Instrumentación I

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE ESTUDIOS SUPERIORES
PROGRAMA SINTÉTICO
CARRERA:
ASIGNATURA:
Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica
Instrumentación I
SEMESTRE:
Octavo
OBJETIVO GENERAL: El alumno diseñará y construirá circuitos electrónicos básicos para mediciones
electrónicas considerando las características de los sensores más usuales y el tratamiento de señales a través
de procesadores analógicos.
CONTENIDO SINTÉTICO:
I.- Introducción a la Instrumentación Electrónica
II.- Características básicas de la medición
III.- Sensores
IV.- Acondicionadores de Señal
V.- Convertidores Analógico/Digital
VI.- El Ruido en Sensores y en Circuitos
METODOLOGÍA:
Conformación de equipos de trabajo para la participación en exposiciones y realización de prácticas de
laboratorio tanto para la obtención de parámetros de los sensores clásicos para su caracterización como para
prueba de los instrumentos de medición desarrollados como proyecto por los alumnos.
Tareas, simulación de circuitos en computadora, búsqueda de información en la bibliografía propuesta en
diferentes medios escritos y electrónicos
EVALUACIÓN Y ACREDITACIÓN:
Aplicación de tres exámenes ordinarios en los que se evaluarán los conceptos teóricos.
Realización de prácticas de laboratorio y entrega de informes.
Comprobación de los proyectos de circuitos de medición electrónica
Exposiciones y participaciones en clase.
BIBLIOGRAFÍA:
1.-Garret Patrick, Analog Systems for Microprocessor and Microcomputers, Prentice Hall, primera edición, 1978,
páginas 23-158
2.-Goldsbrough and Trevor Lund, Analog Electronics for Microcomputer Systems, SAMS White River, 1983,
primera edición, 430 páginas
3.-Graeme G. Jerald and Tobey E. Gene, Operational Amplifier Design and Applications, McGraw Hill, primera
edición 1971, USA, pags 327-352
4.-Pallás Ramón, Sensores y acondicionadores de señal, Alfaomega, 2001, España, 480 pags.
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SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE ESTUDIOS SUPERIORES
ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica
Unidades Culhuacan y Zacatenco
CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica
OPCIÓN: Especialidad Electrónica
COORDINACIÓN:
DEPARTAMENTO: Ingeniería en Comunicaciones y
Electrónica
ASIGNATURA: Electrónica de Potencia I
SEMESTRE: Octavo
CLAVE: CLA 050
CRÉDITOS: 7.5
VIGENTE: 2006
TIPO DE ASIGNATURA: Teórico-Práctica
MODALIDAD: Escolarizada
TIEMPOS ASIGNADOS
HORAS/SEMANA/TEORÍA:
HORAS/SEMANA/PRÁCTICA:
3.0
1.5
H0RAS/SEMESTRE/TEORÍA:
54
HORAS/SEMESTRE/PRÁCTICA: 27
HORAS/TOTALES:
81
PROGRAMA ELABORADO O ACTUALIZADO POR:
Academias de Electrónica de ICE-ESIME Culhuacan y
Zacatenco.
REVISADO POR: Subdirecciones Académicas de
ESIME Culhuacan y Zacatenco.
APROBADO POR: C.T.C.E. de ESIME Culhuacan y
Zacatenco.
Ing. Ernesto Mercado Escutia.
M. en C. Jesús Reyes García
AUTORIZADO POR:
Comisión de Planes y Programas de Estudio del
Consejo General Consultivo del IPN
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DIRECCIÓN DE ESTUDIOS SUPERIORES
ASIGNATURA: Instrumentación I
CLAVE: CLA 050
HOJA: 2 DE11
FUNDAMENTACIÓN DE LA ASIGNATURA
La ciencia en general, básica o aplicada, han tenido grandes avances, nunca como en tiempos recientes la
ciencia ha tenido avances tan continuos, la medición cada vez mas exacta y cada vez mas rápida de eventos
físicos (prácticamente de cualquier cosa), ha servido para que las aplicaciones de los científicos, ingenieros y
usuarios en general sean mas confiables y mas fáciles de manejar e interpretar con la resultante de que se
desarrollan prácticamente en todo el mundo mas bienes y servicios cada vez mas económicos y cada vez
mas variados.
La instrumentación electrónica tiene mucho que ver con todo esto, prácticamente no hay campo de trabajo
que quede fuera de la instrumentación, todo necesita ser medido y prácticamente todo se mide usando
electrónica.
Este curso básico de instrumentación electrónica responde a la necesidad de integrar a los alumnos en un
campo apasionante de aplicación de la electrónica. Las posibilidades de desarrollo son numerosas ya que
prácticamente se aplica en todo ya sea la agricultura (agrónica), la electromecánica (mecatrónica), los
procesos industriales (robótica), los transportes (aviónica), la medicina (bioelectrónica) …etc.
El alcance de este curso está limitado a la parte de adquisición de la información y su adecuación hacia el
instrumento, corresponde a los cursos posteriores de instrumentación II y III los que concluyan el proceso de
la medición.
Es necesario tener bases firmes en materias como probabilística matemática, física clásica y del estado
sólido, de electrónica lineal y digital.
OBJETIVO DE LA ASIGNATURA
El alumno diseñará y construirá circuitos electrónicos básicos para mediciones electrónicas considerando las
características de los sensores más usuales y el tratamiento de señales a través de procesadores analógicos.
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DIRECCIÓN DE ESTUDIOS SUPERIORES
ASIGNATURA: Instrumentación I
No. UNIDAD: I
CLAVE: CLA 050
HOJA: 3 DE11
NOMBRE: I.- Introducción a la Instrumentación Electrónica
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno explicará los conceptos de la instrumentación electrónica más importantes.
No.
TEMAS
TEMA
1.1
La instrumentación electrónica actual
1.2
T
0.75
HORAS
P
EC
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
1C, 4B
Configuración generalizada de los instrumentos
de medición
0.75
2.0
Subtotal
1.5
2.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Formación de equipos de trabajo, realización de búsqueda de información de cada tema por diferentes medios
(bibliográfica, Internet, revistas, aplicaciones), realización de mesas redondas con preguntas y respuestas,
lluvia de ideas y conclusiones sobre los conceptos, aplicaciones y alcances de la instrumentación electrónica.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El contenido de esta unidad junto con las unidad II serán evaluadas con:
Primer examen ordinario, con el 80%.
Tareas y participación en clase de las unidades I y II, con el 20%.
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ASIGNATURA: Instrumentación I
No. UNIDAD: II
CLAVE: CLA 050
HOJA: 4 DE11
NOMBRE: Características Básicas de la Medición .
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno calculará los diferentes errores posibles en un sistema de medición y realizará estadísticas con los
datos obtenidos.
No.
TEMA
2.1
2.2
2.2.1
2.2.2
2.3
2.3.1
2.4
2.5
2.6
TEMAS
T
1.5
1.5
Características estáticas.
Características dinámicas.
Sistemas de primer orden.
Sistemas de segundo orden.
Errores en la medición.
Análisis estadístico de datos.
Distribución probabilística de los errores.
Linealización de datos.
Ejemplos.
Subtotal:
HORAS
P
EC
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
1C, 3B
2.0
1.5
1.5
1.5
1.5
1.5
2.0
10.5
8.0
4.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Formación de equipos de trabajo, realización de búsqueda de información de cada tema por diferentes medios
(bibliográfica, Internet, revistas, aplicaciones), realización de mesas redondas con preguntas y respuestas,
lluvia de ideas y conclusiones sobre los conceptos matemáticos de la medición, informe y conclusiones por
escrito.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El contenido de esta unidad junto con las unidad II serán evaluadas con:
Primer examen ordinario, con el 80%.
Tareas y participación en clase de las unidades I y II, con el 20%.
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DIRECCIÓN DE ESTUDIOS SUPERIORES
ASIGNATURA: Instrumentación I
No. UNIDAD: III
CLAVE: CLA 050
HOJA: 5 DE11
NOMBRE: Sensores
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno evaluará los sensores del curso obteniendo sus características mas importantes y explicará su
funcionamiento
No.
TEMA
3.1
3.1.1
3.1.2
3.2
3.2.1
3.3
3.3.1
3.4
3.4.1
3.5
3.6
TEMAS
Sensores de temperatura.
Termopar.
Termistor.
Sensores de posición, desplazamiento y
nivel.
Sensores inductivos y magnéticos (efecto
Hall, LVDT).
Detectores de luz.
Fotodiodos, fototransistor y fotorresistencia.
Sensores de esfuerzo.
Galga extensiométrica (strain gauge) o
celda de carga.
Sensores acústicos y otros sensores.
Mediciones eléctricas básicas.
Subtotal
T
3.0
HORAS
P
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
EC
4B
3.0
2.0
3.0
3.0
2.0
3.0
2.0
3.0
1.5
3.0
2.0
19.5
3.0
8.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Formación de equipos de trabajo, realización de búsqueda de información de cada tema por diferentes medios
(bibliográfica, Internet, revistas, aplicaciones), realización de mesas redondas con preguntas y respuestas,
lluvia de ideas y conclusiones sobre el comportamiento de los diferentes sensores a través de las prácticas del
laboratorio, informe y conclusiones por escrito.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El contenido de esta unidad junto con la unidad IV serán evaluadas con:
Segundo examen ordinario, con el 40%.
Prácticas de laboratorio de las unidades III y IV, con el 40%.
Tareas y participación en clase de las unidades III y IV, con el 20%.
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ASIGNATURA: Instrumentación I
No. UNIDAD: IV
CLAVE: CLA 050
HOJA: 6 DE11
NOMBRE: Acondicionadores de Señal
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD:
El alumno diseñará y armará circuitos electrónicos analógicos para emplearlos como acondicionadores de
señal en instrumentos electrónicos.
No.
TEMA
4.1
4.2
4.3
4.4
TEMAS
Circuitos puente, ejemplos.
Amplificador de Instrumentación, ejemplos.
Amplificador Troceador (CHOPPER), ejemplos.
Amplificador Electrométrico, ejemplos.
T
1.5
3.0
3.0
3.0
HORAS
P
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
EC
2
3B
2
3.0
2
Subtotal
10.5
3.0
6
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Formación de equipos de trabajo, realización de búsqueda de información de cada tema por diferentes medios
(bibliográfica, Internet, revistas, aplicaciones), realización de mesas redondas con preguntas y respuestas,
lluvia de ideas y conclusiones sobre el comportamiento de los diferentes circuitos electrónicos clásicos
acondicionadores de señal realizados en la practicas del laboratorio, informe y conclusiones por escrito.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El contenido de esta unidad junto con la unidad III serán evaluadas con:
Segundo examen ordinario, el 40%.
Prácticas de laboratorio de las unidades III y IV, el 40%.
Tareas y participación en clase de las unidades III y IV, el 20%.
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DIRECCIÓN DE ESTUDIOS SUPERIORES
ASIGNATURA: Instrumentación I
No. UNIDAD: V
CLAVE: CLA 050
HOJA: 7 DE11
NOMBRE: Convertidores Analógico/Digital
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno diseñará y armará convertidores analógico/digitales para utilizarlos como parte del proceso de la
medición electrónica
No.
TEMA
5.1
5.2
5.2.1
5.2.2
5.2.3
5.3
TEMAS
Introducción a la conversión Analógica/Digital.
Estructuras de los convertidores.
Convertidor doble rampa.
Aproximaciones sucesivas.
Paralelo.
Convertidor Digital/Analógico.
5.4
5.5
5.6
Cuantización y redondeo.
Filtro pasa bajas antialias.
Muestreo periódico de señales.
T
1.5
3.0
HORAS
P
CLAVE BIBLIOGRÁFICA
EC
2.0
2B
6.0
3.0
2.0
Subtotal:
1.5
1.5
1.5
6.0
2.0
9.0
15.0
6.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Formación de equipos de trabajo, realización de búsqueda de información de cada tema por diferentes medios
(bibliográfica, Internet, revistas, aplicaciones), realización de mesas redondas con preguntas y respuestas,
lluvia de ideas y conclusiones sobre el comportamiento de los diferentes circuitos electrónicos convertidores
Analógico/Digital y Digital/Analógico realizados en la practicas del laboratorio, informe y conclusiones por
escrito
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El contenido de esta unidad junto con la unidad VI serán evaluadas con:
Tercer examen ordinario, el 40%.
Prácticas de laboratorio de las unidades V y IV, el 40%.
Tareas y participación en clase de las unidades V y VI, el 20%.
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DIRECCIÓN DE ESTUDIOS SUPERIORES
ASIGNATURA: Instrumentación I
No. UNIDAD: VI
CLAVE: CLA 050
HOJA: 8 DE11
NOMBRE: El Ruido en Sensores y en Circuitos
OBJETIVOS PARTICULARES DE LA UNIDAD
El alumno diseñará instrumentos básicos de medición electrónicos aplicando los conceptos de la teoría del
ruido y su protección.
No.
TEMA
6.1
6.2
6.3
6.4
TEMAS
T
Concepto de ruido.
Tipos de Ruido.
Circuitos eléctricos para la disminución de ruido.
Sistemas de disminución de ruido y protección.
Subtotal:
HORAS
P
3.0
EC
CLAVE
BIBLIOGRÁFICA
2C,3B
2.0
3.0
6.0
6.0
6.0
2.0
ESTRATEGIA DIDÁCTICA
Formación de equipos de trabajo, realización de búsqueda de información de cada tema por diferentes medios
(bibliográfica, Internet, revistas, aplicaciones), realización de mesas redondas con preguntas y respuestas,
lluvia de ideas y conclusiones sobre el comportamiento de los diferentes circuitos para limpiar señales en
instrumentación, protección de los instrumentos de medición realizados en las practicas del laboratorio, informe
y conclusiones por escrito.
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
El contenido de esta unidad junto con la unidad V serán evaluadas con:
Tercer examen ordinario, con el 40%.
Prácticas de laboratorio de las unidades V y IV, con el 40%.
Tareas y participación en clase de las unidades V y VI, con el 20%.
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DIRECCIÓN DE ESTUDIOS SUPERIORES
ASIGNATURA: Instrumentación I
CLAVE: CLA 050
HOJA: 9 DE11
RELACIÓN DE PRÁCTICAS
PRACTIC
A No.
1
2
3
4
5
6
NOMBRE DE LA PRÁCTICA
Caracterización de un termistor y su
operación en un puente de
wheatstone.
El amplificador de instrumentación y
sus características.
Medición de temperaturas.
Medición de intensidad eléctrica.
Medición con celda de carga.
Adquisición de datos con un
convertidor Analógico/Digital.
.
UNIDAD
DURACIÓN
LUGAR DE
REALIZACIÓN
III
3.0
Estas prácticas se
realizarán en los
laboratorios de la
Academia de Electrónica.
3.0
IV
V
V
V
V y VI
6.0
3.0
6.0
6.0
27
Subtotal:
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SECRETARÍA ACADÉMICA
DIRECCIÓN DE ESTUDIOS SUPERIORES
ASIGNATURA: Instrumentación I
CLAVE: CLA 050
HOJA:10 DE11
PERÍODO
UNIDAD
PROCEDIMIENTO DE EVALUACIÓN
1
I , II
El contenido de estas unidades será evaluado en el primer examen ordinario en
la parte teórica con el 80%, tareas y participaciones con el 20%.
2
III y IV
El contenido de estas unidades será evaluado en el segundo examen ordinario
en la parte teórica con el 40%, las prácticas realizadas en el laboratorio con el
40%, las exposiciones, tareas y participaciones en clase con el 20%.
3
V y VI
El contenido de esta unidad será evaluado en el tercer examen ordinario en la
parte teórica con el 40%, un proyecto y las prácticas realizadas en el laboratorio
con el 40%, tareas y participaciones con el 20%.
CLAVE
B
1
X
Garret Patrick, Analog Systems for Microprocessor and Microcomputers, Prentice
Hall, primera edición, 1978, páginas 23-158
2
X
Goldsbrough and Trevor Lund, Analog Electronics for Microcomputer Systems,
SAMS White River, 1983, primera edición, 430 páginas
3
4
C
X
X
BIBLIOGRAFÍA
Graeme G. Jerald and Tobey E. Gene, Operational Amplifier Design and
Applications, McGraw Hill, primera edición 1971, USA, pags 327-352
Pallás Ramón, Sensores y acondicionadores de señal, Alfaomega, 2001,
España, 480 pags.
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PERFIL DOCENTE POR ASIGNATURA
CLAVE: CLA 050
HOJA: 11 de 11
1. DATOS GENERALES
ESCUELA: Superior de Ingeniería Mecánica y Eléctrica Unidades Culhuacan y Zacatenco
CARRERA: Ingeniería en Comunicaciones y Electrónica
SEMESTRE:
ÁREA:
C.S.H.
ACADEMIA:
BÁSICAS
C. INGENIERÍA
D. INGENIERÍA
ASIGNATURA:
Electrónica
Octavo
Instrumentación I
ESPECIALIDAD Y NIVEL ACADÉMICO Licenciatura en Ingeniería Eléctrica, o Electrónica, o Control y
REQUERIDO:
Automatización o en Comunicaciones y Electrónica o ramas afines
2.-OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA:.
El alumno diseñará y construirá circuitos electrónicos básicos para mediciones electrónicas considerando las
características de los sensores más usuales y el tratamiento de señales a través de procesadores
analógicos.
3.-PERFIL DOCENTE:
EXPERIENCIA
PROFESIONAL
CONOCIMIENTOS
En el uso de componentes
electrónicas de potencia
(dispositivos)
En el diseño de circuitos
electrónicos de potencia.
Dominio en el uso de
equipo de laboratorio para
la medición e
interpretación de señales
eléctricas en aplicaciones
prácticas de circuitos
electrónicos de potencia.
En la docencia.
En el uso y aplicación
de equipos modernos
para laboratorios de
electrónica.
En el diseño de
circuitos electrónicos
de potencia y en la
aplicación de
componentes
electrónicas de
potencia
(dispositivos).
ELABORÓ
Ing. Juan M. Morelos Castro
Ing. Miguel Arizmendi Herrera
PRESIDENTES DE ACADEMIA
HABILIDADES
ACTITUDES
En el manejo de equipo de
laboratorio.
En la correcta interpretación
y uso de los
especificaciones que
proporciona el fabricante
sobre las componentes
electrónicas de potencia.
En la comunicación para
transmitir ideas en forma
oral y escrita.
Capacidad de Análisis y
Síntesis.
Lograr motivar al alumno.
Manejo de materiales
didácticos.
REVISÓ
Ing. Rubén Juárez Barrientos
Ing. Guillermo Santillán Guevara
SUBDIRECTORES ACADÉMICOS
Tener vocación por la
docencia.
Honestidad.
Ejercicio de la crítica
fundamentada.
Respeto (buena relación
maestro-alumno).
Tolerancia
Ética.
Responsabilidad científica.
Espíritu de colaboración.
Superación docente y
profesional.
Buena presencia.
Compromiso social.
AUTORIZÓ
Ing. Ernesto Mercado Escutia
M. en C. Jesús Reyes García
DIRECTORES DE LOS PLANTELES
FECHA:
28 de abril del 2006