elementos de teoria del control

D.G.E.T.I.

UNIVERSIDAD DEL GOLFO DE MEXICO, A. C.

INSTRUCTIVOS DE PRACTICAS

ELECTRNICA

ELEMENTOS DE TEORIA DEL CONTROL Semestre III

INSTRUCTIVOS DE PRACTICAS UGM

D. G. E. T. I.

UNIVERSIDAD DEL GOLFO DE MEXICO, A. C.

NOMBRE DEL ALUMNO

SEMESTRE

GRUPO

2Electrnica Elementos de Teora del Control


Ing. Alfonso Jurez JimnezSecretario Acadmico

Ing. Andrs Jurez JimnezSecretario de Administracin y Finanzas

Lic. Ftima Romero GutirrezJefe de Departamento de Educacin Media y Bsica

Ing. Araceli G. Snchez GascaDepartamento Acadmico de Educacin Media y Bsica



INDICE

Practica No. Nombre 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Transformadores Diferenciales Medidor de velocidad Sensor de temperatura Celdas fotoconductivas Caractersticas de funcionamiento de un fotodiodo Caractersticas del fototransistor Optoacopladores Circuito detector de humedad Presin

Pgina 5 9 13 17 21 25 29 33 37



PRACTICA 1

TRANSFORMADORES DIFERENCIALESOBJETIVO Que el alumno pueda a travs del aprendizaje en teora, poner en prctica sus conocimientos sobre el transformador diferencial como dispositivo de transformacin de un nivel de voltaje a otro sin perder sus caractersticas originales.

DESCRIPCION BASICA TRANSFORMADORES DIFERENCIALES El transformador diferencial dispone de un primario y dos secundarios idnticos acoplados magnticamente al primario mediante un ncleo mvil, dicho ncleo es solidario a un palpador, cuyo desplazamiento es el que se mide, de tal forma que en reposo el palpador est colocado simtricamente respecto de los secundarios y al desplazarse se descentra. El desplazamiento puede ser lineal o rotativo. En la Figura 1 se representa un transformador diferencial lineal, tanto en estos como en los rotativos, los dos secundarios se suelen conectar en oposicin, de tal forma que, en la posicin cero, las tensiones inducidas en cada uno de ellos son iguales y por tanto, la tensin total obtenida es nula. Si el ncleo se desplaza, las tensiones de los secundarios dejan de ser iguales y la tensin U2 varia en mdulo y signo segn el sentido de desplazamiento. Pueden alcanzarse resoluciones de algunas dcimas de milmetro. Este transformador se utiliza en las fuentes de alimentacin de los dispositivos de control que requieren un porcentaje mnimo de error en sus voltajes de salida. Tambin puede utilizarse en las fuentes simtricas que requieren de voltajes positivos y negativos, los cuales son empleados en la alimentacin de amplificadores operacionales y otros dispositivos involucrados en los controladores de variables como: temperatura, presin, resistencia, etc. PRUEBA PRACTICA DE UN TRANSFORMADOR DIFERENCIAL. Este dispositivo puede probarse mediante el uso de un multmetro digital o bien mediante en uso de un osciloscopio de buena sensibilidad. Para realizar la prueba con el Multmetro, se conecta el primario del transformador diferencial a la lnea de alimentacin de corriente alterna, posteriormente se elige la escala adecuada en el multmetro colocando la punta negativa en la derivacin y midiendo con la punta positiva los voltajes en cada una de las terminales ubicas en los extremos del devanado secundario. Los voltajes deben ser iguales. Al utilizar el osciloscopio en las terminales del secundario, vamos a obtener dos formas de onda senoidales de la misma fase y amplitud, como se muestra en la Figura 1. En el caso de no aparecer estas formas de onda el problema puede deberse a ausencia de voltaje en el primario a un devanado en mal estado.



FIGURA 1. El transformador diferencial a) esquema bsico b)Tensiones c) Forma constructiva

MATERIAL Y EQUIPO 1 transformador con primario de 127 y un secundario de 24V 1 clavija 1 cable duplex calibre 14. 1 multmetro digital con puntas de prueba 1 osciloscopio con puntas de prueba

DESARROLLO DE LA PRACTICA 1. Arme la clavija con el cable y conctelo en el devanado primario del transformador, conecte la clavija al voltaje alterno de 110v y mida el voltaje en el devanado secundario, primero en los extremos y despus como referencia la derivacin central mida cada extremo. Anote su resultado en la Tabla 1. 2. Con ayuda de un osciloscopio observe las formas de onda de las terminales del secundario, utilizando en el osciloscopio la escala de corriente alterna apropiada para evitar daos en las puntas de prueba.

DEVANADO PRIMARIO 1

VOLTAJE DE SALIDA

FORMA DE ONDA

SECUNDARIO 1


INSTRUCTIVOS DE PRACTICAS UGM SECUNDARIO2

Tabla 1. Voltajes de salida y forma de onda de un transformador diferencial.

ESQUEMAS

OBSERVACIONES _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ 7Electrnica Elementos de Teora del Control

INSTRUCTIVOS DE PRACTICAS UGM CUESTIONARIO 1. ______________________________________________________________________________ 2. ______________________________________________________________________________ 3. ______________________________________________________________________________ 4. ______________________________________________________________________________ 5. ______________________________________________________________________________

CONCLUSIONES _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________

CRITERIO DE EVALUACION

BIBLIOGRAFA BOYLESTAD Robert & NASHELSKY Louis, Electrnica Teora de Circuitos, sexta edicin, Prentice Hall, 1995.



PRACTICA 2

MEDIDOR DE VELOCIDADOBJETIVO Conocer los diferentes mtodos empleados para la medicin de la velocidad, principalmente los electrnicos, con ayuda de un circuito realizado en el laboratorio.

DESCRIPCION BASICA METODOS DE MEDICION DE VELOCIDAD La velocidad, como variable en los procesos industriales se refiere normalmente a la medicin de las revoluciones de algn eje giratorio, es decir, la velocidad angular y de esta se derivan los mtodos de medicin de velocidad lineal. Estas dos formas de medicin implican la posibilidad de realizarlas mediante mtodos mecnicos como elctricos y electrnicos. En la medicin de muy altas velocidades (superiores a 100,00 RPM) ya es ms aplicable el mtodo electrnico, (Figura 1) que ofrece bastantes ventajas respecto a mtodos electrnicos y donde ya no se pueden aplicar mtodos mecnicos. En la siguiente tabla se puede apreciar los tipos de velocidad as como sus unidades y el tipo de instrumento empleado. TIPO DE VELOCIDAD a) Lineal b) Angular c) Frecuencia UNIDADES DE MEDICION Pies/seg km/h R.P.M Radianes/seg Ciclos/ segundo TIPO DE INSTRUMENTO Velocmetro Tacmetro Frecuencimetro

Instrumentos electrnicos de medicin de velocidad: Tacmetros sin contacto. Tacmetros del tipo de frecuencia. Tacmetros del tipo ignicin. Tacmetros estroboscopios.

FIGURA 1.Tacmetros electrnicos Tacmetros elctricos. El tacmetro elctrico consiste en un transductor que transforma la velocidad de rotacin en una seal elctrica que se transmite a un indicador. Esta proporcin a la velocidad, el transductor produce ya sea: 9Electrnica Elementos de Teora del Control

INSTRUCTIVOS DE PRACTICAS UGM 1. Una seal anloga que puede emplearse para indicacin analgica. 2. Pulsos que pueden ser digitales cuando se cuentan en trminos de revoluciones por unidad de tiempo. A continuacin en la Figura 2 se muestra un medidor de velocidad que tiene principal componente un Amplificador Operacional LM3900 el cual nos va a detectar las variaciones de voltaje proporcionado por el diodo infrarrojo D2, cuando este reciba del D1 una seal infrarroja que es obstruida por una marca en el eje del motor produce una seal a la entrada inversora del operacional, la cual es amplificada y enviada a una compuerta NAND (C2) que se encarga de encender el led en funcin de la frecuencia de giro del motor.

FIGURA 2. Circuito detector de velocidad

MATERIAL Y EQUIPO 2 R1, R2= resistencias de 220 a w. 1 R3 = resistencia de 100K a w. 1 D1= fotodiodo. 1 D2= infrarrojo 1 D3= diodo emisor de luz 1 CI-1= circuito integrado LM3900 1 CI-2= compuerta lgica 74LS00 1 Vcc= fuente de alimentacin +5v 1 fuente simtrica +12v 1 protoboard o tablilla de conexiones 2m cable pot calibre 22

DESARROLLO DE LA PRACTICA 1. Arme el circuito propuesto en la Figura 2, adecuadamente. 2. Observe el efecto en el led de salida, cuando se hace variar la velocidad, esto es obstruyendo con un objeto, al infrarrojo y al fotodiodo. 3. Anote sus observaciones y conclusiones.


INSTRUCTIVOS DE PRACTICAS UGM ESQUEMAS

OBSERVACIONES _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ 11Electrnica Elementos de Teora del Control

INSTRUCTIVOS DE PRACTICAS UGM CUESTIONARIO 1. ______________________________________________________________________________ 2. ______________________________________________________________________________ 3. ______________________________________________________________________________ 4. ______________________________________________________________________________ 5. ______________________________________________________________________________

CONCLUSIONES _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________


BIBLIOGRAFA Apuntes de la Materia de Electrnica Industrial I del Instituto Tecnolgico de Orizaba, Ing. Miguel Santamara Martnez.



PRACTICA 3

SENSOR DE TEMPERATURAOBJETIVO

DESCRIPCION BASICA TEMPERATURA Cuando un cuerpo se calienta, la velocidad de vibracin de sus molculas aumenta rpidamente. Esto produce diferentes efectos fsicos; en el caso del metal, varan tanto sus dimensiones como su resistencia elctrica; en el caso de un fluido contenido en un recipiente cerrado, su presin aumenta. En ambos casos, la temperatura se eleva como resultado del calor ganado. En la medicin de la temperatura, el cambio relativo de la actividad molecular se define por una expresin cuantitativa. Un instrumento mide la temperatura debido a que es sensible, por lo menos, a uno de los efectos fsicos producidos por el incremento de actividad molecular. TERMISTORES Los termistores (Figura 1) aprovechan, la dependencia que presenta la resistencia elctrica de cualquier material conductor con la temperatura. La sensibilidad a la temperatura se ha exacerbado gracias a la utilizacin de materiales semiconductores, especficamente diseados para que su resistencia dependa agudamente de la temperatura del elemento. Existen termistores de coeficiente positivo (su resistencia aumenta con la temperatura) o negativo, siendo este ltimo ms tpico y de bajo costo. En los termistores se observan relaciones de la resistencia con la temperatura que no son lineales, sino ms bien de carcter exponencial. Los termistores se componen de una mezcla sinttica de xidos de metales, como manganeso, nquel, cobalto, cobre, hierro y uranio. Su rango de resistencia va de 0.5 ohms. a 75 ohms y estn disponibles en una amplia gama de formas y tamaos. Los ms pequeos son cuentas con un dimetro de 0.15 mm a 1.25 mm. Las cuentas se pueden colocar dentro de una barra de vidrio para formar sondas que son ms fciles desmontar que las cuentas. Se hacen disco y arandelas presionando el material termistor en condiciones de alta presin en formas cilndrica y plana con dimetros de 2.5 mm a 25 mm. Las arandelas se pueden apilar y conectar en serie o paralelo con el fin de incrementar la disipacin de potencia. Tres caractersticas importantes del termistor lo hacen extremadamente til en aplicaciones de medicin y control: a) Resistencia-temperatura b) Voltaje-corriente c) Corriente-tiempo



FIGURA 1. Los termistores. TERMOCUPLAS Una termocupla es un sensor para medir temperatura (Figura 2). Consiste en dos cables de metales distintos, conectados en un extremo donde se produce un pequeo voltaje asociado a una temperatura. Ese voltaje es medido por un termmetro de tremocupla. Las mediciones de temperatura que utilizan termocuplas o termopares se basan en el descubrimiento hecho por Seebeck en 1821. Este se puede resumir de la siguiente manera: una corriente fluye en un circuito continuo de dos alambres de distintos metales, si las conexiones o uniones se encuentran a temperaturas distintas. La corriente ser proporcional a la diferencia de temperatura entre las dos uniones. Lo anterior se puede representar segn el siguiente esquema en que la sonda termoelctrica acciona el galvanmetro (aparato para fuerzas electro motrices):

FIGURA 2. Configuracin de un termocupla


INSTRUCTIVOS DE PRACTICAS UGM MATERIAL Y EQUIPO 1 Vaso de precipitados de 250 ml 100ml Agua 1 Mechero de Bunsen 1 Encendedor 1 Multmetro Digital con medidor de temperatura 1 Soporte universal

DESARROLLO DE LA PRACTICA Encender el mechero de Bunsen y llenar el vaso de precipitados con 100 ml de agua. Colocar el vaso de precipitados en el soporte universal junto con el mechero de Bunsen. Esperar a que el agua se caliente durante un periodo de 10 minutos. Mediante el uso del Multmetro Digital, posicionarlo en la escala de temperatura e introducir la punta de prueba de temperatura en el agua que contiene en vaso de precipitados. 5. Observar el valor de temperatura que se muestra en el display del multmetro y anotarlo. 6. Retirar el vaso de precipitados del soporte universal y colocarlo sobre la mesa. 7. Esperar 5 minutos para que el agua se enfre un poco. 8. Introducir la punta de prueba de temperatura del Multmetro y observar el valor mostrado en la cartula. Anotar el valor de temperatura obtenido. 9. Dejar la punta de prueba introducida en el agua y anotar cada minuto el valor de la temperatura hasta que el agua se enfre. 10. Elaborar una tabla con los valores obtenidos de temperatura y el tiempo transcurrido entre una lectura y la siguiente. TIEMPO TRANSCURRIDO (minutos) VALOR DE TEMPERATURA DETECTADA ( C ) 1. 2. 3. 4.

TABLA 1: RESULTADOS PRACTICOS DE TEMPERATURA.

ESQUEMAS


INSTRUCTIVOS DE PRACTICAS UGM OBSERVACIONES _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________

CUESTIONARIO 1. ______________________________________________________________________________ 2. ______________________________________________________________________________ 3. ______________________________________________________________________________ 4. ______________________________________________________________________________ 5. ______________________________________________________________________________

CONCLUSIONES _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________


BIBLIOGRAFA http://cipres.cec.uchile.cl/~mapino/termocuplas.html http://cipres.cec.uchile.cl/~iq54a/instrumentos/03_t_stores/t_stores.html



PRACTICA 4

CELDAS FOTOCONDUCTIVASOBJETIVO El estudiante debe ser capaz de armar un circuito detector de luminosidad con los conocimientos tericos obtenidos en el aula, y aplicarlo al giro de un motor de corriente continua de bajo costo.

DESCRIPCION BASICA La celda fotoconductiva es un dispositivo semiconductor de dos terminales cuya resistencia tiende a variar en forma lineal con la intensidad de la luz incidente. En la Figura 1 se muestra la estructura fsica de una celda fotoconductiva de uso general.

Figura 1. Estructura fsica de una celda fotoconductiva Entre los materiales fotoconductivos que ms se utilizan se encuentran el sulfuro de cadmio ( Cd S ) y el selenuro de cadmio ( Cd Se ). El tiempo de respuesta de las unidadesCd y Se es de 10 milisegundos y para una celda Cd S es de 100 mseg. El funcionamiento de una celda fotoconductiva es el siguiente: Cuando aumenta la intensidad de la iluminacin sobre el dispositivo la resistencia de la celda disminuye. Cuando disminuye la intensidad de la iluminacin, aumenta la resistencia entre las terminales de la celda. En la Figura 2, se muestra un circuito de un detector simple de luminosidad mediante el empleo de una celda fotoconductiva de bajo costo. Se trata de un LDR ( Ligth Detector Resistance) cuyas abreviaturas significan detector de luz por resistencia, Cuando la luminosidad es mayor ( por ejemplo a pleno sol), el valor de la resistencia es prcticamente cero. A medida que la luminosidad 17Electrnica Elementos de Teora del Control

INSTRUCTIVOS DE PRACTICAS UGM disminuye, el valor de la resistencia aumenta hasta que, en la oscuridad, su valor suele llegar hasta los 10 megaohmios o ms. Algunas de las aplicaciones prcticas de una celda fotoconductiva incluyen: Sistemas de iluminacin de lmparas en las autopistas, sistemas de luces de emergencia, control de intensidad de lmparas incandescentes, etc. La lmpara empleada en este circuito funciona de la siguiente manera: Cuando hay presencia de luz la lmpara enciende totalmente debido a que el transistor permite que circule corriente a travs de l. En la oscuridad la lmpara enciende con dificultad o se apaga debido a que no hay conmutacin en el transistor y por lo tanto no hay circulacin de corriente hacia las terminales de la lmpara.

Figura 2. Detector simple de luminosidad.

MATERIAL Y EQUIPO 1 LDR (Detector de luz por resistencia) 1 Pila de 9 volts 1 Transistor TIP 111 equivalente 1 lmpara de 12 volts de corriente continua 1m Alambre calibre 22 de un polo 1 Protoboard 1 Multmetro Digital con puntas de prueba 1 pinzas de punta 2 Caimanes 1 Lmpara de pilas

DESARROLLO DE LA PRACTICA 1. Armar el circuito de la Figura 2 en el protoboard teniendo cuidado de no cometer errores en las conexiones. 2. Checar mediante el uso del Multmetro Digital el voltaje de la pila de 9 volts. 3. Conectar la pila de 9 volts al circuito por medio de dos caimanes. 4. Tapar la luz al detector de luz por resistencia y observar el efecto producido en la lmpara. 5. Aplicar luz al detector de luz por resistencia a travs de una lmpara y observar el efecto producido en la lmpara.



OBSERVACIONES _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________

CUESTIONARIO 1. ______________________________________________________________________________ 2. ______________________________________________________________________________ 3. ______________________________________________________________________________ 4. ______________________________________________________________________________ 5. ______________________________________________________________________________ 19Electrnica Elementos de Teora del Control

INSTRUCTIVOS DE PRACTICAS UGM CONCLUSIONES _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________


BIBLIOGRAFIA Stanley Wolf & Richard F.M. Smith, GUIA PARA MEDICIONES ELECTRONICAS Y PRACTICAS DE LABORATORIO, Editorial Prentice Hall, Primera edicin 1992, Mxico.



PRACTICA 5

CARACTERISTICAS DE FUNCIONAMIENTO DE UN FOTODIODOOBJETIVO Conocer las caractersticas tcnicas de funcionamiento de los fotodiodos con el propsito fundamental de aplicarlas en el desarrollo de circuitos de deteccin de seales infrarrojas.

DESCRIPCION BASICA EL FOTODIODO Los fotodiodos son dispositivos semiconductores que tienen las mismas caractersticas elctricas que los diodos convencionales cuando no estn sometidos a iluminacin. Esto significa que su resistencia de conduccin en directa es baja y su resistencia en inversa es alta. Sin embargo, cuando se iluminan esos diodos con luz de frecuencia adecuada, la corriente inversa del diodo aumenta con la intensidad de iluminacin. Los fotodiodos estn diseados para deteccin de radiacin infrarroja en sistemas que manejan altas frecuencias. Su tiempo de respuesta tpico es de 1.5 nseg y presentan su mejor linealidad cuando se operan con un amplificador de corriente de buena calidad. El costo de estos dispositivos es casi proporcional a su eficiencia. Los materiales para construir los fotodiodos son por lo general el silicio o el selenio. Con menor frecuencia se emplean otros materiales, como arseniuro de galio, sulfuro de cadmio y arseniuro de indio. En la Figura 1 se puede apreciar la estructura fsica de un fotodiodo de uso general.

Figura 1. Estructura fsica de un fotodiodo. En la figura 2 tenemos un circuito de aplicacin tpica de un fotodiodo convencional, en la cual se produce una barrera infrarroja a travs de un diodo emisor de luz infrarroja. Esta barrera infrarroja es detectada por el fotodiodo que produce un pulso de corriente para ser enviado a un circuito integrado SN74LS00N que acta como un amplificador de corriente. Para poder observar que el fotodiodo est funcionando correctamente se propuso conectar a la salida del circuito integrado un diodo emisor de luz normal, el cual cuando enciende nos indica que hay presencia de un objeto en la 21Electrnica Elementos de Teora del Control

INSTRUCTIVOS DE PRACTICAS UGM barrera infrarroja formada por el diodo infrarrojo y el fotodiodo. Si el diodo emisor de luz no enciende, es seal de que ningn objeto ha obstruido la barrera infrarroja.

Figura 2. Circuito de barrera infrarroja con fotodiodo.

MATERIAL Y EQUIPO 1 Resistencia de 220 ohms a watt 1 D1=Diodo emisor infrarrojo 1 D2=Fotodiodo de buena sensibilidad 1 R2=Resistencia de 10 kilo ohms a watt 1 CI-1 = Circuito integrado SN74LS00N 1 L1= Led emisor de luz normal (led) 1 Fuente de alimentacin de 5 volts de corriente continua 1 Multmetro Digital con puntas de prueba 1 Pinzas de punta 1m Alambre calibre 22 de un polo

DESARROLLO DE LA PRACTICA 1. Armar en el protoboard el circuito de la Figura 2, teniendo cuidado de no cometer errores en las conexiones. 2. Mediante el uso del Multmetro Digital, medir el voltaje de la fuente de alimentacin para comprobar que el voltaje sea de 5 volts de corriente continua. 3. Separar el circuito que contiene el diodo emisor infrarrojo del resto del circuito y pasar un objeto entre el diodo emisor infrarrojo y el fotodiodo. 4. Observar que el diodo emisor de luz encienda al pasar el objeto en la barrera infrarroja. Si no enciende volver a checar el circuito, ya que puede presentarse alguna falla en el armado del circuito. 5. Si el diodo emisor de luz enciende, es seal de que el circuito est funcionando perfectamente. 6. Realizar pruebas con objetos de diferentes tamaos para comprobar la efectividad del circuito sensor.



OBSERVACIONES _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________



CRITERIO DE EVALUACIN

BIBLIOGRAFIA Stanley Wolf & Richard F.M. Smith, GUIA PARA MEDICIONES ELECTRONICAS Y PRACTICAS DE LABORATORIO, Editorial Prentice Hall, Primera edicin 1992, Mxico.



PRACTICA 6CARACTERISTICAS DEL FOTOTRANSISTOROBJETIVO Demostrar el comportamiento de un fototransistor mediante la experimentacin tericoprctica de los distintos circuitos de barrera infrarroja disponibles, mostrando algunas aplicaciones dentro de la industria actual.

DESCRIPCION BASICA Un fototransistor es un dispositivo electrnico que tiene una unin P-N de colector a base fotosensible. La corriente inducida por efectos fotoelctricos es la corriente de base del transistor. Si asignamos la notacin I para la corriente de base fotoinducida, la corriente de colector resultante tiende a aumentar a medida que la corriente de base aumenta. Es importante reconocer que la corriente de base del fototransistor aumenta a medida que la presencia de un haz de luz infrarroja sea ms intenso sobre la misma. La calidad de deteccin de la barrera infrarroja depende de las caractersticas tcnicas de operacin del fototransistor. Tambin se aconseja que el fototransistor no sea alterado en su funcionamiento por la luz del da y que solamente responda cuando se detecte la presencia del haz infrarrojo que controla al mismo fototransistor. En la figura 1 se muestra la estructura fsica de un fototransistor de uso general, as como su disposicin de terminales. Algunas de las aplicaciones prcticas de un fototransistor incluyen las siguientes: Controles de encendido de lmparas cuando comienza a oscurecer, circuitos cuenta piezas por infrarrojos, sistemas de deteccin de obstculos, etc.

Figura 1. Smbolo electrnico de un fototransistor, indicando sus terminales.

CIRCUITO DE BARRERA INFRARROJA DE USO COMUN. Este circuito es de fcil armado, ya que contiene pocos componentes electrnicos de fcil adquisicin. En caso de no conseguir el optoacoplador abierto, este dispositivo se puede sustituir por la conexin externa de un fototransistor y un diodo emisor infrarrojo. Al pasar un objeto entre el fototransistor y el diodo emisor infrarrojo, se produce un pulso de corriente que se encarga de polarizar el transistor 2N3904. Este transistor se encarga de amplificar la corriente a un valor aceptable que puede controlar incluso una etapa de control de encendido de lmparas u otro dispositivo que requiere de la presencia de una barrera infrarroja. 25Electrnica Elementos de Teora del Control


Figura 2: Circuito prctico de barrera infrarroja con fototransistor. MATERIAL Y EQUIPO 1 R1= Resistencia de 470 ohms a watt 1 D1= Diodo emisor de luz infrarroja 1 R2= Resistencia de 15 kilo ohms a watt 1 Fototransistor de buena sensibilidad 1 R3=Resistencia de 1.5 kilo ohms a watt 1 R4=Resistencia de 4.7 kilo ohms a watt 1 Transistor 2N3904 1 Protoboard 1 D2= Diodo emisor de luz normal (led) 1 Fuente de alimentacin de voltaje fija a 5 volts directos 1m Alambre para conexiones calibre 22 de un polo

DESARROLLO DE LA PRACTICA 1. Armar el circuito de la Figura 2 en el protoboard teniendo cuidado con la conexin de los componentes. 2. Alimentar el circuito armado con la fuente de alimentacin de 5 volts. 3. Pasar un objeto pequeo entre el fototransistor y el diodo emisor infrarrojo, observar si el diodo emisor de luz (D2) enciende. En el caso de que encienda, es seal de que el circuito est funcionando correctamente, si no enciende al pasar el objeto entre el diodo emisor infrarrojo y el fototransistor, vuelva a revisar las conexiones. 4. Mencionar una aplicacin prctica que se le puede dar al circuito de la Figura 2 en la vida cotidiana. 5. Probar el circuito de la Figura 2 en un lugar con poca iluminacin, con el propsito de observar la respuesta del fototransistor en estas condiciones de iluminacin. 26Electrnica Elementos de Teora del Control


OBSERVACIONES _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________

CUESTIONARIO 1. ______________________________________________________________________________ 2. ______________________________________________________________________________ 3. ______________________________________________________________________________ 4. ______________________________________________________________________________ 5. ______________________________________________________________________________




BIBLIOGRAFIA Robert Boylestad & Louis Nashelsky. ELECTRONICA TEORIA DE CIRCUITOS, editorial PRENTICE HALL, 1990, Cuarta edicin.



PRACTICA 7

OPTOACOPLADORES

OBJETIVO Conocer los elementos tcnicos necesarios acerca de los optoacopladores para poder aplicarlos a circuitos de amplificacin dentro del rea de la instrumentacin.

DESCRIPCION BASICA EL OPTOACOPLADOR O ACOPLADOR OPTICO. Existe una clase especial de amplificadores utilizados dentro del rea de la instrumentacin. En realidad son amplificadores diferenciales de corriente directa equipados con blindajes en el circuito de entrada y por lo tanto estn separados hmicamente tanto del circuito de salida como de la fuente de poder del amplificador. Estos amplificadores de aislamiento ofrecen la posibilidad de proteccin de los componentes del sistema de medicin contra voltaje muy altos (hasta 5000 volts) que se presentan en algunos ambientes industriales (Figura 1).

Figura 1. OPTOACOPLADOR DE TIPO INDUSTRIAL Dentro de las aplicaciones principales de estos dispositivos se encuentran las siguientes: 1. En aplicaciones de equipo electrnico mdico, en donde por razones de seguridad es forzoso que los niveles de corriente de fuga que pasen a travs de los pacientes conectados al equipo electrnico mdico se restrinjan a valores extremadamente pequeos. 29Electrnica Elementos de Teora del Control

INSTRUCTIVOS DE PRACTICAS UGM 2. Cuando se trabaja con plantas generadoras de electricidad y otros sistemas de control de proceso de alto voltaje. 3. En aplicaciones donde exista un gran desequilibrio de impedancia, pero donde se necesite una alta relacin de rechazo de modo comn. En un optoacoplador por lo regular se montan un diodo emisor de luz infrarroja y un fototransistor muy cerca uno del otro en el mismo empaque. La luz del diodo, causada por la circulacin de la corriente, llega al fototransistor dando lugar a una corriente en su colector. Este valor de corriente se utiliza para impulsar circuitos de control que pueden mover dispositivos de salida como: motores, lmparas, solenoides, etc.

Figura 2: Circuito prctico de barrera infrarroja con optoacoplador.

MATERIAL Y EQUIPO 1 R1= Resistencia de 470 ohms a watt 1 R2= Resistencia de 15 kilo ohms a watt 1 CI-1 = Optoacoplador MOC 3011 equivalente. 1 R3=Resistencia de 1.5 kilo ohms a watt 1 R4=Resistencia de 4.7 kilo ohms a watt 1 Transistor 2N3904 1 Protoboard 1 D2= Diodo emisor de luz normal (led) 1 Fuente de alimentacin de voltaje fija a 5 volts directos 1m Alambre para conexiones calibre 22 de un polo

DESARROLLO DE LA PRACTICA 1. Armar el circuito de la Figura 2 en el protoboard teniendo cuidado con la conexin de los componentes. 2. Alimentar el circuito armado con la fuente de alimentacin de 5 volts. 3. Pasar un objeto pequeo entre el fototransistor y el diodo emisor infrarrojo, observar si el diodo emisor de luz (D2) enciende. En el caso de que encienda, es seal de que el circuito est funcionando correctamente, si no enciende al pasar el objeto entre el diodo emisor infrarrojo y el fototransistor, vuelva a revisar las conexiones. 30Electrnica Elementos de Teora del Control

INSTRUCTIVOS DE PRACTICAS UGM 4. Mencionar una aplicacin prctica que se le puede dar al circuito de la Figura 2 en la vida cotidiana. 5. Probar el circuito de la Figura 2 en un lugar con poca iluminacin, con el propsito de observar la respuesta del fototransistor en estas condiciones de iluminacin.

ESQUEMAS

OBSERVACIONES _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ 31Electrnica Elementos de Teora del Control

INSTRUCTIVOS DE PRACTICAS UGM _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ CUESTIONARIO 1. ______________________________________________________________________________ 2. ______________________________________________________________________________ 3. ______________________________________________________________________________ 4. ______________________________________________________________________________ 5. ______________________________________________________________________________

CONCLUSIONES _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________


BIBLIOGRAFIA Robert Boylestad & Louis Nashelsky. ELECTRONICA TEORIA DE CIRCUITOS, editorial PRENTICE HALL, 1990, Cuarta edicin. Stanley Wolf & Richard F.M. Smith. GUIA PARA MEDICIONES ELECTRONICAS Y PRACTICAS DE LABORATORIO, Editorial Prentice hall, Primera edicin, 1992, mxico. 32Electrnica Elementos de Teora del Control


PRACTICA 8

CIRCUITO DETECTOR DE HUMEDADOBJETIVO Identificar las caractersticas de funcionamiento de un detector sencillo de humedad de lquidos, con el propsito de aplicarlo en situaciones en las cuales se requiere que el rea de trabajo no presente humedad que pueda afectar al equipo que forma parte de un proceso de tipo industrial.

DESCRIPCION BASICA HUMEDAD En la industria actual existen distintos dispositivos de control electrnicos que aportan bastantes beneficios en los distintos procesos. Por ejemplo, algunos procesos requieren que se controle en forma permanente el nivel de lquidos, otros requieren que se controle la temperatura, otros requieren que se controle la presin de tuberas, etc. Esta prctica nos permite conocer el funcionamiento de los detectores de humedad (Figura 1), los cuales tienen aplicaciones muy interesantes dentro del mbito industrial; por ser bastante precisos y confiables dependiendo del modelo y calidad de los mismos. En este caso se experimenta con un dispositivo que detecta la presencia de agua y humedad. Con este circuito tenemos la activacin de un sistema de aviso cuando un sensor est mojado o incluso humedecido. Se dispone de un rectificador controlado de silicio, el cual se dispara cuando un lquido moja o humedece el sensor. Este sensor consiste en dos telas metlicas separadas por un trozo de tejido o papel poroso con un poco de sal. Despus de la activacin de la alarma por humedad o agua, el sensor debe secarse por un periodo de 10 minutos. Este circuito tambin puede utilizarse para el disparo por nivel de lquidos mediante el uso de un sensor que consista en dos trozos de alambre calibre 22 con las puntas peladas y separadas por una distancia de 5 cm. El circuito experimental se muestra en la figura 2, incluyendo la disposicin de los componentes.

Figura 1. Detector de humedad de excelente precisin.



Figura 2. Circuito detector de humedad de lquidos.

MATERIAL Y EQUIPO 1 D1=Diodo de proteccin 1N4148 1 Relevador de 12 volts de corriente continua 1 SCR C 106 B 1 Resistencia de 10 kilo ohms a watt 1 R2=Resistencia de 2.2 kilo ohms a watt 1 Fuente de alimentacin fija a 12 volts de corriente continua 2 Laminillas metlicas de 6cmX3cm 1 Multmetro digital con puntas de prueba 1 Buzzer para 12 volts

DESARROLLO DE LA PRACTICA 1. Armar en el protoboard el circuito de la Figura 1, teniendo cuidado con las conexiones para evitar posibles corto circuitos. 2. Mediante el uso del Multmetro digital, medir el voltaje de la fuente de alimentacin para comprobar que est dando 12 volts de corriente continua. 3. Alimentar el circuito por medio de la fuente de alimentacin de 12 volts de corriente continua. 4. Una vez armado el circuito, conectar las dos laminillas metlicas entre los puntos A y B, sumergindolas en un recipiente que contenga agua. 5. Al sumergir las laminillas se debe producir un zumbido en el buzzer, indicando la presencia de humedad. 6. Si no se escucha ningn zumbido al introducir las laminillas en el agua, proceder a revisar nuevamente las conexiones del circuito.



OBSERVACIONES _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________




BIBLIOGRAFA Stanley Wolf & Richard F.M. Smith. GUIA PARA MEDICIONES ELECTRONICAS Y PRACTICAS DE LABORATORIO, Editorial Prentice hall, Primera edicin, 1992, Mxico.



PRACTICA 9

PRESIONOBJETIVO Que el alumno realice un circuito detector de presin en el laboratorio para comprender el funcionamiento de los detectores de esta variable, comprendida esta como una de las ms importantes de la industria.

DESCRIPCION BASICA LA PRESION Junto con la temperatura, la presin es la variable ms comnmente medida en plantas de proceso. Su persistencia se debe, entre otras razones, a que la presin pude reflejar la fuerza motriz para la reaccin o transferencia de fase de gases; la fuerza motriz para el transporte de gases o lquidos; la cantidad msica de un gas en un volumen determinado; etc. Es tambin comn medir la presin en una lnea para cuantificar caudal, cuando se conoce la prdida de carga; o prdida de carga cuando se conoce el caudal. La presin queda determinada por la razn de una fuerza al rea sobre la que acta la fuerza. As, si una fuerza F acta sobre una superficie A, la presin P queda estrictamente definida por la razn P= F/A. Dado que tanto la fuerza como el rea son de naturaleza vectorial, la presin es una magnitud escalar (es decir, slo tiene magnitud, no direccin). Los instrumentos utilizados para medir presin reciben la denominacin: "manmetros". La forma ms tradicional de medir presin en forma precisa utiliza un tubo de vidrio en forma de "U"(Figura 1), donde se deposita una cantidad de lquido de densidad conocida (para presiones altas, se utiliza habitualmente mercurio para que el tubo tenga dimensiones razonables; sin embargo, para presiones pequeas el manmetro en U de mercurio sera poco sensible). Este tipo de manmetros tiene una ganancia que expresa la diferencia de presin entre los dos extremos del tubo mediante una medicin de diferencia de altura (es decir, una longitud).


INSTRUCTIVOS DE PRACTICAS UGM FIGURA 1. Manmetro tipo U. TUBO BOURDON El medidor tipo tubo Bourdon es el que ms frecuentemente se utiliza en medida de presin, ya que es un instrumento simple y robusto, cubriendo alcances desde 0 a 15 libras por pulgada cuadrada de presin relativa (psig), y desde 0 a 1000 000psig, as como tambin vacos desde 0 a 30 plg de mercurio. Cuando existe una presin en la entrada del tubo aumenta, el mecanismo que contiene hace que se expanda la aguja tomando la medida de la presin cuando disminuye La Figura 2 muestra la constitucin interna y el aspecto fsico de un manmetro.

FIGURA 2. Constitucin interna y aspecto interno de un tubo bourdon.

FIGURA 3. Circuito detector de presin. En el circuito de la Figura anterior se muestra un detector de presin que sonar si existe una presin sobre el objeto. El detector continuar sonando hasta que se pulse el conmutador de reset (SW1), entonces se desconectar la alarma y se reiniciar la unidad. La sensibilidad de la alarma puede ajustarse con el potencimetro (R1). Este circuito esta dividido en tres partes: el detector de contacto, el circuito disipador y una alarma. La seccin del detector de contacto incluye los transistores Q1, Q2, y Q3, cuando en el objeto existe una presin se activa el transistor de efecto de campo, el cambio de la tensin en el sumidero del FET activa a Q2 y Q3, en el circuito disparador de tensin en la puerta del SCR se hace positiva, conectando el SCR y activando al rel de cerrado. 38Electrnica Elementos de Teora del Control

INSTRUCTIVOS DE PRACTICAS UGM El circuito se activa, y el zumbador suena. El SCR permite permanecer en el estado de conduccin y la alarma continua encendida an cuando se retire el dedo que hace presin sobre el objeto. Si el conmutador de reset se abre, el piezo zumbador se desconecta y la alarma de contacto se inicializa de nuevo otra vez.

MATERIAL Y EQUIPO 1 R1= resistencia variable 100K 1 R2= resistencia 47K a w 1 R3= resistencia 120K A W. 1 R4= resistencia 22K a W 2 R5, R8 = resistencias 330 a W. 1 R6= resistencia 470 a W 2 R7, R10 = resistencia 1k a W 1 R9= resistencia 10 a W 1 J1= transistor efecto de campo 2N5457 1 Q1= transistor Q2N3906 1 Q2= transistor Q2N3904 1 C1= capacitor 1Fd a 25V 1 C2= capacitor 4.7Fd a 25V 1 D2 = diodo 1N4003 1 piezo zumbador 2 SW1, SW2= interruptores 1 fuente de alimentacin de 12Vcd 1 protoboard o tablilla de conexiones 2m cable pot calibre 22

DESARROLLO DE LA PRACTICA 1. Arme el circuito propuesto en la Figura 3. 2. Observe el efecto al aplicar presin sobre el cuadro, y se hace variar su presin sobre l. 3. Anote sus observaciones y conclusiones.

ESQUEMAS



OBSERVACIONES _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________

CUESTIONARIO 1. ______________________________________________________________________________ 2. ______________________________________________________________________________ 3. ______________________________________________________________________________ 4. ______________________________________________________________________________ 5. ______________________________________________________________________________

CONCLUSIONES _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________ _________________________________________________________________________________


BIBLIOGRAFA http://www.cec.uchile.cl/~cabierta/libros/l_herrera/iq54a/instru.htm#IntroduccinPresio



CREDITOS

PLANTEL: ORIZABA BACHILLERATO

AUTOR(ES): ING. JULIO CESAR SNCHEZ HERNNDEZ ING. GABRIEL FLORES ANAYA

REVISION: LIC. FATIMA ROMERO GUTIERREZ ING. ARACELI G. SNCHEZ GASCA

CAPTURISTA: L.I. SUSANA CALDERN CRDOBA


elementos de teoria del control

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