m.a. sensores y acondicionamiento de se§ales

INGENIERÍA MECATRÓNICA

SENSORES Y

ACONDICIONAMIENTO DE

SEÑALES

SAS-ES

REV00

II

DIRECTORIO

Secretario de Educación Pública

Mtro. Alonso Lujambio Irazábal

Subsecretario de Educación Superior

Dr. Rodolfo Tuirán Gutiérrez

Coordinadora de Universidades Politécnicas

Mtra. Sayonara Vargas Rodríguez

III

PÁGINA LEGAL

Participantes

M.I. Guillermo Martín Limón Molina – Universidad Politécnica de Baja California.

M.C. Carlos Morales Carbajal – Universidad Politécnica de Baja California.

Primera Edición: 2011

DR 2011 Coordinación de Universidades Politécnicas.

Número de registro:

México, D.F.

ISBN-----------------

IV

ÍNDICE

Introducción…………………………………………………………………………………………..…………………….…1

Programa de Estudios…………………………………………………………………………….……………………….2

Ficha Técnica…………………………………………………………………………………………………………………3

Desarrollo de Prácticas y/o Actividades de Aprendizaje……………………………………………………6

Instrumentos de Evaluación……………………………………………………………………………………………19

Glosario…………………………………………………………………………………………………………………………28

Bibliografía……………………………………………………………………………………………………..……………..32

1

INTRODUCCIÓN

Este manual sirve al Profesor para identificar los objetivos, los contenidos y su

programación, correspondientes a la asignatura: Sensores y Acondicionamiento de Señales.

El manual detalla las habilidades y valores que desarrolla el estudiante al cumplir con cada

objetivo, también da algunas directrices en cuanto a los instrumentos didácticos y de

evaluación que podrían aplicarse durante el curso.

El mundo de los sensores y actuadores es amplísimo y complejo, hay miles de sensores

diferentes en el mercado y muchísimas publicaciones especializadas. Gracias al avance de

las tecnologías de integración, aparecen sensores y actuadores cuyo tamaño es del orden

de fracciones de milímetro y cuyo acondicionamiento, o parte de él, se integra en el mismo

substrato que el dispositivo. Asimismo, sensores tradicionales como el LVDT o los sensores

basados en ultrasonidos no son desplazados por aquellos de última generación, sino que

conviven gracias a su propio nicho de aplicación.

El desarrollo de la automatización industrial y los procesos de aseguramiento de la calidad

se deben en gran medida al desarrollo de la ciencia de la medición. En particular, la

cuantificación de variables y su procesamiento en medios electrónicos se ha desarrollado

gracias a los transductores. Estos elementos han permitido realizar la “conexión” entre la

dimensión física del proceso.

El alumno tendrá la capacidad de identificar diferentes tipos de transductores para que

pueda interpretar a través del conocimiento de su funcionalidad las aplicaciones de los

distintos tipos de sensores y actuadores.

Sensores y Acondicionamiento de Señales tiene influencia sobre otras asignaturas debido a

que permite al alumno comprender la importancia de los diferentes tipos de sensores y

circuitos de acondicionamientos en sistemas automatizados, teniendo aplicación directa en

materias como hidráulica, neumática y PLC’s.

2

PROGRAMA DE ESTUDIOS

Presencial NO Presencial Presencial NO Presencial

Al completar la unidad de

aprendizaje el alumno será

capaz de:

Identificar los conceptos

generales y terminología de los

sistemas de medición con

propósito de obtención de

parámetros de los sistemas

generales.

Identificar los conceptos de

transductores, sensores y el

acondicionamiento de señales

para resolver problemas en la

industria.

EC1: Resuelve un cuestionario

acerca de sistemas de

medición.

Lección

Magisterial

Estudio de casos

Portafolio de

evidenciasX X N/A N/A NA

Pizarrón,

diapositivas

electrónicas y

acceso a

internet.

Proyector

(cañón de

video) y

computadora

4 1 0 1 Documental

EC1: Cuestionario

de Sistemas de

Medición.



capaz de:

Distinguir la clasificación general

de los sensores para su

aplicación en las entradas de los

sistemas.

Describir las características

estáticas y dinámicas de los

sistemas para su manejo

eficiente.

EC1: Resuelve un cuestionario

acerca de las características

dinámicas de los sistemas.

EP1: Resuelve problemas

relacionados con la exactitud,

linealidad y la resolución de un

sistema de medición.

Lección

Magisterial

Estudio de casos

Portafolio de

evidenciasX X N/A N/A NA

Pizarrón,

diapositivas

electrónicas y

acceso a

internet.

Proyector

(cañón de

video) y

computadora

14 2 6 2 Documental

EC1: Cuestionario

de las

características

estáticas y

dinámicas de los

sistemas.

EP1: Rúbrica para

problemario de

linealidad,

exactitud y

resolución de un

sistema de

medición.



capaz de:

Distinguir los sensores resistivos

y acodicionamiento para su

aplicación en proyectos.

ED1: Realiza una práctica con

los sensores resistivos más

usados.

EP1: Resuelve problemas con

el Puente de Wheastone.

Lección

Magisterial

Estudio de casos

Portafolio de

evidenciasX X N/A N/A

Sensores

resistivos

más usados

Pizarrón,

diapositivas

electrónicas y

acceso a

internet.

Proyector

(cañón de

video),

computadora,

multímetro y

fuentes de

voltaje

8 2 0 0Documental

Campo

ED1: Guía de

Observación para

práctica de

sensores resistivos

más usados.

EP1: Rúbrica para

problemario del

Puente de

Wheastone.



capaz de:

Identificar los sensores

capacitivos e inductivos y su

acondicionamiento para su

aplicación eficiente en sistemas

mecatrónicos.

ED1: Realiza una práctica de

los sensores capactivos e

inductivos.

EP1: Resuelve problemas con

el Puente de Maxwell y Puente

de Schering.

Lección

Magisterial

Estudio de casos

Portafolio de


Sensores

capactivos e

inductivos

Pizarrón,

diapositivas

electrónicas y

acceso a

internet.

Proyector

(cañón de

video),

computadora,

multímetro y

fuentes de

voltaje

16 1 5 2Documental

Campo

ED1: Guía de

Observación para

práctica de los

sensores

capactivos e

inductivos.

EP1: Rúbrica paa

problemario de

Puente de Maxwell

y Puente de

Schering.



capaz de:

Distinguir los sensores

piezoeléctricos, piroeléctricos y

fotovoltáicos y su

acondicionamiento con el

propósito de aplicarlos

apropiadamente en el desarrollo

de proyectos de creatividad.

ED1: Realiza una práctica con

los principales sensores

generadores.

Lección

Magisterial

Estudio de casos

Portafolio de


Principales

sensores

generadores

Pizarrón,

diapositivas

electrónicas y

acceso a

internet.

Proyector

(cañón de

video),

computadora,

multímetro y

fuentes de

voltaje

14 3 6 3 Campo

ED1:

Guía de

observación para

práctica de

sensores

generadores.

UNIDADES DE APRENDIZAJE RESULTADOS DE APRENDIZAJE

ESPACIO EDUCATIVO MOVILIDAD FORMATIVA

OBSERVACIÓNTEÓRICA PRÁCTICA EVIDENCIAS

TECNICAS SUGERIDAS

OTRO

II. Tipos de Sensores

EQUIPOS

REQUERIDOS

TOTAL DE HORAS

PROGRAMA DE ESTUDIO

DATOS GENERALES

AULA LABORATORIO

MATERIALES

REQUERIDOSPARA EL

APRENDIZAJE

(ALUMNO)

III. Sensores Resistivos

TOTAL HRS. DEL CUATRIMESTRE:

TÉCNICA

CONTENIDOS PARA LA FORMACIÓN

IV. Sensores de

Reactancia Variable

I. Sistemas de Medición

Universidad Politécnica de Aguascalientes, Universidad Politécnica de Baja California, Universidad Politécnica del Centro, Universidad Politécnica de Chiapas, Universidad Politécnica de Querétaro, Universidad

Politécnica de Pachuca, Universidad Politécnica de Puebla, Universidad Politécnica de Sinaloa, Universidad Politécnica de Tlaxcala, Universidad Politécnica del Valle de México, Universidad Politécnica del Valle de

Toluca, Universidad Politécnica de Victoria, Universidad Politécnica de Zacatecas, Universidad Politécnica de la Zona Metropolitana de Guadalajara.

UNIVERSIDADES PARTICIPANTES:

INSTRUMENTO

CLAVE DE LA ASIGNATURA:

OBJETIVO DE LA ASIGNATURA:

Septiembre, 2011FECHA DE EMISIÓN:

PRÁCTICA

90

PARA LA

ENSEÑANZA

(PROFESOR)

PROYECTO

ESTRATEGIA DE APRENDIZAJE EVALUACIÓN

V. Sensores

Generadores

Ingeniería Mecatrónica

Formar profesionistas con valores universales, competentes en el diseño, desarrollo, mantenimiento e implantación de sistemas, productos o procesos mecatrónicos, con el fin de innovar, mejorar e impulsar el

desarrollo tecnológico regional y nacional.

Sensores y Acondicionamiento de Señales

SAS-ES

El alumno será capaz de seleccionar los sensores de acuerdo a sus características y su fase de acondicionamiento para aplicaciones como elementos de entrada de un sistema o proceso.

NOMBRE DEL PROGRAMA EDUCATIVO:

OBJETIVO DEL PROGRAMA EDUCATIVO:

NOMBRE DE LA ASIGNATURA:

3

FICHA TÉCNICA

SENSORES Y ACONDICIONAMIENTO DE SEÑALES

Nombre: Sensores y Acondicionamiento de Señales

Clave: SAS-ES

Justificación:

Esta asignatura permitirá al alumno identificar y seleccionar los sensores y su

respectivo acondicionamiento, los cuales son de vital importancia en la etapa

inicial del diseño sistema o un proceso, debido a que nos permiten

cuantificar, medir y comparar variables físicas que serán tratadas en un

sistema o proceso.

Objetivo:

El alumno será capaz de seleccionar los sensores de acuerdo a sus

características y su fase de acondicionamiento para aplicaciones como

elementos de entrada de un sistema o proceso.

Habilidades:

Razonamiento matemático.

Capacidad de comprensión.

Seleccionar información.

Capacidades para análisis y síntesis para aprender, para resolver problemas,

aplicar los conocimientos en la práctica, adaptarse a nuevas situaciones,

cuidar la calidad, gestionar la información y para trabajar en forma autónoma

y en equipo.

Aplicar normas de seguridad, higiene y medio ambiente.

Competencias

genéricas a

desarrollar:

Capacidad para resolver problemas.

Capacidad para análisis y síntesis.

Capacidad para trabajar en forma autónoma y en equipo.

Capacidad para aprender.

4

Capacidades a desarrollar en la asignatura Competencias a las que contribuye la

asignatura

Seleccionar las tecnologías mecatrónicas

disponibles para integrar la solución

cumpliendo con las especificaciones de

diseño.

Emplear los elementos mecatrónicos para

la integración de un modelo o prototipo,

basándose en las especificaciones de

diseño.

Determinar los dispositivos de entrada,

salida y de control para mejorar el

desempeño del sistema o proceso con

base a las especificaciones técnicas y a los

requerimientos del diagnóstico realizado.

Actualizar el sistema o proceso para

mejorar su funcionamiento incorporando

los elementos de entrada, salida y de

control.

Identificar las condiciones de

funcionamiento de los equipos para

determinar los requerimientos de

mantenimiento con mediciones y pruebas

de acuerdo al equipo.

Consultar las especificaciones de

manuales técnicos para identificar las

recomendaciones del fabricante

interpretando y traduciendo la ficha

técnica del equipo.

Elaborar el circuito electrónico para

integrarlo a los sistemas mecatrónicos

mediante las especificaciones de diseño.

Controlar la calidad del circuito electrónico

manufacturado para garantizar su robustez

en las diferentes condiciones de operación,

aplicando pruebas y normatividades

correspondientes.

Integrar modelos y prototipos mecatrónicos

para validar la funcionalidad de los

sistemas, productos o procesos propuestos

empleando dispositivos físicos y software

de simulación.

Implementar elementos mecatrónicos para

la automatización de sistemas o procesos

con base al resultado del diagnóstico.

Diagnosticar las necesidades de

mantenimiento para elaborar el plan y

programa de mantenimiento mediante el

análisis de las condiciones de

funcionamiento del equipo y las

especificaciones técnicas del fabricante.

Construir circuitos electrónicos para su

integración en sistemas mecatrónicos

mediante la interconexión de elementos y

dispositivos electrónicos.

5

Estimación de tiempo

(horas) necesario para

transmitir el aprendizaje

al alumno, por Unidad de

Aprendizaje:

Unidades de aprendizaje

HORAS TEORÍA HORAS PRÁCTICA

Presencial

No

presencial

Presencial

No

presenci

al

I.- Sistemas de

Medición. 4 1 0 1

II.- Tipos de Sensores. 14 2 6 2

III.- Sensores Resistivos. 8 2 0 0

IV.- Sensores de

Reactancia Variable.

16 1 5 2

V.- Sensores Generadores. 14 3 6 3

Total de horas por

cuatrimestre: 90

Total de horas por

semana: 6

Créditos: 5

6

DESARROLLO DE PRÁCTICAS Y

ACTIVIDADES DE APRENDIZAJE

7

Nombre de la asignatura: Sensores y Acondicionamiento de Señales

Nombre de la Unidad de

Aprendizaje: 1. Sistemas de Medición

Nombre de la evidencia: Cuestionario sobre Sistemas de Medición

Número: 1 Duración (horas) : 1

Resultado de

aprendizaje:

Al completar el cuestionario el alumno será capaz de:

*Identificar los conceptos generales y terminología de los sistemas de

medición con propósito de obtención de parámetros de los sistemas

generales.

Requerimientos (Material

o equipo): Lápiz y borrador.

Actividades a desarrollar en el cuestionario:

Profesor:

Enseñar Sistemas de Medición, su clasificación y su estructura básica.

Explicar cada elemento de la estructura básica de un sistema de medición.

Alumno:

Analizar los elementos antes mencionados y contestar el siguiente cuestionario.

Revisar los conceptos antes mencionados por medio de la consulta del material

proporcionado por el profesor.

1.- ¿Qué es un Sistema de Medición?

2.- Mencione la clasificación de los Sistemas de Medición.

3.-Describa la estructura básica de un Sistema de Medición (Instrumento de medición)

4.-Explique cada uno de los elementos de la estructura de un Sistema de Medición.

5.- ¿Por qué es importante la etapa de acondicionamiento de señal?

6.- Mencione que elementos pueden ser usados como la entrada de un sistema de medición

7.- ¿Qué elementos pueden ser utilizados como la salida de un sistema de medición?

Evidencias a las que contribuye el desarrollo de este cuestionario:

EC1- Cuestionario de sistemas de medición.

DESARROLLO DE LA ACTIVIDAD DE APRENDIZAJE

8



Aprendizaje: 2. Tipos de Sensores

Nombre de la evidencia: Cuestionario de las Características Estáticas y Dinámicas de los Sistemas.

Número: 2 Duración (horas) : 2.5

Resultado de

aprendizaje:

Distinguir la clasificación general de los sensores para su aplicación en las

entradas de los sistemas.


o equipo): Lápiz y borrador


Profesor:

Enseñar los temas de Transductores y Sensores, incluyendo su clasificación y ejemplos

de aplicaciones.

Explicar características estáticas y dinámicas de los sistemas de medición aplicadas a

los sensores más comunes y su clasificación.

Mencionar los tipos de errores y su clasificación.

Alumno:




1. Mencione el concepto de un transductor y como se clasifican.

2. ¿Qué es un sensor? Mencione su clasificación.

3. Describa dos ejemplos de aplicaciones de los sensores y dos ejemplos de aplicaciones de los

transductores.

4. ¿A qué se refiere cuando hablamos de características estáticas de un sistema de medición?

¿Qué diferencia existe con las características dinámicas?

5. ¿Cuál es la diferencia entre la exactitud y la precisión? Mencione si son características

estáticas o dinámicas.

6. Explique los conceptos de: a) Exactitud b) Precisión c) Resolución d) Linealidad e) Error

Dinámico f) Fidelidad g) Velocidad de Respuesta.

7. Mencione y explique la clasificación de los tipos de errores que podemos encontrar en los

sistemas de medición.

Evidencias a las que contribuye el desarrollo de este cuestionario:

EC1- Resuelve un cuestionario acerca de las características estáticas y dinámicas de los sistemas.


9

Nombre de la

asignatura: Sensores y Acondicionamiento de Señales

Nombre de la Unidad

de Aprendizaje: 2. Tipos de Sensores

Nombre de la

evidencia: Problemario de linealidad, exactitud y resolución de un sistema de

medición.


Resultado de

aprendizaje:

*Describir las características estáticas y dinámicas de los sistemas para

su manejo eficiente.

Requerimientos

(Material o equipo):

Computadora con acceso a internet, fuentes bibliográficas e impresora


Profesor:

Mostrar ejemplos de las características estáticas y dinámicas de los sensores.

Mencionar aplicaciones típicas que requieran análisis de las características estáticas y

dinámicas de los sensores.

Alumno:




1. Para un determinado sensor, se especifica un error de linealidad del 1% de la lectura más el

0.1% del fondo de la escala, mientras que para un segundo sensor que posee el mismo

alcance de medida, el error especificado es de 0.5% de la lectura más el 0.2% del fondo de la

escala. ¿En qué margen de la escala es el más exacto el primero que el segundo? Si el alcance

de medida del segundo fuera doble que el primero, ¿en qué margen sería más exacto este

último?

2. Para medir el flujo turbulento con fluctuaciones de hasta 100 Hz, se emplea un sensor de

temperatura sin recubrimiento (respuesta dinámica de primer orden). Si el error dinámico se

desea mantener inferior al 5%, ¿Cuánto debe valer la constante de tiempo del sensor?

3. Para la calibración dinámica de un acelerómetro se dispone de una mesa vibrante, con

frecuencímetro, un sensor de velocidad lineal de devanado móvil y un sistema óptico para

medir distancias. Averigua cuál de los siguientes métodos de medida es el mejor para

determinar la aceleración aplicada, en función de la exactitud de dichos instrumentos: medir la

frecuencia a la que vibra la mesa y la velocidad lineal, o medir la frecuencia a la que vibra la

mesa y el desplazamiento.

4. Para calibrar un acelerómetro lineal se coloca éste en una mesa centrífuga horizontal de radio


10

R, la cual gira a una velocidad ω ajustable y que viene indicada en revoluciones por minuto

(r/min) en un panel de cuatro dígitos. El error del conjunto de medida de la velocidad es de ±

1 en la cifra menos significativa. Se pide:

a) Suponiendo que el error en la determinación de la posición del acelerómetro sea

despreciable, ¿cuál es el error relativo que se comente en la aceleración calculada

cuando el sistema gira a 5000 r/min?

b) Si la posición del acelerómetro se determina con un sistema digital que tiene una

incertidumbre de ± 1 en el bit de menor peso, ¿cuántos bits debe tener para que el error

en la medida de la posición produzca por sí solo un error en la aceleración calculada

inferior al del apartado anterior?

c) Para determinar su velocidad transversal se dispone del acelerómetro con el eje activo

en dirección tangencial, y se obtiene una señal que es de 1.7% de la correspondiente al

canso en que la dirección del eje activo es radial. ¿Cuál debe ser la precisión del sistema

si el posicionamiento angular para que al determinar la sensibilidad longitudinal el error

debido a la falta de alineamiento del eje activo y el radio sea inferior al 0.1%?

Evidencias a las que contribuye el desarrollo de este problemario:

EP1: Resuelve problemas relacionados con la exactitud, linealidad y la resolución de un sistema de

medición.

11



Aprendizaje: 3. Sensores Resistivos

Nombre de la práctica o

proyecto: Práctica de Sensores Resistivos más usados.


Resultado de

aprendizaje:

Distinguir los sensores resistivos y acondicionamiento para su aplicación

en proyectos.


o equipo):

Multímetro, termómetro, potenciómetros, LDR, RTD, tablero de conexiones,

alambre calibre 22, caimanes y cautín.


Profesor:

Enseñar los diferentes tipos de sensores resistivos más comunes.

Resolver en clase ejemplos que involucren cálculos de sensores resistivos.

Alumno:




Actividades a desarrollar:

1. Armar un circuito resistivo.

2. Elaborar una tabla de relación de resistencia, voltaje, corriente y ángulo del potenciómetro.

3. Graficar la relación de ángulo contra resistencia obtenida.

4. Graficar la relación de voltaje contra ángulo.

5. Graficar la relación de corriente contra ángulo.

6. Armar un circuito divisor de voltaje.

7. Medir el voltaje de una resistencia de 10kΩ mientras se le aplica calor a la otra por 5 seg.

8. Observar lo que sucede con el voltaje de la resistencia, medir con el termómetro la

temperatura de la resistencia y hacer anotaciones.

9. Analizar un circuito que contenga LDR’s, Termistores y RTD’s.

Evidencias a las que contribuye el desarrollo de la práctica:

ED1- Realiza una práctica con los sensores resistivos más usados.

DESARROLLO DE PRÁCTICA

12



Aprendizaje: 3. Sensores Resistivos


proyecto: Problemas con el Puente de Wheastone


Resultado de

aprendizaje:

Distinguir los sensores resistivos y acondicionamiento para su aplicación

en proyectos.


o equipo): Lápiz, borrador, multímetro, tablero de conexiones y termistores.


Profesor:

Explicar aplicaciones con el Puente de Wheastone.

Alumno:




1. Con una fuente de 12 volts y con resistencias R1=4.7 kΩ y R3=10 kΩ. Determine los valores

de R2 y Rx para el puente este balanceado.


13

2. Supongamos que la resistencia Rx varía de 5 kΩ hasta 20 kΩ. ¿Cuál sería el rango de voltaje

que tendríamos en los puntos a y b?

3. ¿Qué condición se debe cumplir para el puente de Wheastone este balanceado por corrientes

en los puntos a y b? Haga una demostración con una aplicación práctica.

4. En lugar de una Rx conecte un termistor PTC o NTC. Haga una tabla de voltaje con respecto a

la temperatura en los puntos a y b. Utilice valores resistencias que considere pertinentes.

5. ¿Qué ocuparía hacer para obtener una respuesta lo más linealmente posible en este circuito?

Haga una demostración.

6. Analice los circuitos anteriores y describa una posible aplicación para cada uno de ellos.


EP1- Resuelve problemas con el Puente de Wheastone.

14



Aprendizaje: 4. Sensores de Reactancia Variable


proyecto: Práctica de Sensores Capacitivos e Inductivos


Resultado de

aprendizaje:

Identificar los sensores capacitivos e inductivos y su acondicionamiento

para su aplicación eficiente en sistemas mecatrónicos.


o equipo):

Osciloscopio, multímetro, generador de funciones, tablero de conexiones,

alambre calibre 22, amplificadores operacionales, resistencias y sensor

capacitivo.


Profesor:

Describir aplicaciones con el uso de OPAMPS y sensores capacitivos e inductivos.

Alumno:





1. Caracterizar un sensor capacitivo en base a los siguientes circuitos:

a)


15

b)

2. Determinar que circuito es el mejor para el sensor capacitivo de acuerdo a la selección tomada

anteriormente. Para ambos circuitos hay que hacer los cálculos necesarios y elaborar tablas

comparativas que relacionen el cambio de la capacitancia y el voltaje de salida.

3. Explicar el funcionamiento del siguiente circuito.


ED1- Realiza una práctica de los sensores capacitivos e inductivos.

16

Nombre de la asignatura:

Sensores y Acondicionamiento de Señales


Aprendizaje: 4. Sensores de Reactancia Variable


proyecto: Problemario de Puente de Maxwell y Puente de Schering


Resultado de

aprendizaje:

Identificar los sensores capacitivos e inductivos y su acondicionamiento

para su aplicación eficiente en sistemas mecatrónicos.


o equipo): Lápiz y borrador


Profesor:

Explicar Puente de Maxwell y Puente de Schering para aplicaciones con sensores de

reactancia variable.

Alumno:




1. Usando el Puente de Maxwell determine los valores de Lx y Rx apropiados para producir una

caída de tensión en el detector 5 Vrms usando los siguientes valores: E=12 Vrms, R1=5 kΩ,

C1=100 nF, R2=10 kΩ y R3=4.7 kΩ.


17

2. Se dispone de un sensor capacitivo para el nivel de líquidos, formado por dos cilindros

concéntricos con radios respectivos de 20 mm y 4 mm. El depósito del cilíndrico con un

diámetro de 50 cm y una altura de 1.2 m y contiene un líquido cuya constante dieléctrica

relativa de 2.1. Para tener una señal en el detector entre 0 V (depósito vacío) y 1 V (depósito

lleno). Determine los valores de los elementos del Puente de Schering a utilizar en este caso.

Evidencias a las que contribuye el desarrollo de este problemario:

EP1- Resuelve problemas con el Puente de Maxwell y Puente Schering.

UPC10

Resaltado

18



Aprendizaje: 5. Sensores Generadores


proyecto: Práctica de Sensores Generadores


Resultado de

aprendizaje:

Distinguir los sensores piezoeléctricos, piroeléctricos y fotovoltáicos y su

acondicionamiento con el propósito de aplicarlos apropiadamente en el

desarrollo de proyectos de creatividad.


o equipo):

Sensores generadores varios, tableros de conexión, alambre calibre 22,

caimanes, fuentes de voltaje y multímetro.


Profesor:

Explicar sensores generadores y su clasificación.

Mostrar aplicaciones básicas de los sensores generadores.

Alumno:





1. Elaborar circuitos que contengan celdas fotovoltaicas y/o sensores piezoeléctricos. Hacer una

tabla que incluya la variable sensada contra generada (corriente o voltaje según sea el caso).

2. Elaborar una aplicación en el diseño de un proyecto aplicando los sensores vistos en clase y

entregar un reporte. El reporte debe incluir datos de simulación, cálculos y prueba de circuitos.


ED1- Realiza una práctica con los principales sensores generadores.


19

INSTRUMENTOS DE

EVALUACIÓN

20



Aprendizaje: 1. Sistemas de Medición

Nombre de la evidencia: Cuestionario sobre Sistemas de Medición

1.- ¿Qué es un Sistema de Medición? (1 pt)

2.- Mencione la clasificación de los Sistemas de Medición. (1 pt)

3.-Describa la estructura básica de un Sistema de Medición (Instrumento de medición) (1 pts.)

4.-Explique cada uno de los elementos de la estructura de un Sistema de Medición. (2 pts.)

5.- ¿Por qué es importante la etapa de acondicionamiento de señal? (1 pt)

6.- Mencione que elementos pueden ser usados como la entrada de un sistema de medición (2 pts.)

7.- ¿Qué elementos pueden ser utilizados como la salida de un sistema de medición? (2 pts.)

CUESTIONARIO DE SISTEMAS DE MEDICIÓN

U1, EC1

21



Aprendizaje: 2. Tipos de Sensores

Nombre de la evidencia: Cuestionario de las Características Estáticas y Dinámicas de los Sistemas.

1. Mencione el concepto de un transductor y cómo se clasifican. (1 pt)

2. ¿Qué es un sensor? Mencione su clasificación. (1 pt)

3. Describa dos ejemplos de aplicaciones de los sensores y dos ejemplos de aplicaciones de

los transductores. (1.5 pts.)

4. ¿A qué se refiere cuando hablamos de características estáticas de un sistema de

medición? ¿Qué diferencia existe con las características dinámicas? (1.5 pts.)

5. ¿Cuál es la diferencia entre la exactitud y la precisión? Mencione si son características

estáticas o dinámicas. (1 pt)

6. Explique los conceptos de: a) Exactitud b) Precisión c) Resolución d) Linealidad e) Error

Dinámico f) Fidelidad g) Velocidad de Respuesta. (2 pts.)

7. Mencione y explique la clasificación de los tipos de errores que podemos encontrar en los

sistemas de medición. (2 pts.)

CUESTIONARIO DE LAS CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS Y DINÁMICAS DE LOS

SISTEMAS

U2, EC1

22

RÚBRICA PARA PROBLEMARIO

U2, EP1

Aspecto a evaluar Competente

10

Independiente

9

Básico avanzado

8

Básico umbral

7

Insuficiente

NA

Análisis de la

información

(2 puntos)

Plantea de forma

apropiada las ecuaciones

y/o fórmulas para

resolver el 100 % de los

problemas.

Escribe de manera

correcta las fórmulas de

los problemas en el 90%

de los casos.

Plantea de manera correcta

cerca de un 80% de los

problemas.

Presenta una cierta

dificultad en el

planteamiento de los

problemas.

Tiene dificultad para

saber lo que pide

resolver en los

problemas.

Organización de la

información

(5 puntos)

Presenta de forma

ordenada los datos de los

problemas y aplica el

procedimiento adecuado

para la solución de los

problemas.

Muestra de forma

ordenada los datos,

presenta errores en el 90

% de los casos.

Presenta el procedimiento en

forma apropiada en al

menos el 80% de los casos.

Aplicó el procedimiento en

forma exitosa en al menos el

70% de los casos.

No sabe aplicar los

procedimientos

apropiados.

Resultado

(3 puntos)

Obtuvo el resultado

correcto en la totalidad

de los problemas.

Obtuvo el resultado

correcto en el 90 % de los

problemas.

Tuvo una cierta cantidad de

errores en los resultados de

los problemas.

Obtuvo el 70% de los

resultados en la forma

correcta.

No llegó a los

resultados en más de

un 60% de los

problemas.

23

GUÍA DE OBSERVACIÓN PARA PRÁCTICA

U3, ED1

INSTRUCCIONES

Revisar los documentos o actividades que se solicitan y marque en los apartados “SI” cuando la evidencia a evaluar se cumple; en caso contrario marque “NO”. En la

columna “OBSERVACIONES” ocúpela cuando tenga que hacer comentarios referentes a lo observado.

Valor

del

reactivo

Característica a cumplir (Reactivo) CUMPLE OBSERVACIONES

SI NO

70% Selección del instrumento y sensores adecuados. Los alumnos seleccionan el instrumento de

medición adecuado y saben que sensor van a utilizar y como lo van a medir.

Dominio en el uso adecuado de instrumentos

Los alumnos observan los cuidados necesarios para minimizar los errores en la medición con

los instrumentos y caracterizan de forma apropiada los sensores.

10% Aprovechamiento de Brechas

Los alumnos aprovechan las diferencias en el grupo para lograr construir el conocimiento

práctico común.

10% Comportamiento durante la práctica

Los alumnos muestran disciplina y siguen prácticas de seguridad e higiene en el transcurso

de la práctica

10% Puntualidad

En el inicio y término de la práctica.

100% CALIFICACIÓN:

24


U3, EP1


10

Independiente

9

Básico avanzado

8

Básico umbral

7

Insuficiente

NA

Análisis de la

información

(2 puntos)

Plantea de forma


y/o fórmulas para


problemas.

Escribe de manera



de los casos.



problemas.

Presenta una cierta

dificultad en el


problemas.


saber lo que pide

resolver en los

problemas.

Organización de la

información

(5 puntos)

Presenta de forma





problemas.

Muestra de forma

ordenada los datos,


% de los casos.






70% de los casos.

No sabe aplicar los

procedimientos

apropiados.

Resultado

(3 puntos)

Obtuvo el resultado


de los problemas.

Obtuvo el resultado


problemas.



los problemas.



correcta.

No llegó a los


un 60% de los

problemas.

25


U4, ED1

INSTRUCCIONES



Valor

del

reactivo


SI NO








práctico común.



de la práctica

10% Puntualidad


100% CALIFICACIÓN:

26


U4, EP1


10

Independiente

9

Básico avanzado

8

Básico umbral

7

Insuficiente

NA

Análisis de la

información

(2 puntos)

Plantea de forma


y/o fórmulas para


problemas.

Escribe de manera



de los casos.



problemas.

Presenta una cierta

dificultad en el


problemas.


saber lo que pide

resolver en los

problemas.

Organización de la

información

(5 puntos)

Presenta de forma





problemas.

Muestra de forma

ordenada los datos,


% de los casos.






70% de los casos.

No sabe aplicar los

procedimientos

apropiados.

Resultado

(3 puntos)

Obtuvo el resultado


de los problemas.

Obtuvo el resultado


problemas.



los problemas.



correcta.

No llegó a los


un 60% de los

problemas.

27


U5, ED1

INSTRUCCIONES



Valor

del

reactivo


SI NO








práctico común.



de la práctica

10% Puntualidad


100% CALIFICACIÓN:

28

GLOSARIO

Acondicionamiento de señal. Son circuitos electrónicos que ofrecen: amplificación,

filtrado, adaptación de impedancias y modulación o demodulación.

Actuador. Transductor de salida. Llamado frecuentemente accionamiento.

Biosensor. Es cualquier dispositivo de medida basado en un material biológico que

obtiene respuesta específica a una sustancia determinada.

Bimetal. Es toda pieza formada por dos metales con distinto coeficiente de dilatación

térmica unidos firmemente y sometidos a la misma temperatura.

Codificador de posición. Elemento que posee dos tipos de zonas o sectores, con una

propiedad que las diferencia, dispuestas en forma alternativa y equidistante.

Codificador óptico. Están basados en sectores opacos y transparentes, en sectores

reflectores y no reflectores, o en franjas de interferencia.

Conductores. Materiales que debido a la movilidad de electrones es pequeña debido a

las vibraciones aleatorias de los núcleos atómicos de la red.

Dieléctrico. Están formados por enlaces covalentes y por ello se emplean como

aislantes eléctricos.

Dominio de datos. Nombre de una magnitud mediante la que se representa o

transmite información. Existen dominios de datos analógicos, digitales, tiempo físicos y

químicos.

Energía. La energía se define como la capacidad de un sistema de poner en

movimiento una máquina o, más rigurosamente, de realizar un trabajo. Su magnitud es

igual al del trabajo requerido para llevar al sistema al estado correspondiente, desde

uno de referencia, generalmente de un nivel de energía nulo.

Error aleatorio. Son los que permanecen una vez eliminadas las causas de errores

sistemáticos. Se manifiestan cuando se mide repetidamente la misma magnitud, con

el mismo instrumento y el mismo método-

Error relativo. Es la amplitud del margen de mediad o el valor superior de dicho

alcance.

Error sistemático. Se dice que un error es sistemático cuando en el curso de varias

medidas de una magnitud de un determinado valor, hechas en las mismas

condiciones, o bien permanece constante el valor absoluto y signo, o bien varía de

acuerdo con una ley definida cuando cambian las condiciones de medida.

29

Estabilidad. Estabilidad, en física e ingeniería, propiedad de un cuerpo que tiende a

volver a su posición o movimiento originales cuando el objeto se aparta de la situación

de equilibrio o movimiento uniforme, como resultado de la acción de unas fuerzas o

momentos recuperadores.

Exactitud. Es la cualidad que caracteriza la capacidad de un instrumento de medida de

dar indicaciones que se aproximen al verdadero valor de la magnitud medida.

Fidelidad. Es la cualidad que caracteriza la capacidad de un instrumento de medida de

dar el mismo valor de la magnitud medida, al medir varias veces en unas mismas

condiciones determinadas.

Fotoconductor. Se basan en la variación de resistencia eléctrica de un semiconductor

al incidir en él radiación óptica.

Fotodiodo. Se basan en el principio del efecto fotoeléctrico interno en una unión p-n

que producen un cambio en el potencial de contacto de la unión o en la corriente de

cortocircuito, de dependen de la intensidad de la radiación incidente. Es posible

aplicarles una tensión de polarización inversa.

Galga extensométrica. Dispositivos que se basan en la variación de la resistencia de

un conductor o un semiconductor cuando es somerito a un esfuerzo mecánico.

Higrómetro capacitivo. Instrumento que al aumentar el contenido de humedad mide la

variación de capacidad.

Histéresis. La histéresis se refiere a la diferencia en la salida para una misma entrada,

según la dirección que se alcance. Puede suceder, análogamente a la magnetización

de los materiales ferromagnéticos, que la salida correspondiente a una entrada

dependa de si la entrada previa fue mayor o menor que la entrada actual.

Humedad. Es la cantidad de vapor de agua presente en un gas o de agua absorbida o

adsorbida en un líquido o un sólido.

Magnetodiodo. Dispositivo en el que la sensibilidad al campo magnético es mayor

cuanto más distancia sean las características de recombinación de las dos zonas de

alta y baja recombinación.

Módulo de Elasticidad. En ingeniería se denomina módulo de elasticidad o módulo de

Young a la razón entre el incremento de esfuerzo aplicado a un material y el cambio

correspondiente a la deformación unitaria que experimenta, en la dirección de

aplicación del esfuerzo.

Mosfet. Dispositivo electrónico basado en modificaciones de la puerta convencional,

compatible con las tecnologías de fabricación ordinarias.

30

Momento Lineal. La Cantidad de Movimiento, momento o ímpetu es una magnitud

vectorial que se define como el producto entre la masa y la velocidad en un instante

determinado.

Peso Específico. Se define como la cantidad de materia, en peso, contenida en la

unidad de volumen. En el sistema métrico decimal, se mide en kilogramos fuerza por

metro cúbico (kgf/m³). En el sistema Internacional de Unidades, en newton por metro

cúbico (N/m³).

Presión. En física y disciplinas afines el término presión se define como la fuerza por

unidad de superficie. En el Sistema Internacional de Unidades se mide en newton por

metro cuadrado, unidad derivada que se denomina pascal.

Potenciómetro. Es un resistor de contacto móvil deslizante o giratorio.

Precisión. Es el valor que se obtendría si la magnitud se midiera con un método

ejemplar.

Sensibilidad. Es la pendiente de la curva de calibración que puede ser o no constante

a lo largo de la escala medida.

Temperatura. La temperatura es una magnitud física descriptiva de un sistema que

caracteriza la transferencia de energía térmica, o calor, entre ese sistema y otros.

Desde un punto de vista microscópico, es una medida de la energía cinética asociada

al movimiento aleatorio de las partículas que componen el sistema. Para medir la

temperatura se utiliza el termómetro.

Tensión Superficial. En física se denomina tensión superficial al fenómeno por el cual

la superficie de un líquido tiende a comportarse como si fuera una delgada película

elástica.

Termistor. Son resistores variables con la temperatura, pero no están basados en

conductores, sino en semiconductores. Si su coeficiente de temperatura se denomina

NTC (Negative Temperatura Coefficient), mientras que si coeficiente de temperatura es

positivo se denomina PTC (Positive Temperatura Coefficient).

Transuctor. Es un dispositivo que convierte un tipo de energía en toro. Esto significa

que la señal de entrada es siempre una energía o potencia, pero al medir, una de las

componentes de la señal suele ser tan pequeña que puede despreciarse, y se

interpreta que se mide sólo la otra componente.

Transformador diferencial (LVDT) Se basa en la variación de la inductancia mutua

entre el primario y e cada uno de los secundarios que al desplazarse a lo largo de su

interior un núcleo de material ferromagnético, arrastrado por un vástago no

ferromagnético, unido a la pieza cuyo movimiento se desea medir.

V

31

Válvula. Una válvula es un dispositivo que regula el paso de líquidos o gases en uno o

varios tubos o conductos.

32

Bibliografía

1. Autómatas programables, Serie Mundo Electrónico,

BALCELLS Josep, ROMERAL José Luis,

Marcombo editores 1997.

Barcelona, España.

ISBN: 9788426710895

2. Sensores y Acondicionadores de Señal.

PALLÀS Areny, Ramón.

Editorial Marcombo 2003.

Barcelona, España.

ISBN: 84-267-1344-0

3. Handbook of Transducers.

NORTON, Harry N.

Editorial Prentice Hall 1989.

United States.

ISBN-10: 013382599X

ISBN-13: 978-0133825992

4. Microsensors, Principles and Applications.

GARDNER, J. W.

Ed. John Wiley & sons 1994.

United States.

ISBN-10: 0471941360 ISBN-13: 978-0471941361

5. SENSORS: PRINCIPLES & APPLICATIONS.

HAUPTMANN Peter.

Prentice Hall 1991.

United States.

ISBN-10: 0138057893 ISBN-13: 978-0138057893

6. Guía para Mediciones Electrónicas y Prácticas de Laboratorio,

WOLF Stanley, Richard F.M. Smith,

Ed. Prentice Hall 1997.

ISBN: 968-880-224-7

m.a. sensores y acondicionamiento de se§ales

Documents