Cofímetro digital

Laboratorio de Mediciones
Año: 2012
Grupo: 3
ETAPA EXPERIMENTAL Y PRUEBAS DE ACEPTACIÓN
Tema: Trabajo Práctico
Desarrollo de:
COFIMETRO DIGITAL MICROCONTOLADO
Prof: Ing. Pablo Vadalá
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Edición: 03/07/2012
Laboratorio de Mediciones
Año: 2012
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COFIMETRO DIGITAL MICROCONTOLADO
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Mediciones I
3 de Julio
201
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Proyecto y Diseño
(Ejecución y finalización)
1. Proyecto
a. Objetivo.
Lograr medir y conocer las variaciones de fase entre la tensión y la corriente (V e I) en
los circuitos alimentados con corriente alterna (C.A.). Realizar comparaciones con un
instrumento patrón.
b. Proyecto deseado.
Construcción de un Cofímetro Digital, en este caso particular, la inteligencia del mismo
estará a cargo de un microcontrolador, que será el encargado de interpretar la medición
e informar los resultados.
c. Preselección Equipo de Trabajo. (Persona a cargo y determinación de incumbencias y
responsabilidades)
Al ser este trabajo exclusivamente de las ramas de la Electricidad y la Electrónica, el
grupo se forma con tres estudiantes de las carreras afines.
i. Responsable o Team Leader:
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ii. Responsable del Anteproyecto:
iii. Responsable del Proyecto:
iv. Responsable de la Planificación:
v. Responsable del Costeo/Viabilidad:
vi. Responsable de la Etapa de Simulación/Presentación:
2. Diseño
a. Definición de criterios de Desarrollo, teniendo en cuenta objetivos de la materia, tiempo,
costo y viabilidad de ejecución.
El dispositivo se realizó en base al microcontrolador y será de características
modulares, esto permitirá trabajar en paralelo y en caso de ser necesario reemplazar
alguno de los módulos que no cumpla con las características exigibles a los mismos.
Se opto por la solución en la cual el sistema de toma de mediciones es totalmente
independiente de otras tareas.
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De esta manera todo el sistema de mediciones es independiente de las otras etapas, de
esta forma no hay influencia sobre las mediciones realizadas y la precisión del
instrumento será la conseguida por la etapa de transductores. La desventaja es la no
reutilización de etapas incrementará costos por tamaño y cantidad de dispositivos,
podría también incrementar el tamaño general del instrumento.
Diseño Exterior:
Se propone un dispositivo en caja plástica con un calado para el display digital de dos
renglones (donde se lee la medición realizada), cuatro conectores tipo ficha banana
donde dos se utilizarán para el sensado de la tensión y los otros dos para la corriente.
Se dispondrán etiquetas que identifiquen cada conexionado así como los valores
máximos permitidos sin perjudicar al instrumento. Sobre el mismo frente se colocará
una etiqueta informando de los valores mínimos y máximos (Vca min y Vca MAX, Ica
min e Ica MAX) para los cuales el instrumento puede ser utilizado. Sobre el lado
posterior del mismo se colocará una etiqueta con la clase y precisión del instrumento.
Diseño Interior:
El sistema es modular y basado en microcontrolador, cada placa dispone de conectores
de alimentación estándar para conectarse a la linea principal de alimentación. La
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alimentación de cada placa debe ser idéntica con la del resto, de esta forma se evita
tener varias fuentes de alimentación independientes. La interfase entre placa de micro y
transductores consta de conectores estándar y bien definidos, lo que facilita el
reemplazo de placa en caso de detectarse alguna anomalía. La interfase entre placa
micro y el display se realiza a través de una línea para permitir acomodar a
conveniencia el display sobre la tapa externa del dispositivo, en este caso no se
utilizaran conectores o quedará para una etapa posterior esta definición.
b. Diagrama de bloques del Proyecto.
c. Coordinación de tareas individuales y memoria técnica del proyecto:
i. Realización del Anteproyecto, proyecto – Etapas.
CUADRO 1.1: DESCRIPCION DE LAS ETAPAS
CODIG
O
ETAPA
DESCRIPCION
Fecha de Inicio
Fecha de Finalización
A
CREACION DEL PROYECTO O ANTEPROYECTO
23/03/2012
30/03/2012
B
INVESTIGACION
30/03/2012
27/04/2012
C
PLANIFICACION
20/04/2012
18/05/2012
D
EJECUCION
11/05/2012
08/06/2012
E
FINALIZACION
08/06/2012
03/07/2012
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CUADRO 1.2: DESCRIPCION DE LAS ACTIVIDADES DENTRO DE LA ETAPA
CODIGO
ETAPA
CODIGO
ACTIVIDAD
A
1
Conformación del grupo de Trabajo
23/03/2012
24/03/2012
A
2
Definición del proyecto deseado
23/03/2012
24/03/2012
A
3
Definición de los Objetivos
24/03/2012
30/03/2012
B
1
Relevamiento de información técnica de cofimetros
30/03/2012
20/04/2012
B
2
Recabado de experiencias individuales con cofimetros
30/03/2012
20/04/2012
B
3
Organización de información relevada de cofimetros
30/03/2012
20/04/2012
B
4
Organización y determinación de las etapas
30/03/2012
20/04/2012
B
5
Realización de informe (ABSTRACT) o Anteproyecto.
20/04/2012
27/04/2012
C
1
Definición del diagrama del Proyecto
20/04/2012
27/04/2012
C
2
Coordinación de tareas individuales
27/04/2012
04/05/2012
C
3
Análisis Costo/Viabilidad
27/04/2012
04/05/2012
C
4
determinación de componentes electrónicos a utilizar y posibles reemplazos
04/05/2012
11/05/2012
C
5
Realización de la Presentación/Simulación del Proyecto
11/05/2012
18/05/2012
D
1
Realización del Diseño
11/05/2012
25/05/2012
D
2
Diseño y armado: Fuente de Alimentación
11/05/2012
08/06/2012
D
3
Diseño y armado: Etapa de adquisición de datos y transductores
11/05/2012
08/06/2012
D
4
Diseño y armado: Etapa de Control por microcontrolador
11/05/2012
08/06/2012
D
5
Diseño y armado: Tablero de Control y visualización en display
11/05/2012
08/06/2012
E
1
Pruebas de laboratorio
08/06/2012
06/07/2012
E
2
Revisión preliminar del informe
08/06/2012
06/07/2012
E
3
Informe final
08/06/2012
06/07/2012
DESCRIPCION
Fecha de
Inicio
Fecha de
Finalización
CUADRO 1.3: HITOS DE LAS ETAPAS
CODIGO
ETAPA
CODIGO
ACTIVIDAD
DESCRIPCION
Fecha de
Inicio
Fecha de
Finalización
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A
1
Se definió el objetivo y la necesidad del proyecto
24/03/2012
30/03/2012
B
1
Se realizó el abstract o resumen del proyecto
20/04/2012
27/04/2012
C
1
Se presentó el proyecto para comenzar su ejecución
11/05/2012
18/05/2012
D
1
Etapa fuente de alimentación queda funcionando
11/05/2012
08/06/2012
D
2
Etapa adquisición de datos y transductores queda funcionando
11/05/2012
08/06/2012
D
3
Etapa de Control por microcontrolador queda funcionando
11/05/2012
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ii. Realización del Diseño - Gantt
MESES
1
ACTIVIDADES
2
3
4
SEMANAS
1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3 4 1 2 3
4
FASE I
Conformación del grupo de Trabajo
Definición del proyecto deseado
Definición de los Objetivos
FASE II
Relevamiento de información técnica de cofimetros
Recabado de experiencias individuales con cofimetros
Organización de información relevada de cofimetros
Organización y determinación de las etapas
Realización de informe (ABSTRACT) o Anteproyecto.
FASE III
Definición del diagrama del Proyecto
Coordinación de tareas individuales
Análisis Costo/Viabilidad
determinación de componentes electrónicos a utilizar y posibles reemplazos
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Realización de la Presentación/Simulación del Proyecto
FASE IV
Realización del Diseño
Diseño y armado: Fuente de Alimentación
Diseño y armado: Etapa de adquisición de datos y transductores
Diseño y armado: Etapa de Control por microcontrolador
Diseño y armado: Tablero de Control y visualización en display
FASE V
Pruebas de laboratorio
Revisión preliminar del informe
Informe final
iii. Costo total.
COSTOS DEL PROYECTO
TOTAL
730
DE CADA INTEGRANTE
243,3333333
CASH FLOW
MOTIVO
1
MESES
2
3
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SEMANAS
1 2 3 4 1 2
DISEÑO PLAQUETAS
3
10
0
COMPRA DISPLAY
COMPRA COMPONENTES
GENERAL
4
2
3
4
80
12
0
4
0
COMPRA GABINETE
COMPONENTES FUENTES O
COMPRA
CABLES CONECTORES Y
ACCESORIOS
REHACER PLAQUETAS (SI ES
NECESARIO)
11
0
13
0
10
0
ESTAÑO
MENSUAL
1
50
0
35
0
38
0
iv. Realización de la Presentación/Simulación del Proyecto.
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v. Diagramas del proyecto
Circuito – PCB Fuente de Alimentación:
Circuito – PCB Placa Transductora:
Circuito – PCB Placa Micro-LCD:
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vi. Ensayos de aceptación.
Para la determinación de la impedancia de la carga de prueba se utilizo un multímetro marca
WAVETEK modelo 27XT.
Medición con carga resistiva:
Resistencia = 33,9Ω
Inductancia = 0,159 uHy
Medición con carga inductiva:
Resistencia = 9660Ω
Inductancia = 519 mHy
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vii. Pruebas finales de funcionamiento.
Para la determinación de la impedancia de la carga de prueba se utilizo un multímetro marca
WAVETEK modelo 27XT.
Carga resistiva: Lámpara de 75W
Respuesta carga resistiva - Test Point placa transductora – Visualización en osciloscopio
Verificación teórica:
La detección de los cruces por cero es coincidente, por lo tanto la carga es completamente resistiva y
su cos φ es igual a 1.
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Trazo amarillo fase de la Corriente, trazo azul fase de la Tensión, delta (abajo derecha) diferencia de
fase.
Carga inductiva: Reactancia 1,151 Hy
Respuesta carga inductiva - Test Point placa transductora – Visualización en osciloscopio
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Verificación teórica:
Trazo amarillo fase de la Corriente, trazo azul fase de la Tensión, delta (abajo derecha) diferencia de
fase.
La corriente atrasa respecto de la tensión, el circuito es inductivo.
El atraso vale:
Donde T es el período de la señal y ∆fase es el tiempo de adelanto / retraso entre las señales .
Carga capacitiva: Capacitor 9uF
Respuesta carga capacitiva - Test Point placa transductora – Visualización en osciloscopio
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Verificación teórica:
Trazo amarillo fase de la Corriente, trazo azul fase de la Tensión, delta (abajo derecha) diferencia de
fase.
La corriente adelanta a la tensión, el circuito es capacitivo.
El adelanto vale:
Donde T es el período de la señal y ∆fase es el tiempo de adelanto / retraso entre las señales .
Protocolos de constructivos:
a. Tipo de aislación: Protección de doble aislación construcción clase II
- Clase II. No llevan dispositivos que permitan unir sus partes metálicas accesibles, a un conductor de
protección. Su aislamiento corresponde, en todas sus partes, a un doble aislamiento o a un
aislamiento reforzado.
Tienen una envolvente duradera, prácticamente continua, de material aislante, que incluye
todas las partes metálicas excepto pequeñas piezas, como placas de características, tornillos o
remaches, que estén separadas de las partes activas por un aislamiento equivalente, al menos, al
reforzado.
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b. Grado de protección IP (estanqueidad) propuesto para el proyecto: IP20
IP 20 (primer cifra es la protección contra cuerpos sólidos no mas de 20mm) (segunda indica que no
tiene protección contra líquidos)
c . Tipo de construcción de las plaquetas impresas 94V0
d. Tensión máxima 242vac
Tensión mínima 190vac.
Temperatura de trabajo ta=23ºC
Especificaciones Técnicas:
Medición de frecuencia con error absoluto 1Hz o +/- 0,5Hz entre 16 y 100Hz.
Medición de θ con error absoluto 2º o +/- 1º.
Medición coseno θ con error absoluto de θ 2º o +/- 1º.
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