Capítulo 7 Pruebas y...
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Capítulo 7 Pruebas y Resultados 7.1 Introducción Dentro de este capítulo se reportan los resultados obtenidos del diseño del proyecto. Se discuten las mediciones de las señales de voltaje obtenidas tras el acondicionamiento de cada sensor utilizado. Posteriormente, se evalúan los resultados de las mediciones y las formas de las gráficas obtenidos en la realización de pruebas de tensión con diferentes materiales, haciendo uso del instrumento virtual diseñado. 7.2 Resultados del Acondicionamiento de Señales El correcto funcionamiento de los sistemas de acondicionamiento implementados en la máquina universal fue evaluado constantemente durante el mismo proceso de diseño. Se comparó el resultado de las mediciones reales con los valores esperados por los cálculos y las simulaciones y se comprobó que estos fueran iguales o bastante aproximados. Al garantizar el correcto funcionamiento de los sistemas de acondicionamiento y de los sensores, se puede asegurar que al momento de construir el instrumento virtual, este tenga buenas posibilidades de funcionar de la manera correcta.
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Capítulo 7
Pruebas y Resultados
7.1 Introducción
Dentro de este capítulo se reportan los resultados obtenidos del diseño del proyecto. Se
discuten las mediciones de las señales de voltaje obtenidas tras el acondicionamiento de cada
sensor utilizado. Posteriormente, se evalúan los resultados de las mediciones y las formas de
las gráficas obtenidos en la realización de pruebas de tensión con diferentes materiales,
haciendo uso del instrumento virtual diseñado.
7.2 Resultados del Acondicionamiento de Señales
El correcto funcionamiento de los sistemas de acondicionamiento implementados en la
máquina universal fue evaluado constantemente durante el mismo proceso de diseño. Se
comparó el resultado de las mediciones reales con los valores esperados por los cálculos y las
simulaciones y se comprobó que estos fueran iguales o bastante aproximados. Al garantizar
el correcto funcionamiento de los sistemas de acondicionamiento y de los sensores, se puede
asegurar que al momento de construir el instrumento virtual, este tenga buenas posibilidades
de funcionar de la manera correcta.
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7.2.1 Resultados del acondicionamiento de transductores de presión
Para el acondicionamiento de los transductores de presión, se esperaba que los circuitos
diseñados tuvieran un rango de salida de 0 a 9 volts de corriente directa de acuerdo al valor
de la carga aplicada en los rangos de la escala en que cada sensor trabajaba.
En la figura 7.1 se puede observar las graficas teórica (a) y experimental (b) de la
respuesta del circuito de acondicionamiento para el sensor de 600 kg. Se esperaba un rango
de voltajes de 0 a 9 volts para una entrada de 1.2 a 2.8 volts. Se observaron a la salida del
circuito rangos de voltaje experimentales de 0 mV a 8.96 V (en color amarillo).
Figura 7.1 Respuesta teórica (a) y experimental (b) para el sensor a escala de 600 kg
En la figura 7.2 podemos ver las graficas teórica (a) y experimental (b) de la respuesta
del circuito de acondicionamiento para el sensor de 6000 kg. Se esperaba un rango de
voltajes de 0 a 9 volts para una entrada de 1.1 a 4.05 volts. Se observaron a la salida del
V_Vin
1.2V 1.4V 1.6V 1.8V 2.0V 2.2V 2.4V 2.6V 2.8V 3.0VV(R3:2) V(R4:1)
0V
5V
10V10V
1.2V 0V
3V
(a) (b)
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circuito rangos de voltaje experimentales de 0 mV a 9.04 V (en color amarillo en la figura
7.2b).
Figura 7.2 Respuesta teórica (a) y experimental (b) para el sensor a escala de 6000 kg
En la figura 7.3 podemos ver las graficas teórica (a) y experimental (b) de la respuesta
del circuito de acondicionamiento para el sensor de 30000 kg. Se esperaba un rango de
voltajes de 0 a 9 volts para una entrada de 1 a 3.23 volts. Se observaron a la salida del
circuito rangos de voltaje experimentales de 0 mV a 9.2 V (color amarillo en la figura 7.2b).
Este sensor presenta un ligero aumento en el rango máximo. Esto se debe a que al momento
de implementar los circuitos reales, los valores de resistencia pueden variar ligeramente.
V_Vin
1.0V 1.5V 2.0V 2.5V 3.0V 3.5V 4.0V 4.5VV(R3:2) V(R4:1)
0V
5V
10V10V
4.5V1V0V
(a) (b)
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Figura 7.3 Respuesta teórica (a) y experimental (b) para el sensor a escala de 30000 kg
7.2.2 Resultados del acondicionamiento del transductor de deformación.
Para comprobar el correcto funcionamiento de la alimentación y acondicionamiento del
LVDT utilizado, se realizó la medición de las señales de entrada y salida de las diferentes
etapas del diseño a medida que se fue implementando cada parte del circuito
.
En la figura 7.4 observamos las señal generada por el circuito generador de la señal
sinusoidal (en amarillo) y la señal de salida de la etapa de reducción de voltaje (en color
verde). La señal de salida viene a ser la señal que alimentará al devanado primario del sensor.
La amplitud pico a pico de la entrada es de 6.31 V y la amplitud de la salida de 1.52 V. La
señal de salida sale desfasada 180° por causa de la inversión que hace el amplificador
inversor. Se puede comprobar el funcionamiento de esta sección del circuito al observar la
similitud entre la amplitud de voltajes calculados y los voltajes observados en el
osciloscopio.
V_Vin
1.0V 1.5V 2.0V 2.5V 3.0V 3.5VV(R3:2) V(R4:1)
0V
5V
10V10V
0V 1V 3.5V
(a) (b)
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Figura 7.4 Señal dada por el generador de señal (amarillo) y señal de entrada al LVDT (verde)
En la figura 7.5 se muestra la señal de salida del LVDT en el devanado secundario (color
verde) correctamente alimentado y la señal después de pasar a través del amplificador
inversor con ganancia de 82. Se observa que la amplitud pico a pico de la señal de salida del
sensor (en amarillo) es de 296 mV y la señal amplificada es de 21.6 V (en verde).
Figura 7.5 Señal de Salida del LVDT (amarillo) y misma señal, invertida y amplificada 82 veces (verde).
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Además de la medición de señales a través del diseño de los sensores, la respuesta más
evidente del correcto funcionamiento de los acondicionamientos de voltajes se ve en los
rangos de salida medidos al momento de caracterizar los sensores. Las mediciones realizadas
ya han sido presentadas en los capítulos 4 y 5, presentando los rangos de voltaje deseados,
entre 0 y 9 volts ó 0 y 10 volts.
7.3 Pruebas de Funcionamiento del Instrumento Virtual
Para comprobar el correcto funcionamiento del instrumento virtual implementado, como
resultado del trabajo de esta tesis, se realizaron pruebas de tensión con distintos materiales,
comunes en el campo del estudio de los materiales, que tuvieran resistencias distintas para
probar las tres diferentes escalas de resolución del experimento.
Para la prueba de la escala de 600 kilogramos fuerza de carga aplicada, se utilizó una
probeta de aluminio 6061-T6 de diámetro reducido. El diámetro de la probeta utilizada para
esta prueba fue de 4.5mm. En la figura 7.6 se muestra la gráfica carga – deformación
generada por el instrumento virtual diseñado.
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Figura 7.6 Gráfica de Carga – Deformación para una probeta de aluminio 6061-T6 de 4.5 mm de diámetro
construida por el instrumento virtual diseñado
Se realizó la misma prueba utilizando otra probeta de 4.5 mm de diámetro, esta vez
haciendo uso del instrumento de medición anterior de la máquina. En la figura 7.7 podemos
ver la gráfica resultante.
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Figura 7.7 Gráfica de Carga – Deformación para aluminio 6061-T6 de diámetro reducido construida por el
instrumento anterior utilizado para la máquina universal
Para las pruebas con la escala de 6000 kg se utilizó una probeta de aluminio 6061-T6 de
diámetro de 12.7 mm. La grafica generada por el instrumento construido se muestra en la
figura 7.8.
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Figura 7.8 Gráfica de Carga-Deformación obtenidas para una probeta de aluminio 6061-T6 de 12.7 mm de
diámetro con el instrumento virtual diseñado
Para poder comprar los resultados con un punto de referencia, se realizó una nueva prueba de
tensión, con una probeta de las mismas condiciones a las descritas en el parrafo anterior. La
prueba se hizo en la misma máquina universal, pero se utilizó el instrumento que
anteriormente se utilizaba para obtener la gráfica de tensión deformación. Los resultados de
esta prueba se ve en la figura 7.8
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Figura 7.8 Gráfica de Carga – Deformación para una probeta de aluminio 6061-T6 de 12.7 mm de diámetro
obtenida por el instrumento anterior de la máquina
Para la escala de 30000 kg, se realizaron pruebas de tensión para acero sin tratamiento
térmico. Se utilizaron probetas de 12.7 mm de diámetro de acero 1018. En la figura 7.9 se
aprecia las características de la curva carga – deformación obtenida por el instrumento
virtual.
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Figura 7.9 Grafica de Carga – Deformación para acero 1018 obtenida por el instrumento virtual
Nuevamente, para comparar los resultados con un punto de referencia, se realizó una prueba
de tensión utilizando la misma máquina universal, pero con el instrumento de medición
anterior de la máquina. En la figura 7.10 se aprecia la curva carga – deformación obtenida
para acero 1018 con el instrumento anterior de la máquina universal.
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Figura 7.10 Graficas de carga – deformación para acero 1018 obtenidas por el instrumento anterior de la
máquina universal
7.3.1 Guardado de datos en el intrumento virtual
Una de las opciones que presenta el instrumento virtual implementado es el almacenado de
datos en un archivo. En la figura 7.11 se muestra un archivo almacenado de los datos de una
prueba de tensión contra deformación. Los datos almacenados se despliegan en pares que
corresponden a los valores de carga y deformación correspondientes a cada medición.
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Figura 7.11 Ventana del archivo de texto generado por el instrumento virtual implementado con Labview
Con los datos guardados en el archivo de texto es posible reconstruir la gráfica de un
experimento de tensión. A pesar de que en el instrumento construido en Labview no se
incluye una sección para reconstrucción de gráficas guardadas en archivos, se comprobó que
los datos almacenados son correctos, mediante la creación de una gráfica XY en Excel con
los datos capturados en el archivo. La figura 7.12 muestra la gráfica de carga – deformación
de una prueba con aluminio reconstruida en Excel con base a los datos de un archivo
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almacenado previamente. Se puede observar de la figura 7.12 que a causa de la frecuencia a
la cual se grafica y se almacenan los datos, la momento de romperse la probeta de prueba, la
deformación cambia abruptamente y las muestras durante esa transición son escasas.
Figura 7.12 Reconstrucción de una gráfica de tensión – deformación en Excel
Gráfica Carga - Deformación
-500 0
50010001500200025003000350040004500
-5 0 5 10 15Deformación
Carga
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7.4 Resumen del Capítulo
En este capítulo se mostraron los resultados de las mediciones reales de voltajes y corrientes
en diversas secciones de los circuitos de acondicionamiento implementados. También se
mostraron las gráficas generadas por el instrumento construido en las diferentes escalas para
las que fue diseñado y la generación de archivos de texto con la información de las muestras
obtenidas. En el siguiente capítulo se realizará la discusión de los resultados obtenidos,
conclusiones y trabajo futuro.
