INSTITUTO DE ESTUDIOS SUPERIORES SOR JUANA INÉS DE LA CRUZ

INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

I.I.E. Y MTL ROMEO ALTUZAR MEZA

TUXTLA GUTIERREZ, CHIAPAS ENERO 2011

INSTRUMENTACIÓN

Conceptos Básico

Circuito Eléctrico: Para que un circuito eléctrico se considere completo, además de incluir la imprescindible tensión o voltaje que proporciona la fuente de FEM y tener conectada una carga o resistencia, generalmente se le incorpora también otros elementos adicionales como, por ejemplo, un interruptor que permita que al cerrarlo circule la corriente o al abrirlo deje de circular, así como un fusible que lo proteja de cortocircuitos.

1. Fuente de fuerza electromotriz (batería). 2. Carga o resistencia ( lámpara). 3. Flujo de la corriente< eléctrica. 4. Interruptor. 5. Fusible.

Conceptos Básico

Corriente Eléctrica Lo que conocemos como corriente eléctrica no es otra cosa que la circulación de cargas o electrones a través de un circuito eléctrico cerrado, que se mueven siempre del polo negativo al polo positivo de la fuente de suministro de fuerza electromotriz (FEM).

Conceptos Básico

Tipos de corriente eléctrica: En la práctica, los dos tipos de corrientes eléctricas más comunes son: corriente directa (CD) o continua y corriente alterna (CA). La corriente directa circula siempre en un solo sentido, es decir, del polo negativo al positivo de la fuente de fuerza electromotriz (FEM) que la suministra. Esa corriente mantiene siempre fija su polaridad, como es el caso de las pilas, baterías y dinamos.

Conceptos Básico

La corriente alterna se diferencia de la directa en que cambia su sentido de circulación periódicamente y, por tanto, su polaridad. Esto ocurre tantas veces como frecuencia en hertz (Hz) tenga esa corriente . A la corriente directa (C.D.) también se le llama "corriente continua" (C.C.).

La corriente alterna es el tipo de corriente más empleado en la industria y es también la que consumimos en nuestros hogares. La corriente alterna de uso doméstico e industrial cambia su polaridad o sentido de circulación 50 ó 60 veces por segundo, según el país de que se trate. Esto se conoce como frecuencia de la corriente alterna.

Conceptos Básico

Fuerza Electromotriz FEM: Se denomina fuerza electromotriz (FEM) a la energía proveniente de cualquier fuente, medio o dispositivo que suministre corriente eléctrica. Para ello se necesita la existencia de una diferencia de potencial entre dos puntos o polos (uno negativo y el otro positivo) de dicha fuente, que sea capaz de bombear o impulsar las cargas eléctricas a través de un circuito cerrado.

Conceptos Básico

Resistencia y la ley de Ohm: La Ley de Ohm, postulada por el físico y matemático alemán Georg Simon Ohm, es una de las leyes fundamentales de la electrodinámica, estrechamente vinculada a los valores de las unidades básicas presentes en cualquier circuito eléctrico como son: 1.- Tensión o voltaje "E", en volt (V). 2.- Intensidad de la corriente " I ", en ampere (A). 3.- Resistencia "R" en ohm () de la carga o consumidor conectado al circuito.

Conceptos Básico

Código de colores:

Conceptos Básico

Código de colores:

Conceptos Básico

Condensador: Se denomina capacitor al dispositivo que es capaz de acumular cargas eléctricas. Básicamente un capacitor está constituido por un conjunto de láminas metálicas paralelas separadas por material aislante. La unidad de medida de la capacidad es el faradio y como dicha unidad es muy grande se utilizan submúltiplos de la misma. Microfaradio 10-6 Faradio Nanofaradio 10-9 Faradio Picofaradio 10-12 Faradio

Conceptos Básico

Condensador electrolítico: El dieléctrico es una disolución electrolítica que ocupa una cuba electrolítica. Con la tensión adecuada, el electrolito deposita una capa aislante muy fina sobre la cuba, que actúa como una armadura y el electrolito como la otra. Consigue capacidades muy elevadas, pero tienen una polaridad determinada, por lo que no son adecuados para funcionar con corriente alterna

Conceptos Básico

Condensador cerámicos: Condensador cerámico. Utiliza cerámicas de varios tipos para formar el dieléctrico. Existen tipos formados por una sola lámina de dieléctrico, pero también los hay formados por láminas apiladas. Dependiendo del tipo, funcionan a distintas frecuencias, llegando hasta las microondas.

Conceptos Básico

Inductor: Debido a que el campo magnético alrededor de un conductor es muy débil, para aprovechar la energía de dicho campo magnético se arrolla al alambre conductor y de esta forma se obtiene lo que se conoce como inductancia o bobina.

Símbolos Electrónicos

Los símbolos electrónicos son figuras que corresponden a un componente físico en un televisor, receptor, amplificador de audio, etc. Estos se interconectan para dar paso al diagrama o esquema de los aparatos eléctricos y electrónicos.

Los diagramas son indispensables para la tarea de descubrir un fallo en los equipos, en ellos viene impreso el voltaje, amperaje, miliamperaje que debe existir en los pines de los componentes físicos como transistores, circuitos integrados resistores, capacitores, transistores, bobinas, etc. Además de lo anterior también se incluyen en algunos diagramas las formas de onda para verificarlas con un osciloscopio.

Símbolos Electrónicos

Símbolos Electrónicos

Símbolos Electrónicos

Símbolos Electrónicos

Símbolos Electrónicos

Ejemplo de Simbología

Ejemplos de aplicación

Tipos de Equipos de Medición

Especificaciones: Voltios CC: 200 mV, 2, 20, 200 y 1000 VCC Voltios CA: 200 y 750 VCA Amperios CC: 2000 Microamp CC, 20 y 200 Miliamp CC, 10 Amp CC Ohmios: 0-200 y 2000 Ohmios, 20 y 200 Kohmios, 0-2 Megohmios Prueba de Diodos Prueba de Transistores Señal audífona de continuidad Señal de inyector

Tipos de Equipos de Medición

Especificaciones: TENSION AC: 200mV,200V,300V TENSION DC: 2000mV, 20V,200V,300V CORRIENTE DC: 2000mA, 20mA, 200mA RESISTENCIA (Ohm): 200,2000, 20K, 200K, 2000K DISPLAY: 1999 DIMENSION DEL DISPLAY: 32,4 x 14,2 mm TEST BATERIA: 1,5V, 9V PESO: 100 g DIMENSIONES: 95 x 52 x 26 mm FUNCION SPECIAL: Test diodo

Tipos de Equipos de Medición

Partes de un Equipos de Medición

Partes de un Equipos de Medición

Partes de un Equipos de Medición

Amperímetro: El amperímetro mide la corriente eléctrica que pasa a través de un circuito; por tanto, hay que conectarlo en serie, es decir, intercalando el aparato de medida en el circuito. Este aparato de medida dispone de una resistencia interna muy pequeña, puesto que no debe aumentar la resistencia eléctrica del circuito. Si se conectara en paralelo, pasaría a través de él una intensidad de corriente muy alta, lo que destruiría el aparato de medida, al disponer de muy poca resistencia.

Equipos de Medición

Voltímetro: El voltímetro mide la diferencia de potencial entre dos puntos del circuito. Dispone de una resistencia eléctrica interna muy elevada, por lo que es necesario conectarlo en paralelo, de manera que apenas circule corriente eléctrica a través de él (observemos el esquema). Si se conecta en serie, aumenta la resistencia eléctrica de todo el circuito, impidiendo que circule la corriente, con lo que no mediría absolutamente nada.

Equipos de Medición

Óhmetro: A diferencia de los dos aparatos anteriores, este instrumento de medida lleva una pila incorporada para hacer pasar una pequeña corriente por el elemento (o asociación de elementos) en el que se quiere medir la resistencia eléctrica. Por lo tanto, nunca se debe medir la resistencia en un elemento cuando está circulando corriente por él, hay que desconectarlo del circuito primero, y realizar la medida con el óhmetro a continuación.

Equipos de Medición

Un aparato muy usado en electrónica y en electricidad para medir las lecturas de las distintas variables es el polímetro, a veces denominado multímetro, que es un instrumento de medida que ofrece la posibilidad de medir distintos parámetros eléctricos y magnitudes en el mismo aparato. Las más comunes son las de voltímetro, amperímetro y óhmetro. Es utilizado frecuentemente por personal en toda la gama de electrónica y electricidad

Equipos de Medición

Midiendo voltajes:

Para medir una tensión, colocaremos en los bornes en las clavijas , y no tendremos mas que colocar ambas puntas entre los puntos de lectura que queramos medir. Si lo que queremos es medir voltaje absoluto, colocaremos en el borne negro en cualquier masa (un cable negro de molex o el chasis del ordenador) y el otra borne en el punto a medir. Si lo que queremos es medir diferencias de voltaje entre dos puntos, no tendremos más que colocar una borne en cada lugar.

Midiendo resistencias:

El procedimiento para medir una resistencia es bastante similar al de medir tensiones. Basta con colocar la ruleta en la posicion de Ohmios y en la escala apropiada al tamaño de la resistencia que vamos a medir. Si no sabemos cuantos Ohms tiene la resistencia a medir, empezaremos con colocar la ruleta en la escala mas grande, e iremos reduciendo la escala hasta que encontremos la que mas precision nos da sin salirnos de rango.

Como realizar una Medición

- Midiendo intensidades: El proceso para medir intensidades es algo mas complicado, puesto que en lugar de medirse en paralelo, se mide en serie con el circuito en cuestión. Por esto, para medir intensidades tendremos que abrir el circuito, es decir, desconectar algún cable para intercalar el tester en medio, con el propósito de que la intensidad circule por dentro del tester. Precisamente por esto, hemos comentado antes que un tester con los bornes puestas para medir intensidades tiene resistencia interna casi nula, para no provocar cambios en el circuito que queramos medir. Para medir una intensidad, abriremos el circuito en cualquiera de sus puntos, y configuraremos el tester adecuadamente (borne roja en clavija de Amperios de más capacidad, 10A en el caso del tester del ejemplo, borne negro en clavija común COM). Una vez tengamos el circuito abierto y el tester bien configurado, procederemos a cerrar el circuito usando para ello el tester, es decir, colocaremos cada borne del tester en cada uno de los dos extremos del circuito abierto que tenemos. Con ello se cerrara el circuito y la intensidad circulara por el interior del multímetro para ser leida.

Como realizar una Medición

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MOTOR DE CORRIENTE DIRECTA

I.I.E. Y MTL ROMEO ALTUZAR MEZA

TUXTLA GUTIERREZ, CHIAPAS OCTUBRE 2011

INSTRUMENTACIÓN

Introducción

En la imagen anterior se observan algunos clásicos micromotores DC (Direct Current) o también llamados CC (corriente continua) de los usados generalmente en robótica. Los hay de distintos tamaños, formas y potencias, pero todos se basan en el mismo principio de funcionamiento. Accionar un motor DC es muy simple y solo es necesario aplicar la tensión de alimentación entre sus bornes. Para invertir el sentido de giro basta con invertir la alimentación y el motor comenzará a girar en sentido opuesto. A diferencia de los motores paso a paso y los servomecanismos, los motores DC no pueden ser posicionados y/o enclavados en una posición específica. Estos simplemente giran a la máxima velocidad y en el sentido que la alimentación aplicada se los permite.

Partes de un motor de cd

El motor de corriente continua está compuesto de 2 piezas fundamentales : • Rotor • Estator

Dentro de éstas se ubican los demás componentes como : • Escobillas y portaescobillas • Colector • Eje • Núcleo y devanado del rotor • Imán Permanente • Armazón • Tapas o campanas

Rotor

Constituye la parte móvil del motor, proporciona el torque para mover a la carga. Está formado por : • Eje: Formado por una barra de acero fresada. Imparte la rotación al núcleo, devanado y al colector. • Núcleo: Se localiza sobre el eje. Fabricado con capas laminadas de acero, su función es proporcionar un trayecto magnético entre los polos para que el flujo magnético del devanado circule.

Rotor (continuación)

Las laminaciones tienen por objeto reducir las corrientes parásitas en el núcleo. El acero del núcleo debe ser capaz de mantener bajas las pérdidas por histéresis. Este núcleo laminado contiene ranuras a lo largo de su superficie para albergar al devanado de la armadura (bobinado). • Devanado: Consta de bobinas aisladas entre sí y entre el núcleo de la armadura. Estas bobinas están alojadas en las ranuras, y están conectadas eléctricamente con el colector, el cual debido a su movimiento rotatorio, proporciona un camino de conducción conmutado.

Rotor (continuación)

• Colector: Denominado también conmutador, está constituido de láminas de material conductor (delgas), separadas entre sí y del centro del eje por un material aislante, para evitar cortocircuito con dichos elementos. El colector se encuentra sobre uno de los extremos del eje del rotor, de modo que gira con éste y está en contacto con las escobillas. La función del colector es recoger la tensión producida por el devanado inducido, transmitiéndola al circuito por medio de las escobillas (llamadas también cepillos)

Funcionamiento

Funcionamiento: El funcionamiento de un motor se basa en la acción de campos magnéticos opuestos que hacen girar el rotor (eje interno) en dirección opuesta al estator (imán externo o bobina), con lo que si sujetamos por medio de soportes o bridas la carcasa del motor el rotor con el eje de salida será lo único que gire. Para cambiar la dirección de giro en un motor de Corriente Continua tan solo tenemos que invertir la polaridad de la alimentación del motor. Para modificar su velocidad podemos variar su tensión de alimentación con lo que el motor perderá velocidad, pero también perderá par de giro (fuerza) o para no perder par en el eje de salida podemos hacer un circuito modulador de anchura de pulsos (pwm) con una salida a transistor de mas o menos potencia según el motor utilizado.

Control del sentido LM293B

Funcionamiento

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SERVOMOTOR

I.I.E. Y MTL ROMEO ALTUZAR MEZA

TUXTLA GUTIERREZ, CHIAPAS OCTUBRE 2011

INSTRUMENTACIÓN

Servomotor

Un Servo es un dispositivo pequeño que tiene un eje de rendimiento controlado. Este puede ser llevado a posiciones angulares específicas al enviar una señal codificada. Con tal de que una señal codificada exista en la línea de entrada, el servo mantendrá la posición angular del engranaje. Cuando la señala codificada cambia, la posición angular de los piñones cambia. En la práctica, se usan servos para posicionar superficies de control como el movimiento de palancas, pequeños ascensores y timones. Ellos también se usan en radio control, títeres, y por supuesto, en robots.

Servomotor

Los Servos son sumamente útiles en robótica. Los motores son pequeños, tiene internamente una circuiteria de control interna y es sumamente poderoso para su tamaño. Un servo normal o Standard como el HS-300 de Hitec tiene 42 onzas por pulgada o mejor 3kg por cm. De torque que es bastante fuerte para su tamaño. También potencia proporcional para cargas mecánicas. Un servo, por consiguiente, no consume mucha energía. Se muestra la composición interna de un servo motor en el cuadro de abajo. Podrá observar la circuiteria de control, el motor, un juego de piñones, y la caja. También puede ver los 3 alambres de conexión externa. Uno es para alimentación Vcc (+5volts), conexión a tierra GND y el alambre blanco es el alambre de control.

Funcionamiento

El motor del servo tiene algunos circuitos de control y un potenciómetro (una resistencia variable) esta es conectada al eje central del servo motor. En la figura se puede observar al lado derecho del circuito. Este potenciómetro permite a la circuitería de control, supervisar el ángulo actual del servo motor. Si el eje está en el ángulo correcto, entonces el motor está apagado. Si el circuito chequea que el ángulo no es el correcto, el motor girará en la dirección adecuada hasta llegar al ángulo correcto. El eje del servo es capaz de llegar alrededor de los 180 grados. Normalmente, en algunos llega a los 210 grados, pero varía según el fabricante. Un servo normal se usa para controlar un movimiento angular de entre 0 y 180.

La cantidad de voltaje aplicado al motor es proporcional a la distancia que éste necesita viajar. Así, si el eje necesita regresar una distancia grande, el motor regresará a toda velocidad. Si este necesita regresar sólo una pequeña cantidad, el motor correrá a una velocidad más lenta. A esto se le llama control proporcional.

Características Generales

Estos servos tienen un amplificador, servo motor, piñonearía de reducción y un potenciómetro de realimentación; todo incorporado en el mismo conjunto. Esto es un servo de posición (lo cual significa que uno le indica a qué posición debe ir), con un rango de aproximadamente 180 grados. Ellos tienen tres cables de conexión eléctrica; Vcc, GND, y entrada de control.

Características Generales

Para controlar un servo, usted le ordena un cierto ángulo, medido desde 0 grados. Usted le envía una serie de pulsos. En un tiempo ON de pulso indica el ángulo al que debe posicionarse; 1ms = 0 grados, 2.0ms = máx. grado (cerca de 120) y algún valor entre ellos da un ángulo de salida proporcional. Generalmente se considera que en 1.5ms está el "centro." Entre límites de 1 ~ 2ms son las recomendaciones de los fabricantes, usted normalmente puede usar un rango mayor de 1.5ms para obtener un ángulo mayor e incluso de 2ms para un ángulo de rendimiento de 180 grados o más. El factor limitante es el tope del potenciómetro y los límites mecánicos construidos en el servo. Un sonido de zumbido normalmente indica que usted está forzando por encima al servo, entonces debe disminuir un poco.

Características Generales

El tiempo de OFF en el servo no es crítico; puede estar alrededor de los 20ms. Hemos usado entre 10ms y 30 ms. Esto No tiene que ser de ésta manera, puede variar de un pulso a otro. Los pulsos que ocurren frecuentemente en el tiempo de OFF pueden interferir con el sincronismo interno del servo y podría escucharse un sonido de zumbido o alguna vibración en el eje. Si el espacio del pulso es mayor de 50ms (depende del fabricante), entonces el servo podría estar en modo SLEEP entre los pulsos. Entraría a funcionar en pasos pequeños y el rendimiento no sería el óptimo.

Características Generales

Como se observa en la figura, la duración del pulso indica o dictamina el ángulo del eje (mostrado como un círculo verde con flecha). Nótese que las ilustraciones y los tiempos reales dependen del fabricante de motor. El principio, sin embargo, es el mismo

Características Generales

El cable de control se usa para comunicar el ángulo. El ángulo está determinado por la duración de un pulso que se aplica al alambre de control. A esto se le llama PCM Modulación codificada de Pulsos. El servo espera ver un pulso cada 20 milisegundos (.02 segundos). La longitud del pulso determinará los giros de motor. Un pulso de 1.5 ms., por ejemplo, hará que el motor se torne a la posición de 90 grados (llamado la posición neutra). Si el pulso es menor de 1.5 ms., entonces el motor se acercará a los 0 grados. Si el pulso es mayor de 1.5ms, el eje se acercará a los 180 grados.

Estructura externa

Diagrama de un Servomotor

Un servomotor de este tipo es básicamente un motor eléctrico que sólo se puede girar en un ángulo de aproximadamente 180 grados (no dan vueltas completas como los motores normales). De los tres cables que salen de su cubierta. El rojo es de voltaje de alimentación (+5V), el negro es de tierra (0V ó GND). El cable blanco (a veces amarillo) es el cable por el cuál se le instruye al servomotor en qué posición ubicarse (entre 0 grados y 180). Dentro del servomotor, una tarjeta controladora le dice a un pequeño motor de corriente directa cuántas vueltas girar para acomodar la flecha (el eje de plástico que sale al exterior) en la posición que se le ha pedido. En la siguiente figura se observa la ubicación de estas piezas dentro del servomotor:

Diagrama de un servomotor

Señal de pulsos de un servo

Un potenciómetro que está sujeto a la flecha, mide hacia dónde está ubicado en todo momento. Es así como la tarjeta controladora sabe hacia dónde mover al motor. La posición deseada se le da al servomotor por medio de pulsos. Todo el tiempo debe haber una señal de pulsos presente en ese cable.

La señal de pulsos controla al servo de la siguiente forma:

Marcas diferentes

En la siguiente tabla están indicados los valores de control y disposición de cables de varias marcas que comercializan servos

Generación de pulsos

Generación de pulsos