PROYECTO FINAL

Act 11: Examen Final Evaluación por proyectos

RENULFO ENRIQUE MINDIOLA

GRUPO: 201455_50

CÓDIGO: 201455-140

TUTORA Ing. DIANA GISSELA VICTORIA

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA

INSTRUMENTACION Y MEDICIONES

2013

INTRODUCCIÓN

Instrumentación electrónica es la parte de la electrónica, principalmente analógica,

que se encarga del diseño y manejo de los aparatos electrónicos y eléctricos,

sobre todo para su uso en mediciones.

La instrumentación electrónica se aplica en el sensado y procesamiento de la

información proveniente de variables físicas y químicas, a partir de las cuales

realiza el monitoreo y control de procesos, empleando dispositivos y tecnologías

electrónicas.

A continuación se realiza un instrumento de medida electrónico que sea capaz de

medir la capacitancia desde 10pF hasta 100mF, utilizando las técnicas del puente

de Schering o Wien, utilizando también los aportes de las teorías electrónicas y

análisis de circuitos.

OBJETIVOS

El capacímetro nos dará una indicación precisa de los valores máximo y

mínimo de su capacidad.

Comprobar el estado de cualquier condensador así como conocer el valor

de su capacidad.

Clasificar los que estén bien para su aprovechamiento para otros montajes.

JUSTIFICACIÓN

En las medidas electrónicas nos encontramos con que hay varias formas de

determinar la capacidad de un elemento. Algunos métodos se basan en un

puente de impedancias (los llamados puente de “Wien” y de “Schering”, explicados

en el material anexo), los cuales son utilizados preferentemente para determinar el

factor de pérdidas en capacitores (D). Su implementación y puesta a punto es algo

complicada y el acercamiento a la medida debe realizarse en forma manual por el

operador (el proceso se asemeja a una sintonización), lo que lo hace un método

poco práctico para adquirir una medida en forma automática.

DESCRIPCIÓN

El puente de “Schering”

Cuando se desea medir capacidad y factor de pérdidas de capacitores y otros

elementos que tienen capacidad asociada, tales como cables armados para alta

tensión, aisladores, transformadores de potencia para uso industrial (Que utilizan

aceite como refrigerante, y en los cuales se desea determinar las características

del mismo como dieléctrico); todos los elementos que puedan considerarse como

capacitores en serie con una resistencia de bajo valor; se prefiere utilizar el puente

de “Schering”, que en estas circunstancias y a diferencia del anterior, es un poco

más fácil de equilibrar.

La figura siguiente muestra el esquema básico de un puente de “Schering”. Los

capacitores C4 y C3 son patrones regulables en décadas, en tanto que R3 y R2

son los elementos de ajuste que permiten equilibrar el puente.

En la condición de equilibrio se obtiene:

La operación más fácil para obtener el equilibrio se consigue manteniendo

constantes los valores de R3 y C4, y regulando R2 y C3. En este caso se consigue

la lectura independiente, pues C3 no entra en la fórmula de Cx e interviene

directamente en la determinación de D. En cambio R2 entra solamente en el

cálculo de Cx.

INTEGRADO 555

El funcionamiento del instrumento se basa en el funcionamiento del 555 como

multivibrador monoestable. Para efectuar la medición del capacitor, el

microcontrolador se encarga de manejar las entradas RESET y TRIGGER en

forma adecuada y, una vez disparado el multivibrador, toma el tiempo en que

OUTPUT permanece en estado alto (HIGH). El tiempo que dure el pulso generado

será directamente proporcional al valor de C (que es el capacitor bajo prueba) y de

Ra. Repasando brevemente el modo de operación de un multivibrador

monoestable, podemos recordar que inicialmente C se cargará a través de Ra,

intentando alcanzar una tensión de carga equivalente a la tensión de alimentación

del circuito.

MICROCONTROLADOR

El PIC inicia un acumulador de tiempo y, si el mismo se excede en determinada

cantidad de cuentas, el PIC entenderá que no se trata de un capacitor pequeño

(escala de pico Faradios) y conmutará automáticamente a drenar corriente a

través del puente de Schering Si la salida del multivibrador se sigue manteniendo

alta y el segundo contador dentro del programa del microcontrolador también se

desborda, el PIC conmutará automáticamente al tercer rango para cargar más

rápidamente el capacitor que evidentemente estará dentro del rango de los

microfaradios. De acuerdo al programa realizado, los desbordes sucederán a las

9.999 unidades y, para facilitar la lectura de los resultados obtenidos, las escalas

se expresarán de 1 a 999 pico Faradios, luego de 1,00 a 9,9 nano Faradios y de

10 a 99 nano Faradios, repitiéndose este modo de visualización en la escala de

los micro y mili Faradios.

HERRAMIENTAS PARA IMPLEMENTAR EL PROYECTO

PIC18628a

Resistencias variables 5k Ohmios, 200 Ohmios Y 1M Ohmios

Circuito integrado NE555

Diodos

Capacitores

LCD

Cristal de cuarzo

Resistencias fijas

Capacitores de prueba.

HARDWARE

FASES O ETAPAS DEL PROYECTO

FASE 1: Identificación de la necesidad: Por qué y el para qué del proyecto.

Se necesita diseñar un instrumento de medida “un capacimetro” utilizando los

conocimientos de electrónica e instrumentación, con conversores digitales y

visualización en Display o LCD.

En el área de la electrónica es muy útil la utilización de este instrumento para la

calibración de muchas tarjetas y saber el calor del componente electrónico como

el condensador, que es muy utilizado en los filtros, osciladores, fuentes reguladas

y conmutadas. También se puede saber si el condensador tiene la medida exacta

que dice el fabricante o si hay deterioro del mismo que no esté almacenando

corriente como es debido, así podemos detectar una falla y el cambio del

componente.

FASE 2: Diseño teórico: Diseño en papel, cálculos, circuitos

El puente de “Schering”

Cuando se desea medir capacidad y factor de pérdidas de capacitores y otros

elementos que tienen capacidad asociada, tales como cables armados para alta

tensión, aisladores, transformadores de

potencia para uso industrial (Que utilizan

aceite como refrigerante, y en los cuales se

desea determinar las características del

mismo como dieléctrico); todos los elementos

que puedan considerarse como capacitores en

serie con una resistencia de bajo valor; se

prefiere utilizar el puente de “Schering”, que

en estas circunstancias y a diferencia del

anterior, es un poco más fácil de equilibrar.

Pero tuvimos un inconveniente al diseñar el puente de Schering, al diseñar el

circuito siguiente:

Lo cual puede usted notar que contiene el puente de Schering, un amplificador de

configuración restador con alta impedancia de entrada, conformado por 2

seguidores de voltaje y un restador normal, después un rectificador analógico con

operacionales de onda completa y al final un filtro DC para eliminar el rizo de la

onda sinusoidal de la señal DC rectificada. Se comenzó a comparar los resultados

de capacitancia vs voltaje de salida y nos resultó la siguiente grafica de líneas.

Como se puede apreciar es una curva que se describe a través de una función

cuadrática pero al dar valores de capacitancia muy grade no mantiene la relación y

se llega a una cota. Para eliminar ese efecto se debe cambiar todo el diseño del

puente porque no basta con mover las resistencias para que nos dé un voltaje con

relación a la capacitancia y mejor se optó por cambiar de diseño a un modelo

digital.

NE555: Multivibrador monoestable [editar]

Esquema de la aplicación de multivibrador

monoestable del 555.

En este caso el circuito entrega a su salida un solo

pulso de un ancho establecido por el diseñador.

El esquema de conexión es el que se muestra. La

fórmula para calcular el tiempo de duración (tiempo

en el que la salida está en nivel alto) es:

[s]

[segundos]

Nótese que es necesario que la señal de disparo, en la terminal #2 del 555, sea de

nivel bajo y de muy corta duración para iniciar la señal de salida.

Como podemos apreciar hay una relación directa con el tiempo empleado por el

capacitor al cargarse.

Se realizó las pruebas correspondientes y estos fueron los resultados:

Timer PIC Capacitor (pf)

144 10

196 20

252 30

636 100

1188 200

2828 500

5564 1000

y = 0,1826x - 16,23 R² = 1

0

200

400

600

800

1000

1200

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000

CA

PA

CIT

AN

CIA

(p

F)

TIEMPO DEL TIMER DEL MICRO (1:0,2uS)

capacitor

capacitor Lineal (capacitor)

Fase 3: Simulación: Se utiliza una herramienta informática para realizar el

diseño y comprobar su funcionamiento.

Descripción del hardware, para calcular el valor desconocido del capacitor se debe

pulsar el botón de “Calcular Cx” y el micro comienza a contar el tiempo que dura la

señal en alto del oscilador 555, cuando la señal baja se realiza la respectiva

formula que nos indica el capacitor utilizado.

CONCLUSIONES

Se realizó el proyecto con muy buena investigación buscando la forma de la mejor

implementación, la calidad y que realice una medida con precisión y exactitud,

también con un numero bajo de componentes y que sea fácil uso para el usuario.

Se obtuvieron diferentes problemas a la hora de escoger el método a emplear y

el diseño a utilizar pues las medidas no fueron siempre las adecuadas para

realizarlas, pero se logró el objetivo de la realización.

BIBLIOGRAFÍA

http://

http://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_integrado_555

Modulo Instrumentación y mediciones UNAD.