INSTRUMENTACIÓN Y MEDICIÓN PROYECTO FINAL

INTRODUCCION 

 

En el curso de Instrumentación y Mediciones, para el diseño y construcción de circuitos donde intervengan capacidades, es necesario un capacímetro. Con él podremos comprobar el estado de cualquier condensador, así como también conocer el valor de su capacidad. En el caso de los condensadores variables, el capacímetro nos dará una indicación precisa de los valores máximo y mínimo de su capacidad.

OBJETIVOS 

 

Construir un sistema de instrumentación para medir la variable capacitancia, utilizando un puente de Wien y/o Schering. Sustentar el sistema de instrumentación para medir la variable capacitancia de acuerdo con las condiciones establecidas para el proyecto .

JUSTIFICACION 

Este trabajo se realiza con el fin de aprender e interiorizar sobre los Instrumentos de Medición que son utilizados tanto en electrónica como en telecomunicaciones, ya que estamos viendo como a través del tiempo vivimos en una sociedad dinámica debido al desarrollo de nuevos medios tecnológicos de los cuales nosotros como futuros ingenieros debemos conocer investigar y profundizar.

 

Los diferentes instrumentos de medición nos ayudan a entender cómo se ha evolucionado en los instrumentos de medición y como la tecnología nos ayuda a facilitar y precisar dichas mediciones.

DESCRIPCION 

El capacímetro es un oscilador cuya frecuencia depende del condensador bajo prueba. Este oscilador está construido alrededor del circuito integrado LM555, cuyo esquema interno se puede observar en la siguiente figura.

en su interior hay dos comparadores, marcados "1" y "2", un biestable "set" "reset", marcado "3", un inversor marcado "4" y un transistor con el colector abierto.

Este pin se conectará al positivo de alimentación que no deberá superar los 15 voltios

En la figura anterior tenemos el esquema del integrado LM555 conectado como multivibrador astable, con los pines 2 y 6 unidos. En esta configuración, el integrado se dispara a sí mismo y por tanto genera una oscilación continua. El condensador Cx se carga a través de Ra y Rb hasta que su tensión supera los 2/3 de la tensión de alimentación. En este momento el biestable se activa y en su salida aparece una tensión alta, que aplicada a la base del transistor Q1 hace que este conduzca, iniciando la descarga del condensador Cx. Cuando su tensión desciende por debajo de 1/3 de la de alimentación, el comparador número dos bascula, haciendo que la salida del biestable quede a cero voltios, cortando la conducción del transistor Q1 y reiniciando la carga del condensador Cx. Este proceso se repetirá indefinidamente.

El periodo de ésta oscilación viene determinado por la siguiente fórmula:

T=0,7(Ra+2Rb) Cx

ESQUEMA DEL CAPACIMETRO

CAPACÍMETRO DIGITAL

Identificación de la Necesidad:El capacímetro, es un aparato electrónico que se utiliza para medir la capacitancia de condensadores de todo tipo; cerámicos, de poliéster, de papel de tantalio y electrolíticos.El capacímetro digital, se trata de un oscilador cuya frecuencia viene determinada por la capacidad a medir. Conectando este oscilador a un frecuencímetro, podremos ver directamente la capacidad del condensador en el display del frecuencímetro.Este proyecto se realiza, para llevar a la práctica los conocimientos adquiridos durante el semestre en el curso de Instrumentación y mediciones; mediante el diseño de un capacimetro digital, el cual debe medir capacitancias entre 10000µF y 10 pF. Este equipo de instrumentación, se debe diseñar con un sensor y puente de wien o Schering y acondicionamiento de señal conversor análogo digital y a la salida un Display digital.

DISEÑO TEÓRICOCAPACÍMETRO DIGITAL UTILIZANDO EL PUENTE DE WIENEl oscilador puente de Wien es un oscilador utilizado para generar ondas sinusoidales que van desde los 5 Hz a los 5 Mhz.

El circuito básico consta de un amplificador y una red de adelando/atrazo compuesto de dos redes RC, una serie y otra paralelo. Los dos valores de resistencias y condensadores son igualesLa ganancia del amplificador está dada por las resistencias R1 y R2.La ganancia que debe tener este amplificador debe compensar la atenuación causada por las redes RC (red de realimentación positiva conectada al pin no inversora del amplificador operacional).

Esta ganancia debe estar por encima de 1 para asegurar la oscilación.La ganancia se obtiene con la primera fórmula. Como la ganancia debe ser mayor que 1, la ecuación se simplifica y se obtiene la segunda fórmula: Para que la ecuación se cumpla, el cociente de R2 y R1 debe ser igual o mayor que 2.

RED DE REALIMENTACIÓN Y DESFASE DE UN OSCILADOR PUENTE DE WIEN

La salida de la red de realimentación se comporta como se muestra en los siguientes puntos:

- Para frecuencias por debajo la frecuencia de oscilación, la atenuación es grande y la fase se adelanta 90°

- A la frecuencia de resonancia, la ganancia de tensión es de 1/3 (máxima) y no hay corrimiento de fase.

-Para frecuencias por encima de la frecuencia de oscilación, la atenuación es grande y la fase se atrasa 90°.

Simulación: Se utiliza una herramienta informática para realizar el diseño y comprobar su funcionamiento.

Diseño Práctico: Se realiza el montaje con elementos reales.

Control de calidad: Se realizan pruebas del diseño, en esta fase se pueden implementar mejoras en el diseño.

1. Se requiere calibrar el osciloscopio con el fin de que funcionen mejor.

2. En el momento en que el potenciómetro de 1K llega al 22% el voltaje es 0 en la salida.

3. Para que los puentes sean calibrados se deben igualar a 0.

4. La boina compensa la capacitancia.

5. En forma similar al puente de Wheatstone, cuando no hay circulación de corriente por el detector de cero se cumple la relación:

6. La inexactitud de las resistencias patrón que componen el puente.

7. La insuficiente sensibilidad del galvanómetro.

8. Las fuerzas termoeléctricas que se originan en el galvanómetro y en todas

Conclusiones