Elementos de teoria del control

UNIVERSIDAD DEL GOLFO DE MEX

INSTRUCTIVOS DE PRACTICAS

ELEMENTOS DE TEORIA DEL CONTROL

Semestre III

D.G.E.T.I.

ICO, A. C.

ELECTRÓNICA

INSTRUCTIVOS DE PRACTICAS UGM

Electrónica Elementos de

UNIVERSIDAD DEL GOLFO DE ME

NOMBRE DEL ALUMNO

O

D. G. E. T. I.

XICO, A. C.

SEMESTRE

GRUP

Teoría del Control

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Ing. Alfonso Juárez Jiménez Secretario Académico

Ing. Andrés Juárez Jiménez Secretario de Administración y Finanzas

Lic. Fátima Romero Gutiérrez Jefe de Departamento de Educación Media y Básica

Ing. Araceli G. Sánchez Gasca Departamento Académico de Educación Media y Básica

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Electrónica Elementos de Teoría del Control


INDICE

Practica No. Nombre Página 1 Transformadores Diferenciales 5

2 Medidor de velocidad 9

3 Sensor de temperatura 13

4 Celdas fotoconductivas 17

5 Características de funcionamiento de un fotodiodo 21

6 Características del fototransistor 25

7 Optoacopladores 29

8 Circuito detector de humedad 33

9 Presión 37

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PRACTICA 1

TRANSFORMADORES DIFERENCIALES

OBJETIVO

Que el alumno pueda a través del aprendizaje en teoría, poner en práctica sus conocimientos sobre el transformador diferencial como dispositivo de transformación de un nivel de voltaje a otro sin perder sus características originales. DESCRIPCION BASICA TRANSFORMADORES DIFERENCIALES

El transformador diferencial dispone de un primario y dos secundarios idénticos acoplados magnéticamente al primario mediante un núcleo móvil, dicho núcleo es solidario a un palpador, cuyo desplazamiento es el que se mide, de tal forma que en reposo el palpador está colocado simétricamente respecto de los secundarios y al desplazarse se descentra. El desplazamiento puede ser lineal o rotativo.

En la Figura 1 se representa un transformador diferencial lineal, tanto en estos como en los rotativos, los dos secundarios se suelen conectar en oposición, de tal forma que, en la posición cero, las tensiones inducidas en cada uno de ellos son iguales y por tanto, la tensión total obtenida es nula. Si el núcleo se desplaza, las tensiones de los secundarios dejan de ser iguales y la tensión U2 varia en módulo y signo según el sentido de desplazamiento. Pueden alcanzarse resoluciones de algunas décimas de milímetro.

Este transformador se utiliza en las fuentes de alimentación de los dispositivos de control que requieren un porcentaje mínimo de error en sus voltajes de salida. También puede utilizarse en las fuentes simétricas que requieren de voltajes positivos y negativos, los cuales son empleados en la alimentación de amplificadores operacionales y otros dispositivos involucrados en los controladores de variables como: temperatura, presión, resistencia, etc. PRUEBA PRACTICA DE UN TRANSFORMADOR DIFERENCIAL.

Este dispositivo puede probarse mediante el uso de un multímetro digital o bien mediante en uso de un osciloscopio de buena sensibilidad. Para realizar la prueba con el Multímetro, se conecta el primario del transformador diferencial a la línea de alimentación de corriente alterna, posteriormente se elige la escala adecuada en el multímetro colocando la punta negativa en la derivación y midiendo con la punta positiva los voltajes en cada una de las terminales ubicas en los extremos del devanado secundario. Los voltajes deben ser iguales.

Al utilizar el osciloscopio en las terminales del secundario, vamos a obtener dos formas de onda senoidales de la misma fase y amplitud, como se muestra en la Figura 1. En el caso de no aparecer estas formas de onda el problema puede deberse a ausencia de voltaje en el primario a un devanado en mal estado.

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FIGURA 1. El transformador diferencial a) esquema básico b)Tensiones c) Forma constructiva

MATERIAL Y EQUIPO 1 transformador con primario de 127 y un secundario de 24V 1 clavija 1 cable duplex calibre 14. 1 multímetro digital con puntas de prueba 1 osciloscopio con puntas de prueba DESARROLLO DE LA PRACTICA 1. Arme la clavija con el cable y conéctelo en el devanado primario del transformador, conecte la

clavija al voltaje alterno de 110v y mida el voltaje en el devanado secundario, primero en los extremos y después como referencia la derivación central mida cada extremo. Anote su resultado en la Tabla 1.

2. Con ayuda de un osciloscopio observe las formas de onda de las terminales del secundario, utilizando en el osciloscopio la escala de corriente alterna apropiada para evitar daños en las puntas de prueba. DEVANADO VOLTAJE DE SALIDA FORMA DE ONDA PRIMARIO 1

SECUNDARIO 1

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SECUNDARIO2

Tabla 1. Voltajes de salida y forma de onda de un transformador diferencial.

ESQUEMAS OBSERVACIONES ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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CUESTIONARIO 1. ______________________________________________________________________________ 2. ______________________________________________________________________________ 3. ______________________________________________________________________________ 4. ______________________________________________________________________________ 5. ______________________________________________________________________________ CONCLUSIONES ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ CRITERIO DE EVALUACION BIBLIOGRAFÍA BOYLESTAD Robert & NASHELSKY Louis, Electrónica Teoría de Circuitos, sexta edición, Prentice Hall, 1995.

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PRACTICA 2

MEDIDOR DE VELOCIDAD OBJETIVO

Conocer los diferentes métodos empleados para la medición de la velocidad, principalmente los electrónicos, con ayuda de un circuito realizado en el laboratorio. DESCRIPCION BASICA METODOS DE MEDICION DE VELOCIDAD

La velocidad, como variable en los procesos industriales se refiere normalmente a la medición de las revoluciones de algún eje giratorio, es decir, la velocidad angular y de esta se derivan los métodos de medición de velocidad lineal. Estas dos formas de medición implican la posibilidad de realizarlas mediante métodos mecánicos como eléctricos y electrónicos.

En la medición de muy altas velocidades (superiores a 100,00 RPM) ya es más aplicable el método electrónico, (Figura 1) que ofrece bastantes ventajas respecto a métodos electrónicos y donde ya no se pueden aplicar métodos mecánicos.

En la siguiente tabla se puede apreciar los tipos de velocidad así como sus unidades y el tipo de instrumento empleado.

TIPO DE VELOCIDAD UNIDADES DE MEDICION TIPO DE INSTRUMENTO

a) Lineal Pies/seg km/h Velocímetro b) Angular R.P.M Radianes/seg Tacómetro c) Frecuencia Ciclos/ segundo Frecuencimetro

Instrumentos electrónicos de medición de velocidad:

Tacómetros sin contacto. Tacómetros del tipo de frecuencia. Tacómetros del tipo ignición. Tacómetros estroboscopios.

FIGURA 1.Tacómetros electrónicos

Tacómetros eléctricos. El tacómetro eléctrico consiste en un transductor que transforma la velocidad de rotación en una señal eléctrica que se transmite a un indicador.

Esta proporción a la velocidad, el transductor produce ya sea:

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1. Una señal análoga que puede emplearse para indicación analógica. 2. Pulsos que pueden ser digitales cuando se cuentan en términos de revoluciones por unidad de

tiempo.

A continuación en la Figura 2 se muestra un medidor de velocidad que tiene principal componente un Amplificador Operacional LM3900 el cual nos va a detectar las variaciones de voltaje proporcionado por el diodo infrarrojo D2, cuando este reciba del D1 una señal infrarroja que es obstruida por una marca en el eje del motor produce una señal a la entrada inversora del operacional, la cual es amplificada y enviada a una compuerta NAND (C2) que se encarga de encender el led en función de la frecuencia de giro del motor.

FIGURA 2. Circuito detector de velocidad

MATERIAL Y EQUIPO 2 R1, R2= resistencias de 220Ω a ½ w. 1 R3 = resistencia de 100KΩ a ½ w. 1 D1= fotodiodo. 1 D2= infrarrojo 1 D3= diodo emisor de luz 1 CI-1= circuito integrado LM3900 1 CI-2= compuerta lógica 74LS00 1 Vcc= fuente de alimentación +5v 1 fuente simétrica +12v 1 protoboard o tablilla de conexiones 2m cable pot calibre 22 DESARROLLO DE LA PRACTICA 1. Arme el circuito propuesto en la Figura 2, adecuadamente. 2. Observe el efecto en el led de salida, cuando se hace variar la velocidad, esto es obstruyendo con

un objeto, al infrarrojo y al fotodiodo. 3. Anote sus observaciones y conclusiones.

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ESQUEMAS OBSERVACIONES ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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CUESTIONARIO 1. ______________________________________________________________________________ 2. ______________________________________________________________________________ 3. ______________________________________________________________________________ 4. ______________________________________________________________________________ 5. ______________________________________________________________________________ CONCLUSIONES ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ CRITERIO DE EVALUACION BIBLIOGRAFÍA Apuntes de la Materia de Electrónica Industrial I del Instituto Tecnológico de Orizaba, Ing. Miguel Santamaría Martínez.

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PRACTICA 3

SENSOR DE TEMPERATURA

OBJETIVO DESCRIPCION BASICA TEMPERATURA

Cuando un cuerpo se calienta, la velocidad de vibración de sus moléculas aumenta rápidamente. Esto produce diferentes efectos físicos; en el caso del metal, varían tanto sus dimensiones como su resistencia eléctrica; en el caso de un fluido contenido en un recipiente cerrado, su presión aumenta. En ambos casos, la temperatura se eleva como resultado del calor ganado. En la medición de la temperatura, el cambio relativo de la actividad molecular se define por una expresión cuantitativa. Un instrumento mide la temperatura debido a que es sensible, por lo menos, a uno de los efectos físicos producidos por el incremento de actividad molecular. TERMISTORES Los termistores (Figura 1) aprovechan, la dependencia que presenta la resistencia eléctrica de cualquier material conductor con la temperatura. La sensibilidad a la temperatura se ha exacerbado gracias a la utilización de materiales semiconductores, específicamente diseñados para que su resistencia dependa agudamente de la temperatura del elemento. Existen termistores de coeficiente positivo (su resistencia aumenta con la temperatura) o negativo, siendo este último más típico y de bajo costo.

En los termistores se observan relaciones de la resistencia con la temperatura que no son lineales, sino más bien de carácter exponencial. Los termistores se componen de una mezcla sintética de óxidos de metales, como manganeso, níquel, cobalto, cobre, hierro y uranio. Su rango de resistencia va de 0.5 ohms. a 75 ohms y están disponibles en una amplia gama de formas y tamaños. Los más pequeños son cuentas con un diámetro de 0.15 mm a 1.25 mm. Las cuentas se pueden colocar dentro de una barra de vidrio para formar sondas que son más fáciles desmontar que las cuentas. Se hacen disco y arandelas presionando el material termistor en condiciones de alta presión en formas cilíndrica y plana con diámetros de 2.5 mm a 25 mm. Las arandelas se pueden apilar y conectar en serie o paralelo con el fin de incrementar la disipación de potencia. Tres características importantes del termistor lo hacen extremadamente útil en aplicaciones de medición y control: a) Resistencia-temperatura b) Voltaje-corriente c) Corriente-tiempo

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FIGURA 1. Los termistores.

TERMOCUPLAS

Una termocupla es un sensor para medir temperatura (Figura 2). Consiste en dos cables de metales distintos, conectados en un extremo donde se produce un pequeño voltaje asociado a una temperatura. Ese voltaje es medido por un termómetro de tremocupla.

Las mediciones de temperatura que utilizan termocuplas o termopares se basan en el descubrimiento hecho por Seebeck en 1821. Este se puede resumir de la siguiente manera: una corriente fluye en un circuito continuo de dos alambres de distintos metales, si las conexiones o uniones se encuentran a temperaturas distintas. La corriente será proporcional a la diferencia de temperatura entre las dos uniones.

Lo anterior se puede representar según el siguiente esquema en que la sonda termoeléctrica acciona el galvanómetro (aparato para fuerzas electro motrices):

FIGURA 2. Configuración de un termocupla

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MATERIAL Y EQUIPO 1 Vaso de precipitados de 250 ml 100ml Agua 1 Mechero de Bunsen 1 Encendedor 1 Multímetro Digital con medidor de temperatura 1 Soporte universal DESARROLLO DE LA PRACTICA 1. Encender el mechero de Bunsen y llenar el vaso de precipitados con 100 ml de agua. 2. Colocar el vaso de precipitados en el soporte universal junto con el mechero de Bunsen. 3. Esperar a que el agua se caliente durante un periodo de 10 minutos. 4. Mediante el uso del Multímetro Digital, posicionarlo en la escala de temperatura e introducir la

punta de prueba de temperatura en el agua que contiene en vaso de precipitados. 5. Observar el valor de temperatura que se muestra en el display del multímetro y anotarlo. 6. Retirar el vaso de precipitados del soporte universal y colocarlo sobre la mesa. 7. Esperar 5 minutos para que el agua se enfríe un poco. 8. Introducir la punta de prueba de temperatura del Multímetro y observar el valor mostrado en la

carátula. Anotar el valor de temperatura obtenido. 9. Dejar la punta de prueba introducida en el agua y anotar cada minuto el valor de la temperatura

hasta que el agua se enfríe. 10. Elaborar una tabla con los valores obtenidos de temperatura y el tiempo transcurrido entre una

lectura y la siguiente.

TIEMPO TRANSCURRIDO (minutos)

VALOR DE TEMPERATURA DETECTADA ( C )

TABLA 1: RESULTADOS PRACTICOS DE TEMPERATURA.

ESQUEMAS

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OBSERVACIONES ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ CUESTIONARIO 1. ______________________________________________________________________________ 2. ______________________________________________________________________________ 3. ______________________________________________________________________________ 4. ______________________________________________________________________________ 5. ______________________________________________________________________________ CONCLUSIONES ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ CRITERIO DE EVALUACION BIBLIOGRAFÍA http://cipres.cec.uchile.cl/~mapino/termocuplas.html http://cipres.cec.uchile.cl/~iq54a/instrumentos/03_t_stores/t_stores.html

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http://cipres.cec.uchile.cl/~iq54a/instrumentos/03_t_stores/t_stores.html


PRACTICA 4

CELDAS FOTOCONDUCTIVAS OBJETIVO

El estudiante debe ser capaz de armar un circuito detector de luminosidad con los conocimientos teóricos obtenidos en el aula, y aplicarlo al giro de un motor de corriente continua de bajo costo. DESCRIPCION BASICA

La celda fotoconductiva es un dispositivo semiconductor de dos terminales cuya resistencia tiende a variar en forma lineal con la intensidad de la luz incidente. En la Figura 1 se muestra la estructura física de una celda fotoconductiva de uso general.

Figura 1. Estructura física de una celda fotoconductiva

Entre los materiales fotoconductivos que más se utilizan se encuentran el sulfuro de cadmio

( Cd S ) y el selenuro de cadmio ( Cd Se ). El tiempo de respuesta de las unidadesCd y Se es de 10 milisegundos y para una celda Cd S es de 100 mseg.

El funcionamiento de una celda fotoconductiva es el siguiente: Cuando aumenta la intensidad de la iluminación sobre el dispositivo la resistencia de la celda disminuye. Cuando disminuye la intensidad de la iluminación, aumenta la resistencia entre las terminales de la celda.

En la Figura 2, se muestra un circuito de un detector simple de luminosidad mediante el empleo de una celda fotoconductiva de bajo costo. Se trata de un LDR ( Ligth Detector Resistance) cuyas abreviaturas significan detector de luz por resistencia, Cuando la luminosidad es mayor ( por ejemplo a pleno sol), el valor de la resistencia es prácticamente cero. A medida que la luminosidad

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disminuye, el valor de la resistencia aumenta hasta que, en la oscuridad, su valor suele llegar hasta los 10 megaohmios o más.

Algunas de las aplicaciones prácticas de una celda fotoconductiva incluyen: Sistemas de iluminación de lámparas en las autopistas, sistemas de luces de emergencia, control de intensidad de lámparas incandescentes, etc.

La lámpara empleada en este circuito funciona de la siguiente manera: Cuando hay presencia de luz la lámpara enciende totalmente debido a que el transistor permite que circule corriente a través de él. En la oscuridad la lámpara enciende con dificultad o se apaga debido a que no hay conmutación en el transistor y por lo tanto no hay circulación de corriente hacia las terminales de la lámpara.

Figura 2. Detector simple de luminosidad.

MATERIAL Y EQUIPO 1 LDR (Detector de luz por resistencia) 1 Pila de 9 volts 1 Transistor TIP 111 ó equivalente 1 lámpara de 12 volts de corriente continua 1m Alambre calibre 22 de un polo 1 Protoboard 1 Multímetro Digital con puntas de prueba 1 pinzas de punta 2 Caimanes 1 Lámpara de pilas DESARROLLO DE LA PRACTICA 1. Armar el circuito de la Figura 2 en el protoboard teniendo cuidado de no cometer errores en las

conexiones. 2. Checar mediante el uso del Multímetro Digital el voltaje de la pila de 9 volts. 3. Conectar la pila de 9 volts al circuito por medio de dos caimanes. 4. Tapar la luz al detector de luz por resistencia y observar el efecto producido en la lámpara. 5. Aplicar luz al detector de luz por resistencia a través de una lámpara y observar el efecto producido

en la lámpara.

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ESQUEMAS OBSERVACIONES ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ CUESTIONARIO 1. ______________________________________________________________________________ 2. ______________________________________________________________________________ 3. ______________________________________________________________________________ 4. ______________________________________________________________________________ 5. ______________________________________________________________________________

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CONCLUSIONES ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ CRITERIO DE EVALUACION BIBLIOGRAFIA Stanley Wolf & Richard F.M. Smith, GUIA PARA MEDICIONES ELECTRONICAS Y PRACTICAS DE LABORATORIO, Editorial Prentice Hall, Primera edición 1992, México.

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PRACTICA 5

CARACTERISTICAS DE FUNCIONAMIENTO DE UN FOTODIODO OBJETIVO Conocer las características técnicas de funcionamiento de los fotodiodos con el propósito fundamental de aplicarlas en el desarrollo de circuitos de detección de señales infrarrojas. DESCRIPCION BASICA EL FOTODIODO

Los fotodiodos son dispositivos semiconductores que tienen las mismas características eléctricas que los diodos convencionales cuando no están sometidos a iluminación. Esto significa que su resistencia de conducción en directa es baja y su resistencia en inversa es alta. Sin embargo, cuando se iluminan esos diodos con luz de frecuencia adecuada, la corriente inversa del diodo aumenta con la intensidad de iluminación.

Los fotodiodos están diseñados para detección de radiación infrarroja en sistemas que manejan altas frecuencias. Su tiempo de respuesta típico es de 1.5 nseg y presentan su mejor linealidad cuando se operan con un amplificador de corriente de buena calidad.

El costo de estos dispositivos es casi proporcional a su eficiencia. Los materiales para construir los fotodiodos son por lo general el silicio o el selenio. Con menor frecuencia se emplean otros materiales, como arseniuro de galio, sulfuro de cadmio y arseniuro de indio. En la Figura 1 se puede apreciar la estructura física de un fotodiodo de uso general.

Figura 1. Estructura

física de un fotodiodo.

En la figura 2 tenemos un circuito de aplicación típica de un fotodiodo convencional, en la cual se produce una barrera infrarroja a través de un diodo emisor de luz infrarroja. Esta barrera infrarroja es detectada por el fotodiodo que produce un pulso de corriente para ser enviado a un circuito integrado SN74LS00N que actúa como un amplificador de corriente. Para poder observar que el fotodiodo está funcionando correctamente se propuso conectar a la salida del circuito integrado un diodo emisor de luz normal, el cual cuando enciende nos indica que hay presencia de un objeto en la

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http://www.fisica.net/neonerds/cd.jpg

http://www.fisica.net/neonerds/cd.jpg


barrera infrarroja formada por el diodo infrarrojo y el fotodiodo. Si el diodo emisor de luz no enciende, es señal de que ningún objeto ha obstruido la barrera infrarroja.

Figura 2. Circuito de barrera infrarroja con fotodiodo. MATERIAL Y EQUIPO 1 Resistencia de 220 ohms a ½ watt 1 D1=Diodo emisor infrarrojo 1 D2=Fotodiodo de buena sensibilidad 1 R2=Resistencia de 10 kilo ohms a ½ watt 1 CI-1 = Circuito integrado SN74LS00N 1 L1= Led emisor de luz normal (led) 1 Fuente de alimentación de 5 volts de corriente continua 1 Multímetro Digital con puntas de prueba 1 Pinzas de punta 1m Alambre calibre 22 de un polo DESARROLLO DE LA PRACTICA 1. Armar en el protoboard el circuito de la Figura 2, teniendo cuidado de no cometer errores en las

conexiones. 2. Mediante el uso del Multímetro Digital, medir el voltaje de la fuente de alimentación para

comprobar que el voltaje sea de 5 volts de corriente continua. 3. Separar el circuito que contiene el diodo emisor infrarrojo del resto del circuito y pasar un objeto

entre el diodo emisor infrarrojo y el fotodiodo. 4. Observar que el diodo emisor de luz encienda al pasar el objeto en la barrera infrarroja. Si no

enciende volver a checar el circuito, ya que puede presentarse alguna falla en el armado del circuito.

5. Si el diodo emisor de luz enciende, es señal de que el circuito está funcionando perfectamente. 6. Realizar pruebas con objetos de diferentes tamaños para comprobar la efectividad del circuito

sensor.

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CONCLUSIONES ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ CRITERIO DE EVALUACIÓN BIBLIOGRAFIA Stanley Wolf & Richard F.M. Smith, GUIA PARA MEDICIONES ELECTRONICAS Y PRACTICAS DE LABORATORIO, Editorial Prentice Hall, Primera edición 1992, México.

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PRACTICA 6

CARACTERISTICAS DEL FOTOTRANSISTOR

OBJETIVO

Demostrar el comportamiento de un fototransistor mediante la experimentación teórico-práctica de los distintos circuitos de barrera infrarroja disponibles, mostrando algunas aplicaciones dentro de la industria actual.

DESCRIPCION BASICA

Un fototransistor es un dispositivo electrónico que tiene una unión P-N de colector a base fotosensible. La corriente inducida por efectos fotoeléctricos es la corriente de base del transistor. Si asignamos la notación I para la corriente de base fotoinducida, la corriente de colector resultante tiende a aumentar a medida que la corriente de base aumenta. Es importante reconocer que la corriente de base del fototransistor aumenta a medida que la presencia de un haz de luz infrarroja sea más intenso sobre la misma.

La calidad de detección de la barrera infrarroja depende de las características técnicas de operación del fototransistor. También se aconseja que el fototransistor no sea alterado en su funcionamiento por la luz del día y que solamente responda cuando se detecte la presencia del haz infrarrojo que controla al mismo fototransistor. En la figura 1 se muestra la estructura física de un fototransistor de uso general, así como su disposición de terminales.

Algunas de las aplicaciones prácticas de un fototransistor incluyen las siguientes: Controles de encendido de lámparas cuando comienza a oscurecer, circuitos cuenta piezas por infrarrojos, sistemas de detección de obstáculos, etc.

Figura 1. Símbolo electrónico de un fototransistor, indicando sus terminales. CIRCUITO DE BARRERA INFRARROJA DE USO COMUN.

Este circuito es de fácil armado, ya que contiene pocos componentes electrónicos de fácil adquisición. En caso de no conseguir el optoacoplador abierto, este dispositivo se puede sustituir por la conexión externa de un fototransistor y un diodo emisor infrarrojo. Al pasar un objeto entre el fototransistor y el diodo emisor infrarrojo, se produce un pulso de corriente que se encarga de polarizar el transistor 2N3904. Este transistor se encarga de amplificar la corriente a un valor aceptable que puede controlar incluso una etapa de control de encendido de lámparas u otro dispositivo que requiere de la presencia de una barrera infrarroja.

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Figura 2: Circuito práctico de barrera infrarroja con fototransistor. MATERIAL Y EQUIPO 1 R1= Resistencia de 470 ohms a ½ watt 1 D1= Diodo emisor de luz infrarroja 1 R2= Resistencia de 15 kilo ohms a ½ watt 1 Fototransistor de buena sensibilidad 1 R3=Resistencia de 1.5 kilo ohms a ½ watt 1 R4=Resistencia de 4.7 kilo ohms a ½ watt 1 Transistor 2N3904 1 Protoboard 1 D2= Diodo emisor de luz normal (led) 1 Fuente de alimentación de voltaje fija a 5 volts directos 1m Alambre para conexiones calibre 22 de un polo DESARROLLO DE LA PRACTICA 1. Armar el circuito de la Figura 2 en el protoboard teniendo cuidado con la conexión de los

componentes. 2. Alimentar el circuito armado con la fuente de alimentación de 5 volts. 3. Pasar un objeto pequeño entre el fototransistor y el diodo emisor infrarrojo, observar si el diodo

emisor de luz (D2) enciende. En el caso de que encienda, es señal de que el circuito está funcionando correctamente, si no enciende al pasar el objeto entre el diodo emisor infrarrojo y el fototransistor, vuelva a revisar las conexiones.

4. Mencionar una aplicación práctica que se le puede dar al circuito de la Figura 2 en la vida cotidiana.

5. Probar el circuito de la Figura 2 en un lugar con poca iluminación, con el propósito de observar la respuesta del fototransistor en estas condiciones de iluminación.

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CONCLUSIONES ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ CRITERIO DE EVALUACION BIBLIOGRAFIA Robert Boylestad & Louis Nashelsky. ELECTRONICA TEORIA DE CIRCUITOS, editorial PRENTICE HALL, 1990, Cuarta edición.

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PRACTICA 7

OPTOACOPLADORES

OBJETIVO Conocer los elementos técnicos necesarios acerca de los optoacopladores para poder

aplicarlos a circuitos de amplificación dentro del área de la instrumentación. DESCRIPCION BASICA EL OPTOACOPLADOR O ACOPLADOR OPTICO.

Existe una clase especial de amplificadores utilizados dentro del área de la instrumentación. En realidad son amplificadores diferenciales de corriente directa equipados con blindajes en el circuito de entrada y por lo tanto están separados “óhmicamente” tanto del circuito de salida como de la fuente de poder del amplificador. Estos amplificadores de aislamiento ofrecen la posibilidad de protección de los componentes del sistema de medición contra voltaje muy altos (hasta 5000 volts) que se presentan en algunos ambientes industriales (Figura 1).

Figura 1. OPTOACOPLADOR DE TIPO INDUSTRIAL

Dentro de las aplicaciones principales de estos dispositivos se encuentran las siguientes: 1. En aplicaciones de equipo electrónico médico, en donde por razones de seguridad es forzoso que

los niveles de corriente de fuga que pasen a través de los pacientes conectados al equipo electrónico médico se restrinjan a valores extremadamente pequeños.

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2. Cuando se trabaja con plantas generadoras de electricidad y otros sistemas de control de proceso de alto voltaje.

3. En aplicaciones donde exista un gran desequilibrio de impedancia, pero donde se necesite una alta relación de rechazo de modo común.

En un optoacoplador por lo regular se montan un diodo emisor de luz infrarroja y un

fototransistor muy cerca uno del otro en el mismo empaque. La luz del diodo, causada por la circulación de la corriente, llega al fototransistor dando lugar a una corriente en su colector. Este valor de corriente se utiliza para impulsar circuitos de control que pueden mover dispositivos de salida como: motores, lámparas, solenoides, etc.

Figura 2: Circuito práctico de barrera infrarroja con optoacoplador.

MATERIAL Y EQUIPO 1 R1= Resistencia de 470 ohms a ½ watt 1 R2= Resistencia de 15 kilo ohms a ½ watt 1 CI-1 = Optoacoplador MOC 3011 ó equivalente. 1 R3=Resistencia de 1.5 kilo ohms a ½ watt 1 R4=Resistencia de 4.7 kilo ohms a ½ watt 1 Transistor 2N3904 1 Protoboard 1 D2= Diodo emisor de luz normal (led) 1 Fuente de alimentación de voltaje fija a 5 volts directos 1m Alambre para conexiones calibre 22 de un polo DESARROLLO DE LA PRACTICA 1. Armar el circuito de la Figura 2 en el protoboard teniendo cuidado con la conexión de los

componentes. 2. Alimentar el circuito armado con la fuente de alimentación de 5 volts. 3. Pasar un objeto pequeño entre el fototransistor y el diodo emisor infrarrojo, observar si el diodo

emisor de luz (D2) enciende. En el caso de que encienda, es señal de que el circuito está funcionando correctamente, si no enciende al pasar el objeto entre el diodo emisor infrarrojo y el fototransistor, vuelva a revisar las conexiones.

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4. Mencionar una aplicación práctica que se le puede dar al circuito de la Figura 2 en la vida cotidiana.

5. Probar el circuito de la Figura 2 en un lugar con poca iluminación, con el propósito de observar la respuesta del fototransistor en estas condiciones de iluminación.

ESQUEMAS OBSERVACIONES ______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

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__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ CUESTIONARIO 1. ______________________________________________________________________________ 2. ______________________________________________________________________________ 3. ______________________________________________________________________________ 4. ______________________________________________________________________________ 5. ______________________________________________________________________________ CONCLUSIONES ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ CRITERIO DE EVALUACION BIBLIOGRAFIA Robert Boylestad & Louis Nashelsky. ELECTRONICA TEORIA DE CIRCUITOS, editorial PRENTICE HALL, 1990, Cuarta edición. Stanley Wolf & Richard F.M. Smith. GUIA PARA MEDICIONES ELECTRONICAS Y PRACTICAS DE LABORATORIO, Editorial Prentice hall, Primera edición, 1992, méxico.

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PRACTICA 8

CIRCUITO DETECTOR DE HUMEDAD OBJETIVO

Identificar las características de funcionamiento de un detector sencillo de humedad de líquidos, con el propósito de aplicarlo en situaciones en las cuales se requiere que el área de trabajo no presente humedad que pueda afectar al equipo que forma parte de un proceso de tipo industrial. DESCRIPCION BASICA HUMEDAD

En la industria actual existen distintos dispositivos de control electrónicos que aportan bastantes beneficios en los distintos procesos. Por ejemplo, algunos procesos requieren que se controle en forma permanente el nivel de líquidos, otros requieren que se controle la temperatura, otros requieren que se controle la presión de tuberías, etc.

Esta práctica nos permite conocer el funcionamiento de los detectores de humedad (Figura 1), los cuales tienen aplicaciones muy interesantes dentro del ámbito industrial; por ser bastante precisos y confiables dependiendo del modelo y calidad de los mismos.

En este caso se experimenta con un dispositivo que detecta la presencia de agua y humedad. Con este circuito tenemos la activación de un sistema de aviso cuando un sensor está mojado o incluso humedecido. Se dispone de un rectificador controlado de silicio, el cual se dispara cuando un líquido moja o humedece el sensor. Este sensor consiste en dos telas metálicas separadas por un trozo de tejido o papel poroso con un poco de sal.

Después de la activación de la alarma por humedad o agua, el sensor debe secarse por un periodo de 10 minutos. Este circuito también puede utilizarse para el disparo por nivel de líquidos mediante el uso de un sensor que consista en dos trozos de alambre calibre 22 con las puntas peladas y separadas por una distancia de 5 cm. El circuito experimental se muestra en la figura 2, incluyendo la disposición de los componentes.

Figura 1. Detector de humedad de excelente precisión.

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Figura 2. Circuito detector de humedad de líquidos. MATERIAL Y EQUIPO 1 D1=Diodo de protección 1N4148 1 Relevador de 12 volts de corriente continua 1 SCR C 106 B 1 Resistencia de 10 kilo ohms a ½ watt 1 R2=Resistencia de 2.2 kilo ohms a ½ watt 1 Fuente de alimentación fija a 12 volts de corriente continua 2 Laminillas metálicas de 6cmX3cm 1 Multímetro digital con puntas de prueba 1 Buzzer para 12 volts DESARROLLO DE LA PRACTICA 1. Armar en el protoboard el circuito de la Figura 1, teniendo cuidado con las conexiones para evitar

posibles corto circuitos. 2. Mediante el uso del Multímetro digital, medir el voltaje de la fuente de alimentación para comprobar

que está dando 12 volts de corriente continua. 3. Alimentar el circuito por medio de la fuente de alimentación de 12 volts de corriente continua. 4. Una vez armado el circuito, conectar las dos laminillas metálicas entre los puntos A y B,

sumergiéndolas en un recipiente que contenga agua. 5. Al sumergir las laminillas se debe producir un zumbido en el buzzer, indicando la presencia de

humedad. 6. Si no se escucha ningún zumbido al introducir las laminillas en el agua, proceder a revisar

nuevamente las conexiones del circuito.

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CONCLUSIONES ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ CRITERIO DE EVALUACION BIBLIOGRAFÍA Stanley Wolf & Richard F.M. Smith. GUIA PARA MEDICIONES ELECTRONICAS Y PRACTICAS DE LABORATORIO, Editorial Prentice hall, Primera edición, 1992, México.

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PRACTICA 9

PRESION OBJETIVO

Que el alumno realice un circuito detector de presión en el laboratorio para comprender el funcionamiento de los detectores de esta variable, comprendida esta como una de las más importantes de la industria. DESCRIPCION BASICA LA PRESION

Junto con la temperatura, la presión es la variable más comúnmente medida en plantas de proceso. Su persistencia se debe, entre otras razones, a que la presión pude reflejar la fuerza motriz para la reacción o transferencia de fase de gases; la fuerza motriz para el transporte de gases o líquidos; la cantidad másica de un gas en un volumen determinado; etc. Es también común medir la presión en una línea para cuantificar caudal, cuando se conoce la pérdida de carga; o pérdida de carga cuando se conoce el caudal.

La presión queda determinada por la razón de una fuerza al área sobre la que actúa la fuerza. Así, si una fuerza F actúa sobre una superficie A, la presión P queda estrictamente definida por la razón P= F/A. Dado que tanto la fuerza como el área son de naturaleza vectorial, la presión es una magnitud escalar (es decir, sólo tiene magnitud, no dirección).

Los instrumentos utilizados para medir presión reciben la denominación: "manómetros". La forma más tradicional de medir presión en forma precisa utiliza un tubo de vidrio en forma

de "U"(Figura 1), donde se deposita una cantidad de líquido de densidad conocida (para presiones altas, se utiliza habitualmente mercurio para que el tubo tenga dimensiones razonables; sin embargo, para presiones pequeñas el manómetro en U de mercurio sería poco sensible).

Este tipo de manómetros tiene una ganancia que expresa la diferencia de presión entre los dos extremos del tubo mediante una medición de diferencia de altura (es decir, una longitud).

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FIGURA 1. Manómetro tipo U. TUBO BOURDON

El medidor tipo tubo Bourdon es el que más frecuentemente se utiliza en medida de presión, ya que es un instrumento simple y robusto, cubriendo alcances desde 0 a 15 libras por pulgada cuadrada de presión relativa (psig), y desde 0 a 1000 000psig, así como también vacíos desde 0 a 30 plg de mercurio.

Cuando existe una presión en la entrada del tubo aumenta, el mecanismo que contiene hace que se expanda la aguja tomando la medida de la presión cuando disminuye La Figura 2 muestra la constitución interna y el aspecto físico de un manómetro.

FIGURA 2. Constitución interna y aspecto interno de un tubo bourdon.

FIGURA 3. Circuito detector de presión.

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En el circuito de la Figura anterior se muestra un detector de presión que sonará si existe una presión sobre el objeto. El detector continuará sonando hasta que se pulse el conmutador de reset (SW1), entonces se desconectará la alarma y se reiniciará la unidad. La sensibilidad de la alarma puede ajustarse con el potenciómetro (R1). Este circuito esta dividido en tres partes: el detector de contacto, el circuito disipador y una alarma. La sección del detector de contacto incluye los transistores Q1, Q2, y Q3, cuando en el objeto existe una presión se activa el transistor de efecto de campo, el cambio de la tensión en el sumidero del FET activa a Q2 y Q3, en el circuito disparador de tensión en la puerta del SCR se hace positiva, conectando el SCR y activando al relé de cerrado.



El circuito se activa, y el zumbador suena. El SCR permite permanecer en el estado de conducción y la alarma continua encendida aún cuando se retire el dedo que hace presión sobre el objeto. Si el conmutador de reset se abre, el piezo zumbador se desconecta y la alarma de contacto se inicializa de nuevo otra vez. MATERIAL Y EQUIPO 1 R1= resistencia variable 100KΩ 1 R2= resistencia 47KΩ a ½ w 1 R3= resistencia 120KΩ A ½ W. 1 R4= resistencia 22KΩ a ½ W 2 R5, R8 = resistencias 330Ω a ½ W. 1 R6= resistencia 470Ω a ½ W 2 R7, R10 = resistencia 1kΩ a ½ W 1 R9= resistencia 10Ω a ½ W 1 J1= transistor efecto de campo 2N5457 1 Q1= transistor Q2N3906 1 Q2= transistor Q2N3904 1 C1= capacitor 1µFd a 25V 1 C2= capacitor 4.7µFd a 25V 1 D2 = diodo 1N4003 1 piezo zumbador 2 SW1, SW2= interruptores 1 fuente de alimentación de 12Vcd 1 protoboard o tablilla de conexiones 2m cable pot calibre 22 DESARROLLO DE LA PRACTICA 1. Arme el circuito propuesto en la Figura 3. 2. Observe el efecto al aplicar presión sobre el cuadro, y se hace variar su presión sobre él. 3. Anote sus observaciones y conclusiones. ESQUEMAS

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OBSERVACIONES ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ CUESTIONARIO 1. ______________________________________________________________________________ 2. ______________________________________________________________________________ 3. ______________________________________________________________________________ 4. ______________________________________________________________________________ 5. ______________________________________________________________________________ CONCLUSIONES ________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ CRITERIO DE EVALUACION BIBLIOGRAFÍA http://www.cec.uchile.cl/~cabierta/libros/l_herrera/iq54a/instru.htm#IntroducciónPresio

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CREDITOS

PLANTEL: ORIZABA BACHILLERATO

AUTOR(ES): ING. JULIO CESAR SÁNCHEZ HERNÁNDEZ ING. GABRIEL FLORES ANAYA

REVISION: LIC. FATIMA ROMERO GUTIERREZ ING. ARACELI G. SÁNCHEZ GASCA

CAPTURISTA: L.I. SUSANA CALDERÓN CÓRDOBA

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Elementos de teoria del control

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