Universidad Nacional Autónoma de México
Escuela Nacional Preparatoria #2
Erasmo Castellanos Quinto
Turno matutino
Grupo: 600
Informática Aplicada en la Ciencia y en la Industria
Practica muestra
Profe.: Montor Vazquez Nancy Olivia
Benitez Sanchez Luis Antonio-----311130335
Casimiro Flores Jesus---------------311148138
Niño Ramírez Francisco Miguel----311255254
Ortega Rodriguez Victor Manuel---311062537
Torres Hernández Arturo------------311289251
Viernes 18 de Enero de 2013
Introducción
En la vida cotidiana nos encontramos rodeados de diferentes situaciones en las cuales algunas veces es necesario tener mediciones para prevenir o simplemente estar informados, para ello se ocupan ciertos instrumentos de medición y de análisis dentro de este gran numero de instrumentos nos encontramos los sensores, que son aplicables en la mayoría de las veces, de cada diez mediciones se ocupan en nueve ocasiones, por ello es que es importante entender su funcionamiento y como es que transforman las señales analógicas a señales digitales, sin afectar los datos y manteniendo la información en buen estado.
Los sensores son requeridos en la industria, en el área académica y en la mayoría de los campos existentes, en especial en el campo de la investigación La informática esta sumamente relacionada con todos los sensores debido a que es medio para la interacción humano-computadora, y así se manipulen los datos y se trabaje sobre ellos. En esta ocasión esta practica nos dará la primer muestra de como se trabajaba con sensores, un software especial para sensores, y los datos que se extraen gracias a estos.
Objetivo
Lograr que los alumnos comprendan la importancia del uso de los sensores y que a su vez puedan trabajar de manera segura y eficiente con este tipo de instrumentos de laboratorio, debido a que son de gran utilidad para la medicion de magnitudes fisicas y quimicas.
Se busca que los alumnos tengan bases firmes de como trabajar con ellos, y esto se lograra mediante una practica guiada, en la cual se les enseñara los tipos de sensores existentes, y su aplicacion dentro del laboratorio, relacionando los sensores con la informatica, ya que muchas veces se deconoce que tipo de relacion hay entre dos o mas situaciones distintas, y aunque sean muy indispensables una de la otra no se les toma en cuenta.
Hacer que los alumnos entiendan como es posible que las señales analogicas se conviertan en señales digitales, y que utilidad tiene esto.
Generalidades
Una señal analógica es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético y que es representable por unafunción matemática continua en la que es variable su amplitud y periodo (representando un dato de información) en función del tiempo. Algunas magnitudes físicas comúnmente portadoras de una señal de este tipo son eléctricas como la intensidad, la tensión y la potencia, pero también pueden ser hidráulicas como la presión, térmicas como la temperatura, mecánicas, etc.
En la naturaleza, el conjunto de señales que percibimos son analógicas, así la luz, el sonido, la energía etc, son señales que tienen una variación continua. Incluso la descomposición de la luz en el arco iris vemos como se realiza de una forma suave y continúa.
Una onda senoidal es una señal analógica de una sola frecuencia. Los voltajes de la voz y del video son señales analógicas que varían de acuerdo con el sonido o variaciones de la luz que corresponden a la información que se está transmitiendo.
La señal digital es un tipo de señal generada por algún tipo de fenómeno electromagnético en que cada signo que codifica el contenido de la misma puede ser analizado en término de algunas magnitudes que representan valores discretos, en lugar de valores dentro de un cierto rango. Por ejemplo, el interruptor de la luz sólo puede tomar dos valores o estados: abierto o cerrado, o la misma lámpara: encendida o apagada (véase circuito de conmutación). Esto no significa que la señal físicamente sea discreta ya que los campos electromagnéticos suelen ser continuos, sino que en general existe una forma de discretizarla unívocamente.
Los sistemas digitales, como por ejemplo el ordenador, usan lógica de dos estados representados por dos niveles de tensión eléctrica, uno alto, H y otro bajo, L (de High yLow, respectivamente, en inglés). Por abstracción, dichos estados se sustituyen por ceros y unos, lo que facilita la aplicación de la lógica y la aritmética binaria. Si el nivel alto se representa por 1 y el bajo por 0, se habla de lógica positiva y en caso contrario de lógica negativa.
Cabe mencionar que, además de los niveles, en una señal digital están las transiciones de alto a bajo y de bajo a alto, denominadas flanco de bajada y de subida, respectivamente. En la figura se muestra una señal digital donde se identifican los niveles y los flancos.
Es conveniente aclarar que, a pesar de que en los ejemplos señalados el término digital se ha relacionado siempre con dispositivos binarios, no significa que digital y binario sean términos intercambiables. Por ejemplo, si nos fijamos en elcódigo Morse, veremos que en él se utilizan, para el envío de mensajes por telégrafo eléctrico, cinco estados digitales, que son: punto, raya, espacio corto (entre letras), espacio medio (entre palabras) y espacio largo (entre frases)
Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación, y transformarlas en variables eléctricas. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una Tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc.
Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto con la variable de instrumentación con lo que puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Como por ejemplo el termómetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la acción de la temperatura. Un sensor también puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra.Áreas de aplicación de los sensores: Industria automotriz, robótica, industria aeroespacial, medicina, industria de manufactura, etc. Los sensores pueden estar conectados a un computador para obtener ventajas como son el acceso a una base de datos, la toma de valores desde el sensor, etc.
* Características de un sensor
-Rango de medida: dominio en la magnitud medida en el que
puede aplicarse el sensor.
-Precisión:
es el error de medida máximo esperado.
-Offset o
desviación de cero: valor de la variable de salida cuando la variable de
entrada es nula. Si el rango de medida no llega a valores nulos de la variable
de entrada, habitualmente se establece otro punto de referencia para definir
el offset.
Linealidad
o correlación lineal.
-Sensibilidad de
un sensor: suponiendo que es de entrada a salida y la variación de la magnitud
de entrada.
-Resolución:
mínima variación de la magnitud de entrada que puede apreciarse a la salida.
-Rapidez
de respuesta: puede ser un tiempo fijo o depender de cuánto varíe la magnitud a
medir. Depende de la capacidad del sistema para seguir las variaciones de la
magnitud de entrada.
-Derivas:
son otras magnitudes, aparte de la medida como magnitud de entrada, que
influyen en la variable de salida. Por ejemplo, pueden ser condiciones
ambientales, como la humedad, la temperatura u otras como el envejecimiento
(oxidación, desgaste, etc.) del sensor.
-Repetitividad:
error esperado al repetir varias veces la misma medida.
Un sensor
es un tipo de transductor que
transforma la magnitud que se quiere medir o controlar, en otra, que facilita
su medida. Pueden ser de indicación directa (e.g. un termómetro de mercurio) o
pueden estar conectados a un indicador (posiblemente a través de un
convertidor analógico a digital, un computador y un display) de modo que los valores
detectados puedan ser leídos por un humano.
Por lo
general, la señal de salida de estos sensores no es apta para su lectura
directa y a veces tampoco para su procesado, por lo que se usa un circuito de
acondicionamiento, como por ejemplo un puente de
Wheatstone, amplificadores y filtros
electrónicos que adaptan la señal a los niveles apropiados para
el resto de los circuitos.
*Algunos tipos de sensores
-Sensores para automoción
Se incluyen sensores de efecto Hall, de presión y de caudal de aire. Estos sensores son de alta tecnología y constituyen soluciones flexibles a un bajo coste. Su flexibilidad y durabilidad hace que sean idóneos para una amplia gama de aplicaciones de automoción.
-Sensores de caudal de aire
Los sensores de caudal de aire contienen una estructura de película fina aislada térmicamente, que contiene elementos sensibles de temperatura y calor. La estructura de puente suministra una respuesta rápida al caudal de aire u otro gas que pase sobre el chip.
-Sensores de corriente
Los sensores de corriente monitorizan corriente continua o alterna. Se incluyen sensores de corriente lineales ajustables, de balance nulo, digitales y lineales. Los sensores de corriente digitales pueden hacer sonar una alarma, arrancar un motor, abrir una válvula o desconectar una bomba. La señal lineal duplica la forma de la onda de la corriente captada, y puede ser utilizada como un elemento de respuesta para controlar un motor o regular la cantidad de trabajo que realiza una máquina.
-Sensores de efecto Hall
Ver sensores de posición de estado sólido.
-Sensores de humedad
Los sensores de humedad relativa/temperatura y humedad relativa están configurados con circuitos integrados que proporcionan una señal acondicionada. Estos sensores contienen un elemento sensible capacitivo en base de polímeros que interacciona con electrodos de platino. Están calibrados por láser y tienen una intercambiabilidad de +5% HR, con un rendimiento estable y baja desviación.
-Sensores de posición de estado sólido
Los sensores de posición de estado sólido, detectores de proximidad de metales y de corriente, están disponibles en varios tamaños y terminaciones. Estos sensores combinan fiabilidad, velocidad, durabilidad y compatibilidad con diversos circuitos electrónicos para aportar soluciones a las necesidades de aplicación.
-Sensores de presión y fuerza
Los sensores de presión son pequeños, fiables y de bajo coste. Ofrecen una excelente repetitividad y una alta precisión y fiabilidad bajo condiciones ambientales variables. Además, presentan unas características operativas constantes en todas las unidades y una intercambiabilidad sin recalibración. Sensores de Control le ofrece cuatro tipos de sensores de medición de presión: absoluta, diferencial, relativa y de vacío y rangos de presión desde ±1,25 kPa a 17 bar.
-Sensores de temperatura
Los sensores de temperatura se catalogan en dos series diferentes: TD y HEL/HRTS. Estos sensores consisten en una fina película de resistencia variable con la temperatura (RTD) y están calibrados por láser para una mayor precisión e intercambiabilidad. Las salidas lineales son estables y rápidas.
-Sensores de turbidez
Los sensores de turbidez aportan una información rápida y práctica de la cantidad relativa de sólidos suspendidos en el agua u otros líquidos. La medición de la conductividad da una medición relativa de la concentración iónica de un líquido dado.
-Sensores magnéticos
Los sensores magnéticos se basan en la tecnología magnetoresisitiva SSEC. Ofrecen una alta sensibilidad. Entre las aplicaciones se incluyen brújulas, control remoto de vehículos, detección de vehículos, realidad virtual, sensores de posición, sistemas de seguridad e instrumentación médica.
-Sensores de presión
Los sensores de presión están basados en tecnología piezoresistiva, combinada con microcontroladores que proporcionan una alta precisión, independiente de la temperatura, y capacidad de comunicación digital directa con PC. Las aplicaciones afines a estos productos incluyen instrumentos para aviación, laboratorios, controles de quemadores y calderas, comprobación de motores, tratamiento de aguas residuales y sistemas de frenado
Material y Equipo
-Laboratorio adecuado para trabajar con sensores
-Sensor de temperatura
-Computadora con el software del sensor
-Alcohol
-Algodón
Desarrollo
1.-Conecta adecuadamente el sensor a la computadora e inicia el programa controlador del sensor.
2.-Algún integrante del equipo tome el sensor por la punta durante cinco minutos hasta que el sensor haya aumentado su temperatura, revisa que cambios registra la computadora.
3.-Deja que el sensor se enfrié y mientras esto sucede revisa que es lo que marca la computadora si es que registra la disminución de la temperatura de forma rápida o lenta y registra los resultados.
4.-Ahora toma un pedazo de algodón y mojalo con el alcohol y frota el sensor de tal modo que se humedezca el sensor y sopla un poco, revisa que registra la computadora y anota tus resultados.
5.-Ahora cheque que diferencias hay entre los datos que registro la computadora durante los pasos anteriores
Conclusiones y resultados
El programa registro los cambios de temperatura durante toda la practica, dejando gráficas y poniendo claros los datos, es decir todo lo dejo de tal manera que eran comprensibles los datos y fáciles de manipular y comparar.
Se logro entender que para que los datos puedan ser transformados de señales analógicas a digitales se requiere de ciertos instrumentos para que sea eficaz este proceso y confiable.
Utilizar un sensor parece cosa sencilla y aparentemente lo es, pero no sabemos todo lo que esta detras de ese sensor y todo el proceso que realiza para que nosotros lo utilicemos por un tiempo breve, pero muy productivo.
Bibliografía
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