2.1 Caracterización de transductores

4.2.1 Objetivo

Implementar sistemas de medición básicos empleando diversos transductores.

4.2.2 Preinforme

4.2.2.1 Revise cuidadosamente el principio de funcionamiento de los siguientes transductores:

a. LVDT. b. Termocuplas. c. Celdas de carga. d. Sensor de distancia por ultrasonido (SRF05). e. Sensor de efecto Hall. f. Sensores piezorresistivo tipo Flexiforce®.

4.2.2.2 Consulte la hoja de características del sensor LVDT de desplazamiento en miniatura, LD400-5 y determine los siguientes parámetros:

a. Sensibilidad b. Linealidad c. Respuesta en frecuencia. d. voltaje de alimentación e. Diagrama de conexión según código de colores.

4.2.2.3 Consulte la hoja de características del transmisor para termocupla (Thermocouple Transmitter-isolated) modelo 26TS1 de la empresa M System Co. Y determine el diagrama de conexiones y la resistencia de carga a emplear en dicho diagrama. 4.2.2.4 Consulte el diagrama de conexiones de las celdas de carga presentes en el laboratorio de Bioinstrumentación (modelos: LCCDE y 642-A5-20Kg-3MP2). 4.2.2.5 Consulte la hoja de características del sensor de distancia SRF05 y determine el diagrama de conexiones y el voltaje de alimentación. 4.2.2.6 Consulte las hojas de características de los sensores de efecto Hall A1301-A1302 y 3212 de la empresa Allegro y determine: a. Voltaje de alimentación. b. Sensibilidad magnética para el A1301-A1302. c. Voltaje quiescente (Quiescent Voltage) para el A1301-A1302. d. Definir el término radiométrico para el A1301-A1302. e. Entender la gráfica de voltaje de salida Vs flujo magnético para el 3212. f. Determinar el voltaje de encendido y apagado.

g. Estudiar el diagrama de conexiones de ambos transductores. 4.2.2.7 Consulte la hoja de características del sensor Flexiforce® de la empresa Tekscan y determine su diagrama de conexiones. Tenga en cuenta el valor máximo de la corriente soportada por el sensor, la impedancia sin carga y el valor de la resistencia de realimentación. 4.2.2.8 Para la práctica es necesario traer una regla y un imán.

4.2.3 Desarrollo

A continuación se describe el proceso de caracterización para algunos los transductores empleados en esta práctica. 4.2.3.1 Transductor de desplazamiento LVDT

Para la caracterización del LVDT se realizará el montaje que se muestra a continuación.

Figura 4.2.1 Montaje experimental para la caracterización del LVDT

Una vez hecho el montaje que aparece en la figura 4.2.1, alimente adecuadamente el LVDT y realice una tabla en donde se relacione el desplazamiento de la bandera medido en la regla, contra el voltaje entregado por el LVDT. Estos datos deben ser tomados en dos direcciones, es decir, introduciendo y sacando el eje móvil del LVDT.

4.2.3.2 Transductor de temperatura con termocupla

Realice el montaje recomendado que aparece en la hoja de características del transmisor de temperatura 26TS1. Alimente con una fuente de voltaje adecuada y mida la corriente que circula por la resistencia de carga. Tomando un multímetro con medición de temperatura como referencia construya una tabla de caracterización para la termocupla suministrada por el laboratorio. Esta tabla debe tener como entradas la temperatura y la corriente medida en la carga. Diseñe una estrategia para el cambio de

Tope interior Alimentación

Señal de

salida

Bandera

Eje móvil

LVDT

Tope exterior

Núcleo LVDT

1 2 0

Regla

temperatura medida por la termocupla de forma que se tomen al menos cinco puntos. 4.2.3.3 Celdas de carga

Para la caracterización de la celda de carga realice el montaje que se muestra en la siguiente figura. Figura 4.2.2 Montaje experimental para la caracterización de la celda de carga Alimente adecuadamente la celda de carga y construya una tabla en la que relacione el voltaje entregado por la celda con la cantidad de masa depositada sobre ella. 4.2.3.4 Sensor de distancia por ultrasonido

Configure el sensor de ultrasonido SRF05 en modo 1. Alimente el sensor adecuadamente y suministre un pulso cuadrado, por medio de un generador de señales, a la entrada de disparo (Input trigger) del sensor. Las características del pulso cuadrado son las siguientes:

a. Señal cuadrada. b. Frecuencia inferior a 5 Hz. c. Amplitud de 5 V. d. Voltaje DC de 2.5V. e. Ciclo de trabajo (Duty Cycle) aproximadamente del 10% - CT=(tiempo alto del

pulso/periodo)*100%-. Dirija el sensor de ultrasonido hacia una vía libre obstáculos y mida la respuesta del sensor de ultrasonido en ausencia de obstáculos. Tome nota del valor del ancho del pulso recibido. Luego interponga un obstáculo a diferentes distancias del transductor y construya una tabla que relacione la distancia con el ancho del pulso obtenido. Para la caracterización del sensor de ultrasonido emplee el diagrama mostrado a continuación.

Masa 1 Masa n

Masa 2

Alimentación

Salida del

sensor

Celda de carga

en S

Generador

Osciloscopio

Sensor de

ultrasonido Barrera u

obstáculo

1 2 0

Figura 4.2.3 Montaje experimental para el sensor de ultrasonido

4.2.3.5 Sensor de efecto Hall

a. Sensor de efecto Hall lineal

Configure el sensor de efecto Hall A1305 de acuerdo a lo indicado en la hoja de características. El transductor de efecto Hall presenta una curva de sensibilidad en la que se relaciona la intensidad de campo magnético contra el voltaje de salida, pero en esta práctica lo vamos a configurar como sensor de distancia. Determine el voltaje de salida del transductor en ausencia de campo magnético. Luego acerque perpendicularmente el imán por uno de sus polos al sensor y construya una tabla en la que relacione la distancia con el voltaje de salida. Repita el procedimiento para el otro polo del imán. Estos datos deben ser tomados en dos direcciones de avance del imán, es decir, para el polo norte del imán, por ejemplo, tomar los datos desde la mayor distancia hasta la menor y viceversa; igualmente para el polo sur.

b. Sensor de efecto Hall digital

En este apartado se empleará el sensor de efecto Hall 3212 para detectar la presencia de campo magnético. Para ello configure el sensor de acuerdo a la hoja de características del dispositivo. Tomando el imán por un polo, determine la distancia mínima a la que debe estar el imán para que el sensor detecte la presencia del campo. Repita el procedimiento para el otro polo. Tome nota de los voltajes de apagado y encendido del sensor de efecto Hall.

4.2.3.6 Caracterización del Flexiforce®

Realice el montaje experimental que se muestra a continuación para la caracterización del sensor piezorresistivo Flexiforce®.

Acondicionamiento de

señal

Masa 1

Masa n Masa 2

Figura 4.2.4 Montaje experimental para el Flexiforce®

El sistema de acondicionamiento es el sugerido en la hoja de características del sensor. Tomando masas adecuadas de diferente valor construya una tabla de caracterización del Flexiforce® en la que relacione masa con voltaje entregado por el sistema de acondicionamiento.

4.2.4 Informe

4.2.4.1 Con base en los resultados obtenidos en el numeral 4.2.3.1 construya una curva de calibración para el LVDT. Indique el valor de la sensibilidad de dicha curva y determine la histéresis del sensor. 4.2.4.2 Con base en los datos obtenidos en el numeral 4.2.3.2 construya una curva de calibración para la termocupla y determine su sensibilidad. 4.2.4.3 Con base en los datos obtenidos en el numeral 4.2.3.3 construya una curva de calibración para la celda de carga y determine su sensibilidad. 4.2.4.4 Con base en los datos obtenidos en el numeral 4.2.3.4 construya una curva de calibración para el transductor de distancia por ultrasonido y determine su sensibilidad. Indique el valor del ancho de pulso para la ausencia de obstáculos. Determine el valor de la constante a programar en un sistema automático para determinar la distancia medida en cm, a partir del valor del ancho del pulso obtenido en µs. 4.2.4.5 Con base en los resultados obtenidos en el numeral 4.2.3.5 a. construya una curva de calibración para el sensor lineal A1301. Indique el valor de la sensibilidad de dicha curva y determine la histéresis del sensor. Indique los valores de voltaje obtenidos en el numeral 4.2.3.5 b. ¿Cuál fue la distancia mínima a la que debía estar el imán para detectar la presencia de campo magnético? 4.2.4.6 Con base en los datos obtenidos en el numeral 4.2.3.6 construya una curva de calibración para la celda de carga y determine su sensibilidad.