Universidad de Guadalajara Tópicos Selectos . Práctica 7

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Tópicos Selectos
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Práctica 7.- Medición de posición angular (Capacitancia; Potenciómetro)
Integrantes del equipo (Máximo 2):
1.-
Código:
2.-
Código:
Fecha límite de entrega:
Fecha real de entrega:
Resumen de la práctica:
No. de Estación de Trabajo:
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Introducción:
El propósito de esta práctica es calibrar la posición angular por medio de un capacitor
variable.
Se requiere hacer el acondicionamiento de la señal de tal forma que se pueda linealizar y
calibrar la pendiente y el offset. Es necesario construir un oscilador donde su frecuencia sea
dependiente del capacitor o del potenciómetro. Se deberán adquirir los datos para su
análisis por medio de una tarjeta de adquisición de hardware libre como es la tarjeta de
Arduino (http://arduino.cc/es). Los errores que deberán calcularse son: error absoluto, error
relativo, error de linelidad, error de histéresis, error de sensibilidad y error total del sistema.
Se debe realizar un ajuste de curvas para obtener la pendiente (sensibilidad) y el cruce con
la ordenada (offset).
Marco Teórico:
Un capacitor variable es un condensador cuya capacidad puede ser modificada
intencionalmente de forma mecánica o electrónica. Son condensadores provistos de un
mecanismo tal que, o bien tienen una capacidad ajustable entre diversos valores a elegir, o
bien tienen una capacidad variable dentro de grandes límites. Los primeros se llaman
trimmers y los segundos condensadores de sincronización, y son muy utilizados en
receptores de radio, TV, etcétera, para igualar la impedancia en los sintonizadores de las
antenas y fijar la frecuencia de resonancia para sintonizar la radio.
Figura 1.- Capacitor Variable.
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Un Oscilador controlado por tensión o VCO (Voltage-controlled oscillator) es un
dispositivo electrónico que usa amplificación, realimentación y circuitos resonantes que da
a su salida una señal eléctrica de frecuencia proporcional a la tensión de entrada.
Típicamente esa salida es una señal sinusoidal, aunque en VCOs digitales es una señal
cuadrada.
Cuando la entrada es 0V, el VCO tiene una señal con una frecuencia llamada frecuencia
libre de oscilación y ante variaciones de la entrada, sube o baja la frecuencia de su salida de
forma proporcional.
Utiliza un VCO que dependa del valor del capacitor para variar su frecuencia puedes
utilizar circuitos integrados (XR2206, LM565, LM566, LM555, etc).
Para recuperar la información de VCO puedes utilizar FVO (Frequency to Voltage
Converter) existen diversos circuitos integrados diseñados para esta aplicación los mas
conocidos y fáciles de encontrar son los LM2907.
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Ejercicio 1.1. Diseñe un dispositivo para calibrar el desplazamiento angular mediante la variación de
un capacitor mecánico o un potenciómetro, tome como ejemplo el esquema de la figura.
2. El sistema debe variar su desplazamiento dentro del rango de trabajo del sensor.
3. Muestre los valores de desplazamiento en cm y en pulgadas realice las conversiones
necesarias.
4. Utilice una transportador como sistema de referencia
Figura 2.- Sistema de calibración de desplazamiento angular.
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Realiza pruebas a tu capacitor o potenciómetro y llena la siguiente tabla:
Características del sensor
Valor mínimo
Valor máximo
Rango del sensor
Ecuación de transferencia del sensor
Realice 10 mediciones dentro del rango del sensor fabricado y llene la siguiente tabla
ayudándose con una regla conocido como sistema de referencia.
No. Medición
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Desplazamiento
Voltaje medido en el sensor
Frecuencia
Ejercicio 2:
Diseñe un entorno grafico con LabVIEW que funcione de interfaz para realizar mediciones
de desplazamiento angular. El programa debe almacenar 10 datos en forma ascendente y
10 descendente y cada dato debe de ser capturado al presionar un push botón físico o un
push boton virtual. Una vez capturado los datos debe de calcular los errores del sistema
(error relativo porcentual, error de histéresis, error de linealidad, error offset, sensibilidad,
desviación estándar, exactitud). Por último debe graficar la curva ideal y la curva ajustada.
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Dibuje aquí su diagrama de acondicionamiento electrónico.
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Diagramas de LabVIEW:
Front Panel
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Block Diagram
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1.-Funcionamiento del instrumento:
2.-Explicación del funcionamiento:
3.-Explicacion de los elementos que lo componen:
4.-Metodo de calibración:
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5.-Calculos del diseño:
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Lista de componentes:
Resultados Experimentales:
Llena la siguiente tabla con los datos obtenidos a diferentes desplazamientos.
Grados
Temperatura sensada
Voltaje de salida del
Voltaje de salida del
Sensor ascendente
Sensor descendente
(mV)
(mV)
Frecuencia
ascendente
Frecuencia
descendente
Escribe las ecuaciones que utilizaste para calcular la frecuencia del VCO y del FVO
Ecuaciones para conversión entre unidades
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Haz los cálculos pertinentes y presenta los resultados en forma de ecuación de la curva
ajustada, por ejemplo
Curva ajustada
Enseguida presenta tus graficas:
1.-Grados vs Voltaje (mV) ascendentes.
2.-Grados vs Voltaje (mV) descendente.
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Resultados:
Presenta en la siguiente tabla los resultados estadísticos del sistema.
Estadísticas del sistema
Curva ajustada
Pendiente
Cruce con la ordenada (offset)
Desviación estándar de la pendiente
Desviación estándar del cruce por la ordenada
Error absoluto
Error relativo porcentual
Exactitud
Precisión (3 desviaciones estándar)
eH
eL
eK
eZ
eR
Incertidumbre de diseño UD
Conclusiones
Escribe al menos tres oraciones que consideres concluyentes de la práctica
Crees que es suficiente la información que se te dio en esta práctica para realizarla
Referencias: Libros, Revistas, Sitios de internet o cualquier información que utilizaste para
realizar esta práctica.
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Apéndice: Agrega toda la información que consideres sea útil para mejorar esta práctica y
facilitar su aprendizaje para futuras generaciones.
Escribe por lo menos 2 aplicaciones que se te ocurran utilizando este sistema.