DATOS GENERALES OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA • Estudiar

DATOS GENERALES
Asignatura
Curso académico
Titulación/Especialidad
Asignaturas posteriores
Recomendaciones como CLE
(Titulaciones/Especialidades)
INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA
2002-2003-Definitivo
INGENIERO TECNICO INDUSTRIAL EN
ELECTRONICA INDUSTRIAL
Ingeniería de Sistemas y A., Tecnología Electrónica y
Electrónica
ELECTRONICA
1/3
Troncal/Anual
9 (4,5+4,5)
3/3
45
30 semanas
Anual
Conocimiento de Circuitos Analógicos Aplicados, Principios
Digitales y Tecnología Electrónica. Se recomienda seguir el
Itinerario Curricular indicado por la Sección Departamental
Realización del Proyecto Fin de Carrera
I.T.I. en Electricidad Industrial, I.T.I. en Mecánica Industrial,
I.T.I. en Química Industrial. Ingeniería Industrial (2º Ciclo)
Profesores responsables
Otros profesores
Juan José González de la Rosa y Manuel Sanmartín de la Jara
-
Departamento
Área de Conocimiento
Nivel/Curso
Tipo/Temporización
Créditos (Teóricos/Prácticos)
Horas semanales (1º ct / 2º ct)
Prácticas de Horas
Laboratorio Sesiones
Período
Prerrequisitos
Profesorado
OBJETIVOS DE LA ASIGNATURA
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Estudiar el funcionamiento de los equipos de medición electrónicos, sus
campos de aplicabilidad y los criterios de selección de los instrumentos basados
en sus características estáticas y dinámicas.
Relacionar estos principios operativos con los circuitos que realizan dichas
funciones.
Relacionar las especificaciones técnicas de los equipos con las limitaciones
prácticas de los componentes y circuitos que los integran.
Modelar las fuentes de ruido y establecer medidas para su atenuación.
Analizar y diseñar un equipo de adquisición de datos.
Comprender los principios físicos de traducción de magnitudes físicas.
Establecer criterios de selección de sensores.
Instalar sensores para la detección de movimiento y presencia basados en
principios fotoeléctrico, capacitivo e inductivo.
Instalar sensores de distintas magnitudes físicas (temperatura, campo
magnético, presión atmosférica, pulso, radiación) en una unidad de adquisición
de datos (data logger). Manejar una aplicación (programa informático) de
gestión de datos.
Diseñar aplicaciones de instrumentación virtual.
Programar instrumentos controlables IEEE-488.2 y RS232. Diseñar interfaces
de control en C++ y Test-Point.
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METODOLOGIA
Debido a su carácter práctico, la exposición de los temas se realiza mediante
ejemplos numéricos y gráficos. Los problemas elevan el nivel de los ejercicios
numéricos resueltos en teoría. Las clases de laboratorio permiten afianzar los
conocimientos adquiridos en el aula, por lo que se recomienda anotar todos los
pasos desarrollados en cada experiencia. A continuación se exponen los criterios de
diseño de las tres unidades didácticas de la asignatura.
UD1. INSTRUMENTOS ELECTRÓNICOS DE MEDIDA: Aborda el estudio
de los diagramas de bloques y circuitos que incluyen los instrumentos electrónicos
de medida. Un tema de introducción a los equipos de instrumentación estudia sus
características estáticas y dinámicas. El multímetro digital se aborda a lo largo de
toda la asignatura mediante problemas que incluyen modelado de interferencias
conductivas, cálculo de factor de rechazo al modo serie y análisis de convertidores
analógico/digitales. En el tema 1, desde el primer momento se trata al CAD como
el elemento estrella de un instrumento electrónico, que limita su velocidad y
resolución. Posteriormente, en la UD2 se tratarán los distintos modelos y se
razonarán las limitaciones prácticas o límites operativos, que residen en su
topología. El microprocesador se incluye en el diagrama de bloques de un
instrumento electrónico moderno y se establece la conexión con otras asignaturas
de la titulación donde se deben programar estos dispositivos; que en los
instrumentos no controlables que constan de funciones automáticas aparecerían ya
programados, y opacos al usuario.
UD2. ADQUISICIÓN DE SEÑALES: En este bloque temático se tratan los
aspectos relativos al muestreo y cuantificación de señales, así como la etapa frontal
y los procesos de conversión A/D y D/A. En ella, no es necesario dedicar un
capítulo al acondicionamiento de señales de entrada; la atención se centra en la
etapa frontal de adquisición de señales y, en especial en la conversión
analógica/digital. Ello se debe a que el acondicionamiento se ha estudiado en
asignaturas anteriores u otras unidades didácticas de Instrumentación Electrónica,
quedando todos los conceptos difuminados por la signatura que nos ocupa.
UD3. SENSORES Y TRANSDUCTORES: Durante esta Unidad Didáctica se
tratan los sensores y transductores con una doble perspectiva. Por una parte, se
describen a modo de repaso los principios físicos de transducción y los campos de
aplicabilidad industriales. En segundo lugar, se trata al sensor en el seno de un
circuito de acondicionamiento que determina las características o especificaciones
de la cadena de medida diseñada.
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PROGRAMA DE TEORÍA
UNIDAD DIDÁCTICA 1. INSTRUMENTOS ELECTRÓNICOS DE
MEDIDA: CARACTERÍSTICAS, TIPOS Y CRITERIOS DE SELECCIÓN
TEMA 1. CARACTERÍSTICAS DE LOS INSTRUMENTOS
ELECTRÓNICOS
Descripción de objetivos: Este primer capítulo se diseña con el fin de formar en la
caracterización de los instrumentos electrónicos de medida. En primer lugar se
realiza una introducción a la Instrumentación Electrónica en la que se plantea el
problema de seleccionar un instrumento electrónico en función del balance
coste/prestaciones. A continuación, se analizan las características estáticas y
dinámicas de los instrumentos. Este análisis se realiza tomando como punto de
partida los límites operativos de los equipos de adquisición de datos actuales e
incluyendo ejemplos de tarjetas de adquisición de señales y multímetros digitales.
Conocidos los límites operativos de los instrumentos se describe el error
interno asociado a la medida, y se aprende a cuantificar la precisión de un
instrumento y a distinguirla de la repetibilidad y la resolución.
Finalmente, se tratan las fuentes externas de error entre las que se incluyen
varios tipos de interferencias. Esto permite retomar el hilo de las interferencias en
un tema posterior, con más facilidad y dando una visión de conjunto de la
asignatura.
Programa [4 horas]:
1 INTRODUCCIÓN
2 CARACTERÍSTICAS
ESTÁTICAS
Y
DINÁMICAS
DE
LOS
INSTRUMENTOS ELECTRÓNICOS: LÍMITES OPERATIVOS EN
MULTÍMETROS DIGITALES Y EQUIPOS DE ADQUISICIÓN DE
SEÑALES
2.1 Rango o campo de medida
2.2 Resolución
2.3 Sensibilidad
2.4 Velocidad: frecuencia de muestreo
2.5 Errores por “fuga espectral”
2.6 Error en Instrumentación Electrónica
2.6.1 Precisión y calibración
2.6.2 Error sistemático. Errores de ganancia y de offset
2.6.3 Repetibilidad, resolución y precisión
2.6.4 Evaluación del error en los instrumentos electrónicos
2.7 Fuentes de error externas
2.7.1 Interferencias de la red
2.7.2 Interferencias electromagnéticas
2.7.3 Resistencia de las conexiones
2.7.4 Fuerzas electromotrices térmicas
2.7.5 Carga de la impedancia de entrada
3 de 17
2.7.6 Tiempos de estabilización: Capacidades parásitas
2.7.7 Interferencias de modo común. Lazos de tierra
2.7.8 Errores asociados a señales periódicas: Factores de cresta
Bibliografía Básica y Complementaria: La primera parte de [Rosado et al., 2002]
constituye un trabajo ad hoc para documentar teoría y problemas de este tema, con
énfasis expreso en la cuantificación del error en Instrumentación. El tema de
multímetros digitales de [Pallás, 1987] también constituye una buena fuente de
ejemplos de cuantificación del error. [Wolf & Smith, 1992] se considera importante
en su forma de clasificar las interferencias y de cuantificar sus efectos mediante
ejemplos que incluyen circuitos electrónicos. [Tektronix, 2001] ofrece un
complemento de datos técnicos y figuras que en la faceta del solapamiento y los
errores por fuga espectral. El capítulo dedicado a interferencias de [Pallás, 1987] se
considera un complemento a esta parte del tema.
TEMA 2. OSCILOSCOPIOS
Descripción de objetivos: En primer lugar se razona la necesidad del instrumento
realizando una reseña histórica y estableciendo sus funciones. A continuación, se
clasifican los osciloscopios y se establecen los criterios de selección basados en sus
características estáticas y dinámicas, y en la tecnología de fabricación del
instrumento. A partir de este punto, se estudia el funcionamiento de las distintas
unidades del instrumento mediante el trazado de las señales que procesan y
analizando sus funciones electrónicas. En el estudio de la unidad de deflexión
vertical permite se analiza el cálculo del tiempo de subida real de la señal,
enlazando con el estudio de las sondas.
Los osciloscopios digitales se enmarcan en el estudio de la frecuencia de
muestreo máxima (concepto que se utilizará con mucha frecuencia lo largo de
todos los temas de la asignatura), y de su relación con la profundidad de memoria.
Se indican al alumno las posibilidades de transferencia de datos a otros dispositivos,
que serán tratadas en prácticas de laboratorio.
Programa [3 horas]:
1 RESEÑA HISTÓRICA, FUNCIÓN DEL OSCILOSCOPIO Y CRITERIOS
DE CLASIFICACIÓN
2 HOJA DE CARACTERÍSTICAS DE UN OSCILOSCOPIO. CRITERIOS
DE SELECCIÓN
3 DIAGRAMA DE BLOQUES, SUBSISTEMAS Y FUNCIONAMIENTO
CUALITATIVO
4 TUBO DE RAYOS CATÓDICOS. COMPONENTES Y PRINCIPIOS
OPERATIVOS
4.1 Generación termoiónica del haz electrónico y enfoque electrostático
4.2 Placas de desviación del haz electrónico
4.3 Pantalla y rejilla
4 de 17
5
6
7
8
UNIDAD DE DEFLEXIÓN VERTICAL
5.1 Velocidad y ancho de banda. Mediciones de tiempos de subida
5.1.1 Relación entre el tiempo de subida y el ancho de banda
5.1.2 Tiempo de subida real. Fuentes de error
5.2 Elementos y circuitos del sistema de deflexión vertical
5.2.1 Selector del tipo de acoplamiento
5.2.2 Atenuador compensado
5.2.3 Preamplificador y amplificador principal
5.2.4 Línea retardadora
UNIDAD DE DEFLEXIÓN HORIZONTAL
6.1 Generador de barrido
6.2 Circuito de disparo. Necesidad de sincronismo
6.3 Doble base de tiempos
SONDAS
7.1 Circuito equivalente. Compensación
7.2 Sondas activas y pasivas
OSCILOSCOIPIOS DIGITALES
8.1 Diagrama de bloques
8.2 Relación entre la frecuencia de muestreo y la profundidad de memoria
8.3 Transferencia de datos al PC: RS232 y GPIB
TEMA 3. FRECUENCIMETROS Y CONTADORES
Programa [3 horas]:
1 INTRODUCCIÓN
2 FUNCIONES
2.1 Modo de operación frecuencímetro
2.2 Modo de operación periodímetro
2.3 Error de puerta. Mejora de la resolución y precisión en el modo
periodímetro
2.4 Frecuencia de cruce
2.5 Promediado de periodos
2.6 Medidas de cocientes de frecuencias
2.7 Medida de intervalos de tiempo
2.8 Modo totalizador
3 OTRAS FUNCIONES QUE PUEDE INCORPORAR UN CONTADOR
CONVENCIONAL
3.1 Contadores normalizadores y contadores controladores (preset
counters)
3.2 Contadores con preescalado
3.3 Contadores con preselector
4 CONTADORES AUTOMÁTICOS PARA MICROONDAS
4.1 Convertidor heterodino
4.2 Oscilador de transferencia
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TEMA 4. MEDIDORES DE IMPEDANCIA Y PARÁMETROS
DE COMPONENTES
Programa [3 horas]:
1 PLANOS DE MEDIDA DE LA IMPEDANCIA Y ADMITANCIA
1.1 Representaciones gráficas
1.2 Factores de calidad y de disipación
2 CIRCUITOS
EQUIVALENTES
SERIE
Y
PARALELO
DE
COMPONENTES
2.1 Resistencia y reactancia
2.2 Condensador y resistencia
2.3 Inductor y resistencia
2.4 Relación entre parámetros de ambos modelos
3 MODELADO DE COMPONENTES Y SU DEPENDENCIA CON LA
FRECUENCIA
3.1 Modelos reales de componentes
3.2 Curvas del condensador en función de la frecuencia: Reactancia e
impedancia
4 DISCREPANCIAS EN LAS MEDIDAS
4.1 Factores de dependencia del componente
4.1.1 Nivel y frecuencia de la señal de test
4.1.2 Punto de operación: tensión, corriente
4.1.3 Factores ambientales
4.2 Valor verdadero, efectivo e indicado
4.3 Fuentes de error externas
5 TÉCNICAS DE MEDIDA
5.1 Deflexión: Basados en la ley de Ohm
5.2 Desequilibrio de un puente
5.3 Circuitos resonantes
5.4 Sondas I-V
5.5 Reflectometría en el dominio del tiempo
5.6 Criterios de selección de la técnica de medida
5.6.1 Frecuencia
5.6.2 Impedancia del dispositivo
5.6.3 Precisión
6 INSTRUMENTO DE LABORATORIO HM 8018
TEMA 5. GENERADORES Y SINTETIZADORES DE SEÑALES
Programa [3 horas]:
1 FUNCIÓN Y CLASIFICACIÓN
2 GENERADORES DE FUNCIONES MATEMÁTICAS
2.1 Esquema de bloques
2.2 Lazo de realimentación no lineal
2.3 Control de al simetría de la señal
6 de 17
3
4
5
GENERADORES DE PULSOS
3.1 Esquema de bloques
OSCILADORES CONTROLADOS POR TENSIÓN (VCO)
4.1 Esquema de bloques
4.2 El circuito 566
4.2.1 Montaje del circuito básico
4.2.2 Relación matemática frecuencia-tensión
4.2.3 Formas de ondas
SINTETIZADORES DE FRECUENCIA BASADOS EN EL LAZO DE
ENGANCHE DE FASE (PLL)
5.1 El lazo de enganche de fase
5.1.1 Rangos de captura y de enganche.
5.1.2 Ecuaciones y espectro
5.1.3 El circuito 565. Montaje experimental
5.2 Síntesis indirecta
5.2.1 Concepto
5.2.2 Esquema de bloques
TEMA 6. INTERFERENCIAS
Programa [3 horas]:
1 INTERFERENCIAS, SUSCEPTIBILIDAD, COMPATIBILIDAD
2 TIPOS DE SEÑALES SEGÚN SUS TERMINALES
3 AMPLIFICADORES DE AISLAMIENTO
3.1 Concepto. Factor de rechazo al modo aislado
3.2 Símbolos y ecuaciones. Ejemplo
4 ACOPLO CAPACITIVO O ELÉCTRICO
4.1 Formación de la interferencia en el circuito susceptible.
Apantallamiento
4.2 Calculo de capacidad parásita y cuantificación de la señal de
interferencia
5 ACOPLO INDUCTIVO Y ACOPLO ELECTROMAGNÉTICO
5.1.1 Inducción mutua y eliminación por pares trenzados
5.1.2 Interferencias por radiación electromagnética
6 LAZOS DE TIERRA
6.1 Recordatorio del concepto y parámetros involucrados
6.2 Técnicas de eliminación
6.3 Lazos de tierra por acoplo capacitivo
6.4 Cuantificación de efectos del lazo de tierra en un circuito
6.4.1 Identificación del lazo de tierra en una configuración genérica
6.4.2 Efectos de conexión del blindaje del cable al instrumento
6.4.3 Estudio de varios tipos de interferencias en un circuito de medida de
temperatura basado en termopar
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TEMA 7. INSTRUMENTOS ELECTRÓNICOS PROGRAMABLES
(GPIB; NORMA IEEE-488.2)
Programa [3 horas]:
1 ANTECEDENTES E INTRODUCCIÓN
2 CONCEPTOS GENERALES SOBRE GPIB
3 EL ESTÁNDAR IEEE-488. EVOLUCIÓN Y SITUACIÓN ACTUAL
4 ESPECIFICACIONES TÉCNICAS. PROPIEDADES DEL BUS
4.1 Direcciones y estructura de la interconexión
4.2 Velocidad de transferencia máxima
4.3 Longitud del cable
4.4 Modo de transferencia de datos y mensajes
4.5 Funciones de la interfaz
4.6 “Handshake”
4.7 Líneas de control general
5 LÍNEAS DE TRANSMISIÓN DE SEÑAL
5.1 Líneas de datos
5.2 Líneas de control de transferencia de datos (handshake)
5.3 Líneas de control general de la interfaz
UNIDAD DIDÁCTICA 2. ADQUISICIÓN DE SEÑALES
TEMA 8. MUESTREO Y CUANTIFICACIÓN
Programa [3 horas]:
1 CADENA DE MEDIDA: MARGEN DINÁMICO Y RELACIÓN SEÑAL
RUIDO
2 ESTRUCTURAS BÁSICAS DE EQUIPOS ELECTRÓNICOS DE
ADQUISICIÓN DE SEÑALES
2.1 Unidades de alto y bajo nivel
2.2 Unidades centralizadas y descentralizadas
2.3 Equipos de medida con varios buses. Tarjetas de adquisición de datos
2.3.1 Arquitectura: Cadena de medida, temporizadores, interfaz con bus PCI,
circuitos de control y programación
3 MUESTREO DE SEÑALES
3.1 Introducción al análisis de Fourier
3.2 Muestreo natural o real
3.2.1 Espectro de la señal muestreada
3.2.2 Solapamiento o “aliasing”
3.3 Muestreo ideal uniforme
3.3.1 Frecuencia de Nyquist
3.3.2 Teorema de Shannon
8 de 17
4
3.4 Muestreo de señales moduladas en amplitud (pasa-banda)
3.5 Muestreo repetitivo secuencial
CUANTIFICACIÓN
4.1 Cuantificación uniforme
4.1.1 Concepto y ejemplos
4.1.2 Relación señal/ruido de cuantificación
4.2 Cuantificación no uniforme
4.2.1 Planteamiento del problema y soluciones
TEMA 9. ETAPA FRONTAL
Programa [3 horas]:
1 PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. MULTIPLEXADO POR
DIVISIÓN DEL TIEMPO (TDM)
2 INTERRUPTORES ANALÓGICOS
2.1 Definición y tipos
2.2 Parámetros
3 MULTIPLEXORES ANALÓGICOS
3.1 Esquema interno y tipos
3.2 Parámetros y errores
3.3 Extensión del número de canales
4 MATRICES DE CONEXIÓN
5 AMPLIFICADORES PROGRAMABLES
6 CIRCUITOS DE MUESTREO Y RETENCIÓN (S&H)
6.1 Estructura y ejemplo de circuito basado en amplificadores
operacionales
6.2 Parámetros y errores
6.2.1 Errores en los estados de muestreo y retención
6.2.2 Errores en las transiciones entre estados
TEMA 10. CONVERSIÓN DIGITAL/ANALÓGICA
Y ANALÓGICA/DIGITAL
Programa [5 horas]:
1 CONVERTIDORES DIGITAL/ANALÓGICOS (CDA)
1.1 Situación en la cadena de adquisición de señales
1.2 Principios operativos del CDA
1.2.1 CDA de resistencias ponderadas
1.3 CDA de 8 bits. Simulación con PSPICE
1.4 Parámetros y tipos de CDA
1.4.1 Características de entrada
1.4.2 Características de salida
1.4.3 Características de transferencia
1.5 Convertidor R-2R
1.6 Ejemplo de diseño. Selección del CDA ZN426
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2
CONVERTIDORES ANALÓGICO/ DIGITALES (CAD)
2.1 Situación en la cadena de adquisición de señales
2.2 Principios operativos del CAD
2.2.1 Ejemplos de operación
2.2.2 Parámetros estáticos
2.3 Tipos de CAD
2.3.1 CAD de doble rampa
2.3.2 CAD de aproximaciones sucesivas
2.3.3 CAD de arrastre (tipo “tracking”) o servoconvertidor
2.3.4 CAD de comparadores en paralelo
2.3.5 CAD sigma-delta
2.4 Parámetros de un CAD
2.5 Ejemplo de diseño
UNIDAD DIDÁCTICA 3. SENSORES Y TRANSDUCTORES
TEMA 11. SENSORES, TRANSDUCTORES Y SU TRATAMIENTO
Programa [1,5 horas]:
1 CONCEPTOS, CLASIFICACIONES y TIPOS
1.1 Sensor vs. Transductor
1.2 Transductores Activos (Generadores) y Pasivos (Moduladores)
1.3 Sensores Primarios
2 TRANSDUCTORES NO LINEALES. LINEALIZACIÓN
2.1 Causas de la no linealidad
2.2 Condición de linealidad. Ejemplo del NTC
3 DEMODULACIÓN SÍNCRONA EN SENSORES DE ALTERNA
TEMA 12. TRANSDUCTORES DE DESPLAZAMIENTO LINEAL E
INTERRUPTORES DE POSICIÓN
Programa [1,5 horas]:
1 POTENCIÓMETRO RESISTIVO
2 TRANSFORMADOR LINEAL VARIABLE DIFERENCIAL (LVDT)
2.1 Descripción física y fundamento de operación
2.2 Expresiones de la tensión de salida
3 INDUCTIVOS
4 CAPACITIVOS
5 SENSORES DE DEFORMACIÓN: GALGAS EXTENSIOMÉTRICAS
5.1 Principio operativo
5.2 Puentes de medida con sensores de deformación
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6
7
8
PIEZOELÉCTRICOS
CODIFICADOR LINEAL
ÓPTICOS: INTERFEROMETRÍA LÁSER, BASADOS EN FIBRAS
ÓPTICAS
9 SENSORES DE RANGO: ULTRASÓNICOS Y FOTOELÉCTRICOS
10 INTERRUPTORES DE POSICIÓN
10.1 Electromecánico
10.2 Fotoeléctrico
10.3 Basado en el efecto Hall
TEMA 13. TRANSDUCTORES DE DESPLAZAMIENTO ANGULAR
Programa [1,5 horas]:
1 POTENCIÓMETRO ROTATORIO
2 TRANSFORMADOR ROTATORIO VARIABLE DIFERENCIAL (RVDT)
2.1 Descripción física y fundamento de operación
2.2 Expresiones de la tensión de salida
3 CODIFICADORES ANGULARES: INCREMENTALES Y ABSOLUTOS
4 TRANSFORMADOR VARIABLE
5 RESOLVER
6 SYNCRO
6.1 Descripción física y fundamento de operación
6.2 Expresión de la señal de salida
TEMA 14. TRANSDUCTORES DE VELOCIDAD Y ACELERACIÓN
Programa [1,5 horas]:
1 TRANSDUCTORES DE VELOCIDAD
1.1 Transductores electromagnéticos de velocidad lineal
1.2 Tacómetros basados en generadores electromagnéticos
1.1.1 Tacómetros generadores de corriente continua
1.1.2 Tacómetros generadores de inducción en corriente alterna
1.1.3 Tacómetros de imán permanente de corriente continua
1.3 Tacómetros electromagnéticos de rotor dentado
1.4 Tacómetros electro/ópticos
1.5 Otros tacómetros
1.5.1 Tacómetros capacitivos
1.5.2 Tacómetros basados en sensores de deformación
2 ACELERÓMETROS
2.1 Elementos del transductor
2.2 Tipos de acelerómetros
2.2.1 Capacitivos
2.2.2 Piezoeléctricos
2.2.3 Potenciométricos
2.2.4 Reluctivos (basados en LVDT)
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2.2.5 Servoacelerómetros
2.2.6 Basados en sensores de deformación
TEMA 15. TRANSDUCTORES DE TEMPERATURA
Descripción de objetivos: Este capítulo estudia los transductores de temperatura
más extendidos en los equipos electrónicos de medida. Después de describir
brevemente el concepto de temperatura y los efectos parásitos asociados a la masa
térmica, se realiza un estudio comparativo de los transductores de temperatura
resistivos, haciendo énfasis en sus coeficientes de temperatura y los errores
asociados a los hilos de conexión al equipo de medida. Por último, se analizan los
circuitos integrados lineales y los termopares. Los primeros se emplean en
aplicaciones que requieran condiciones de linealidad, bajo consumo y precisión.
Los segundos, aunque con un principio físico sencillo, requieren configuraciones
de medida que aseguren un temperatura de referencia y eviten la formación de
termopares parásitos.
Por tanto, se realiza un tratamiento que va desde la generalidad del hasta la
especialización del circuito integrado y el termopar, abordando la problemática de
la conexión del transductor al circuito de medida.
Programa [2 horas]:
1 INTRODUCCIÓN
1.1 Temperatura
1.1 Masa térmica y transferencia parásita de calor (“termal shunting”)
2 DETECTORES DE TEMPERATURA RESISTIVOS (RTD)
2.1 Características y principio operativo
2.2 Configuraciones de medida
2.2.1 Método de dos hilos: Errores
2.2.2 Puente de Wheatstone con el método de los tres hilos
2.2.3 Método de los cuatro hilos
2.3 Calentamiento por efecto Joule
2.4 Conversión de resistencia a temperatura
3 TERMISTORES
3.1 Principio de operación y características
3.2 Configuración de medida
3.3 Conversión de resistencia a temperatura
4 CIRCUITOS INTEGRADOS LINEALES COMO SENSORES
TEMPERATURA
5 TERMOPARES
5.1 Principio de operación y características
5.2 Configuraciones de medida
5.3 Linealización
5.4 Tipos
5.4.1 Metales base
5.4.2 Metales nobles
5.4.3 Otros tipos
DE
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TEMA 16. TRANSDUCTORES DE PRESIÓN
Programa [2 horas]:
1 SENSORES PRIMARIOS
1.1 Diafragmas
1.2 Cápsulas
1.3 Fuelles
1.4 Tubos Bourdon
2 TIPOS
2.1 Capacitivos
2.2 Inductivos
2.3 Reluctivos (LVDT)
2.4 Resistivos
2.5 Basados en sensores de deformación
2.6 Piezoeléctricos
TEMA 17. MEDICIÓN DEL FLUJO
Programa [2 horas]:
1 MEDIDORES DE PRESIÓN DIFERENCIAL
2 BASADOS EN DISPOSITIVOS MECÁNICOS
3 BASADOS EN LA MEDIDA DEL FLUJO TÉRMICO
4 MEDIDORES ELECTROMAGNÉTICOS
5 MEDIDORES ULTRASÓNICOS Y DOPPLER
PROGRAMA DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO
Práctica 1. Osciloscopios HM 604 y HM 1004 (I). Multímetros digitales HM
8011-3 y Promax MD 100: Temporizador 555 en modo astable (medidas de
parámetros de la señal).
Elementos del osciloscopio. Calibración de sondas. Medidas de magnitudes:
tensiones, frecuencias, períodos. Tiempo de subida. Medidas en osciloscopios y
multímetros de valores eficaces y de pico de ondas senoidales, cuadrada y
triangular. Generador de funciones. Supuesto práctico: Temporizador 555 en
modo astable; medida de parámetros de la señal generada.
Práctica 2. Osciloscopios HM 604 y HM 1004 (II). Medidor de impedancias
HM 8018: Resonancia serie y paralelo.
Desfases: función X-Y, comparación y medida de fases (figuras o curvas de
Lissajous). Prácticas desfases condensador y bobina. Parámetros adicionales para el
estudio de componentes pasivos: factor de calidad Q, factor de disipación D.
Determinación de la frecuencia de resonancia (o valores de L y/o C) de circuitos
serie y paralelo.
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Práctica 3. Osciloscopios HM 604 y HM 1004 (III): Tests de componentes.
Modulación en frecuencia.
Circuito de disparo y deflexión de tiempo. Disparo de señales de vídeo.
Funcionamiento del ajuste variable de tiempo HOLD-OFF. Barrido
retardable/disparo AFTER/DELAY. Varios: salida diente de sierra, salida Y.
Frecuencímetro: medidas de frecuencias, períodos y eventos. Test de componentes.
Medida de una modulación de amplitud.
Práctica 4. Osciloscopio digital HM 408: Tiempo de rebote de un relé y
modulación en frecuencia II.
Osciloscopios digitales. Funciones y circuitos A/D y D/A. Prácticas: tiempo de
rebote de los contactos de un relé y captura de señales moduladas en frecuencia de
difícil sincronización.
Práctica 5. Osciloscopios con doble base de tiempos .Osciloscopio HM 1004
(IV): Multivibrador astable integrado. Determinación de la frecuencia de
trabajo y medidas de parámetros de la señal ayudados de la doble base de
tiempos.
Elementos del osciloscopio (IV).Osciloscopios con doble base de tiempo. Medidas
de comparación de fases en el modo hold off. Ampliación de transitorios de señales
y zonas de difícil visualización ayudados de la 2ª base de tiempos. Funciones y
circuitos. Determinación práctica: 1.- Frecuencia de trabajo de un reloj
(multivibrador astable integrado). 2.- Formas de ondas que intervienen en el
circuito.
Práctica 6. Frecuencímetro/Contador de pulsos HM 8021-3: Contador
activado por monostable.
Medición de frecuencias. Medición de períodos. Medición de intervalos de tiempo
y anchuras de pulsos. Totalizador (contador de eventos). Montaje experimental: un
circuito temporizador 555 controla una lógica combinacional que proporciona la
cuenta del totalizador.
Práctica 7. Generador de impulsos HM 8035.
Ajuste de frecuencia. Ajuste de la duración del impulso. Señales simétricas. Disparo
por impulso único. Toma de señales de salida. Señales complementarias. Entrada
de señal de sincronismo. Control del tiempo de subida y bajada. Medición del
sobreimpulso.
Práctica 8. El analizador lógico: Tren de impulsos arbitrario y registro de
desplazamiento.
Analizador lógico. Funciones y circuitos. Práctica: Cuenta de eventos para tren de
pulsos sin periodicidad, registro de desplazamiento.
Práctica 9. Amplificador de instrumentación: Simulación del circuito
integrado. El amplificador de instrumentación AD623.
Características y funcionamiento en alterna y continua.
Práctica 10. Convertidores A/D y D/A.
Funcionamiento de diversos circuitos CAD y CDA en entrenadores electrónicos.
Simulaciones con Electronics Workbench y mediciones reales en entrenador de
prototipos.
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Práctica 11. Transductores industriales de presencia y posicionamiento.
Estudio de transductores fotoeléctricos (acoplamiento de fibras ópticas), inductivos
y capacitivos para la detección de presencia y medida de posicionamientos.
Medidores de nivel. Sensores namures. Transductores de dos, tres y cuatro hilos.
Práctica 12. Equipo de adquisición de datos de transductores.
Descripción de la consola de adquisición de datos (data logger). Modos de
funcionamiento. Programa informático de gestión e interpretación de los datos.
Supuestos prácticos.
Práctica 13. Transductor de temperatura ambiental.
Descripción y características del transductor (rangos y velocidad de respuesta).
Conexión al equipo de adquisición de datos. Calibración por programación.
Interpretación de resultados. Algunas aplicaciones (liberación de energía, curvas de
enfriamiento, leyes de los gases).
Práctica 14. Transductor de presión atmosférica (sensor barométrico).
Descripción y características del transductor (rangos y velocidad de respuesta).
Conexión al equipo de adquisición de datos. Calibración por programación.
Interpretación de resultados.
Práctica 15. Transductor de infrarrojos.
Descripción y características del transductor (rangos y velocidad de respuesta).
Conexión al equipo de adquisición de datos. Calibración por programación.
Supresión de la radiación de fondo. Interpretación de resultados.
Práctica 16. Transductor de pulsos (sensor biomédico).
Descripción y características del transductor (rangos y velocidad de respuesta).
Conexión al equipo de adquisición de datos. Calibración por programación.
Interpretación de resultados. Medición del pulso.
Práctica 17. Transductor de campo magnético.
Descripción y características del transductor (rangos y velocidad de respuesta).
Conexión al equipo de adquisición de datos. Calibración por programación.
Interpretación de resultados. Medición del campo magnético en el interior de un
solenoide.
Práctica 18. Tarjetas de Adquisición de Señales.
Características, instalación, configuración y modos de funcionamiento. Conexión
de sensor de temperatura.
Práctica 19. Instrumentación virtual.
Diseño y programación de instrumentos virtuales con LabView y Test-Point.
Conexión de transductores a tarjetas de adquisición de datos.
Práctica 20. Instrumentación programable RS-232 y GPIB.
En primer lugar, se comprueba el funcionamiento de diversos instrumentos
programables con un interfaz MS-DOS que incorpora el fabricante de la tarjeta
controladora IEEE-488.2. A continuación se diseñan interfaces con Visual C++,
lenguaje de alto nivel y Test-Point, lenguaje específico de Instrumentación
Electrónica. El control RS232 se realiza con Test-Point y Basic en el osciloscopio
HM407-2.
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MATERIALES
Los profesores de la asignatura forman parte del Grupo de Investigación en
Instrumentación Electrónica Aplicada y Técnicas de Formación (TIC-168) de la
Universidad de Cádiz. En la página web del grupo se encuentran los materiales de
esta y otras asignaturas.
Itinerario: www.uca.es à departamentos à grupos de investigación à Grupo de
Investigación en Instrumentación Electrónica Aplicada y Técnicas de Formación
à Miembros à Profesor.
Dirección completa:
http://www2.uca.es/grup-invest/instrument_electro/
BIBLIOGRAFÍA
Bibliografía básica
COOPER, W.D. & HELFRICK, A.D. (1991). Instrumentación Electrónica
Moderna y Técnicas de Medición. Prentice-Hall Hispanoamericana.
KEITHLEY INSTRUMENTS INC. (2002). IEEE-488 Interface Boards. User´s
Manual. Cleveland, Ohio, EE.UU.
NORTON, H.N. (1987). Handbook of Transducers. Prentice Hall, Englewood
Cliffs, New Jersey.
PALLÁS ARENY, R. (1987). Instrumentación Electrónica Básica. Marcombo,
Boixareu Editores.
PALLÁS, R. (1993). Adquisición y Distribución de Señales. Marcombo. Boixareu
Editores. Barcelona.
Constituye un compendio de todas las configuraciones de sistemas de adquisición de datos.
Destaca por la profundidad con que aborda el análisis del acondicionamiento de señales,
mediante la inserción de ejemplos que permiten relacionar la adquisición de datos con los
circuitos integrados mixtos. Asimismo, el muestro de señales se trata con un adecuado
formalismo matemático.
PALLÁS ARENY, R. (1989). Transductores y Acondicionadores de Señal.
Marcombo, Boixareu Editores.
ROSADO, L. y COLABORADORES. (1997, 1998, 1999, 2000, 2001). Didáctica
de la Física y sus Nuevas Tendencias. Julio de 1997 y 1998, septiembre de 1999, 2000
y 2001. UNED. Madrid.
TEKTRONIX. (2001). Manuales de usuario del osciloscopio TDS 210 y módulos de
extensión.
WOLF, S. & SMITH, R.F.M. (1992). Guía para Mediciones Electrónicas y Prácticas
de Laboratorio. Prentice Hall Hispanoamericana S.A. México, Englewood Cliffs.
Bibliografía complementaria
COUGHLIN, R. y DRISCOLL, F. (1993). Amplificadores Operacionales y
Circuitos Integrados Lineales. 4ª Edición. Prentice-Hall Hispanoamericana. México.
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CREUS, A. (1995). Instrumentación Industrial. Marcombo, Boixareu Editores.
GONZÁLEZ DE LA ROSA, J.J. (2001). Circuitos electrónicos con amplificadores
operacionales: Problemas, Fundamentos Teóricos y Técnicas de Identificación y
Análisis. Marcombo, Boixareu Editores. Barcelona.
GONZÁLEZ, J.J., LIÑÁN, M. y MARTÍN, S. (2000). Metodología de
Formación Basada en la Incorporación de la Instrumentación Virtual Aplicada a la
Enseñanza de la Distorsión Armónica. Actas del IV Congreso Internacional TAEE
(Tecnologías Aplicadas a la Enseñanza de la Electrónica). Bellaterra-Barcelona,
septiembre de 2000.
HUMPHRIES, J.T. y SHEETS, L.P. (1996). Electrónica Industrial. Dispositivos,
Máquinas y Sistemas de Potencia Industrial. Editorial Paraninfo. Madrid.
MANDADO, E., MARIÑO, P. Y LAGO, A. (1995). Instrumentación
Electrónica. Marcombo, Boixareu Editores.
PALLÁS ARENY, R. et al. (1995). Sensores y Acondicionadores de Señal. Prácticas.
Universitat Politècnica de Catalunya. Barcelona.
PEPPERL+FUCHS, HAMEG, Documentación Técnica de Equipos de
Laboratorio.
SIEMENS (1987). Componentes Electrónicos. Marcombo, Boixareu Editores.
SISTEMA DE EVALUACIÓN
La asignatura se estructura en dos exámenes parciales y los correspondientes
finales. El examen consta de tres tipos de ejercicios:
1.- Preguntas de teoría: Incluyen definiciones, pequeñas demostraciones y
clasificaciones.
2.- Cuestiones experimentales: Relativas a la operación de los instrumentos de
banco, pretenden que el alumno “suplante” al instrumento dibujando las señales
que deberían representar o los datos que debería mostrar bajo ciertas condiciones
de ajuste o “set up” proporcionadas en el enunciado del problema y que
corresponden a ajustes reales de los paneles de los instrumentos.
3.- Problemas: Incluyen circuitos electrónicos de equipos de instrumentación,
acondicionamiento de señal y sensores y transductores y, en general, circuitos de
procesado de señal.
Cada alumno debe presentar al final de cada cuatrimestre una memoria de prácticas
basada en los guiones entregados por los profesores.
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