Instrumentación Electrónica

Instrumentación Electrónica

Al finalizar la asignatura “Instrumentación Electrónica", el estudiante estará en capacidad de:

Analizar los conceptos básicos de un proceso de medida-control.
Analizar las propiedades de los sensores (Captores), sistemas de medida, acondicionadores de señales, transmisores electrónicos y elementos finales de control más comunes en la industria.
Analizar y diseñar , a nivel “proto board”, un sistema básico de adquisición, acondicionamiento, transmisión de datos y control de un proceso elemental.
Utilizar las normas establecidas para la selección, identificación, instalación y configuración de un sistema de medida electrónico.

Contenidos:

TEMA 1: Introducción. Conceptos generales. Terminología. El concepto de instrumentación electrónica. Problemas básicos: precisión, perturbación, ruido, estabilidad, transitoriedad, sensibilidad, acoplamiento de impedancias. El sistema completo: proceso, sensor, medida, acondicionamiento, telemedida y acción de control. Ventaja del uso de sensores electrónicos en un proceso de medidas. Componentes principales de un sistema de medidas: sensores o transductores, captores; acondicionadores amplificadores, filtros, adaptadores de impedancia, moduladores, demoduladores, compensadores; elementos de monitoreo; convertidores; interfases. Clasificación general de los sistemas de medida: según el dominio de la señal de salida: analógicos, digitales; según el modo de funcionamiento: por deflexión, por comparación; según la relación entrada-salida: orden cero, orden 1, orden 2. Errores de medida. El concepto de incertidumbre.

TEMA 2: Transductores. Definición. Tipos: según el aporte de energía (activos, pasivos); según la naturaleza de la señal de entrada: fuerza, presión, temperatura, posición, humedad etc.; según el parámetro eléctrico variable: resistivos, inductivos, capacitivos. Transductores resistivos: sensores térmicos, el termómetro de resistencia (RTD). Termistores (NTC y PTC). Sensores de desplazamiento, de presion y de esfuerzo: la galga extensométrica (strain gage.). Galgas metálicas El efecto piezo-resistivo, la relación (Delta)R vs. esfuerzo. Ley de Hooke. La galga semiconductora. Sensores ópticos, la foto resistencia. Sensores de humedad, el higrómetro resistivo. Sensores de campo magnético, la magneto resistencia.

TEMA 3: Sistemas usados para medir las variaciones del captor pasivo ( Resistivo) debido a cambios en el proceso. El potenciómetro. El divisor de tensión. El puente de Wheatstone. Medidas por comparación y por deflexión. El punto de equilibrio, su importancia en el proceso de medidas diferenciales. Diseño del puente para medidas por deflexión. Definición del punto de equilibrio en función del rango de la variable a medir. Definición del voltaje medido, en función del cambio de la variable medida; medida lineal y medida no lineal. Definición de la Kp de equilibrio en función de las especificaciones de error de linealidad, error de fondo de escala y sensibilidad de la medida. Cálculo de la fuente de alimentación del puente, en función de la potencia disipada por el captor y la sensibilidad requerida en la medida. Diseño del puente. Cálculo de la sensibilidad de la medida. Compensación. Calibración. Ejemplos de diseño para medida de un proceso térmico; de un proceso mecánico y otros.

TEMA 4: Acondicionadores de señal para transductores resistivos. El amplificador de instrumentación. Su importancia y necesidad. Cálculo de la ganancia. Estudio de la señal amplificada y de las componentes que deterioran la precisión de la medida. Análisis de la componente de salida de modo común. Optimización del CRM circuital. Escogencia del CMRR del Amp.OP. Impedancia de entrada del operacional. Amplificadores de 1 Amp.Op. De 2 Amp.Ops. y de 3 Amp.Op. Ej. De aplicaciones con amplificadores operacionales.

TEMA 5: El proceso de telemedida. Telemedida analógica y digital. Adquisición de datos. Estructura de un sistema de adquisición de datos. Adquisición y conversión de datos. El VCO como modulador de frecuencia de pulso. El PLL como demodulador de frecuencia de pulso. Diseño básico de un sistema receptor-transmisor de datos capturados en un proceso de medidas. Diseño del circuito modulador y del circuito demodulador en función de las especificaciones de diseño. Aplicación de la acción de control. Introducción a aplicaciones con el microcontrolador PIC y con el PLC. El sistema SCADA.

Documentos:

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