les plaques de circuit imprès, que inclouran: verificació de connexions i comprovació del bon estat de tots els components. Un cop alimentat es comprovarà el funcionament de tots els components i es substituiran els elements defectuosos, en cas d’existir.

4.3.3. Materials

Tots els materials usats compliran les especificacions i tindran les característiques indicades en el projecte. A més, hauran de complir la qualitat indicada i especialment els elements de precisió. Tanmateix, en el cas de que no es trobi en el mercat algun producte, ja sigui perquè s’ha esgotat o perquè ja no es fabrica, l’operari encarregat del muntatge haurà d’estar capacitat per a substituir-lo per un de similar.


162

Qualsevol altra especificació o característica dels materials que figuri en només un dels documents del projecte, encara que no aparegui en la resta, serà igualment obligatòria.

En l’últim apartat, els annexes, podem trobar tots els certificats de qualitat dels sensors i instruments.

4.3.3.1. Calibratges

A fi de que l'instrumental estigui en tot moment en correcte funcionament, s'haurà de

seguir un programa de calibratges. El liquidant indicarà en la seva oferta el programa de calibratges previst, els mètodes i mitjans que disposa a tal fi. Aquest programa haurà de complir amb les condicions requerides sobre garantia i control de qualitat de dades establertes pels organismes nacionals.

Als annexes, podem trobar tots els certificats de calibratge del generador de funcions i el multimetre.

4.3.4. Condicions d’execució

En aquest apartat es descriuran els processos a realitzar en la fabricació d’un prototip.

4.3.4.1. Encàrrec i compra del material

La compra dels sensors, instruments i aparells necessaris haurà de realitzar-se amb suficient antelació de forma que estiguin disponibles en el moment que s’iniciï el disseny del software.

4.3.4.2. Assaigs, verificacions i mesures

Abans de posar en funcionament el disseny, es recomana repassar totes les connexions per verificar que tot està connectat adequadament i molt important també mantenir una distancia segura del motor, així com que cap objecte obstaculitzi la trajectòria realitzada per aquest.

El possible funcionament inadequat de l’equip, ens pot donar errors en la comunicació això pot ser degut a diverses causes que poden ser resumides en els tres punts següents:


163

• Connexions defectuoses entre els instruments o sensors.

• Instruments o sensors defectuosos que, un cop localitzats, se substituiran.

• Algun problema en el disseny del programa.

4.3.5. Reglament electrotècnic de baixa tensió

Tots els aspectes tècnics de la instal·lació que directa o indirectament estiguin inclosos en el Reglament Electrotècnic de Baixa Tensió, hauran de complir el que disposen les respectives normes. Les instruccions més importants relacionades amb la realització de present projecte són les que es detallen a continuació:

1.- M.I.B.T. 017 Instal·lacions interiors o receptors. Prescripcions de caràcter general.

2.- M.I.B.T. 029 Instal·lacions a petites tensions.

3.- M.I.B.T. 030 Instal·lacions a tensions especials.

4.- M.I.B.T. 031 Receptors. Prescripcions generals.

5.- M.I.B.T. 035 Receptors. Transformadors i autotransformadors. Reactàncies i rectificadors. Condensadors.

6.- M.I.B.T. 044 Normes U.N.E. d’obligat compliment.

Sistema d’instrumentació de mesura i test d’un prototip de motor lineal Bibliografia

5. BIBLIOGRAFIA


165

INDEX BIBLIOGRAFIA Capítol Pàg.

5.1. Bibliografies consultades ..............................................................................166

5.2. Adreces electròniques....................................................................................166


166

5.1. Bibliografies consultades

Per la redacció s’ha consultat la següent bibliografia:

[1] Iñiguez Galbete, Pedro “Apunts Instrumentació Electrònica”. ETSE – URV 2006

[2] Lázaro, Antonio Manuel “Paraninfo” LabVIEW: Programación gráfica para el control de Instrumentación, 1997

[3] Philips “Curso de instrumentación IEC-625”

[4] Philips “Curso de instrumentación de voltimetros y multimetros”

[5] Brüel & Kjaer “Documentación de los acelerometros”

5.2. Adreces electròniques

[7] www.sensocar.com

[8] es.rs-online.com

[9] www.austriamicrosystems.com

[10] www.quadtech.com

[11] www.ni.com

[12] www.testequipmentconnection.com

[13] www.transcat.com

[14] www1.euro.dell.com

Sistema d’instrumentació de mesura i test d’un prototip de motor lineal Annexes

6. ANNEXES


168

INDEX ANNEXES Capítol Pàg.

6.1. Certificat sensor de efecte Hall.....................................................................169

6.2. Certificat sensor de temperatura.................................................................170

6.3. Certificat sensor d’inductància....................................................................172

6.4. Certificat sensor de força..............................................................................173

6.5. Certificat sensor d’acceleració......................................................................180

6.6. Certificat sensor de posició...........................................................................181

6.7. Certificat bus GPIB.......................................................................................182

6.8. Certificat targeta PCI-6023..........................................................................183

6.9. Certificat del multimetre, generador de funcions i oscil·loscopi...............184

6.10. Certificat de calibració del multimetre i generador de funcions.............185


169

6.1 CERTIFICAT SENSOR DE EFECTE HALL


170

6.2 CERTIFICAT DEL SENSOR DE TEMPERATURA


171


172

6.3 CERTIFICAT DEL SENSOR D’ INDUCTÀNCIA


173

6.4 CERTIFICAT SENSOR DE FORÇA


174


175


176


177


178


179


180

6.5 CERTIFICAT SENSOR D’ACCELERACIÓ


181

6.6 CERTIFICAT SENSOR DE POSICIÓ


182

6.7 CERTIFICAT BUS GPIB


183

6.8 CERTIFICAT TARGETA PCI-6023


184

6.9 CERTIFICAT MULTIMETRE, GENERADOR DE FUNCIONS I OSCIL·LOSCOPI


185

6.10 CERTIFICAT DE CALIBRACIÓ DEL MULTIMETRE I GENERADOR DE FUNCIONS

sistema d’instrumentació de mesura i test d’un prototip de...

Documents