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Código:MADO-66Versión:01Manual de prácticas delPágina13/53Laboratorio de Medición eSección ISO8.3InstrumentaciónFecha de2 de febrero de 2018emisiónÁrea/Departamento:Facultad de IngenieríaLaboratorio de Medición e InstrumentaciónLa impresión de este documento es una copia no controlada1. Seguridad en la ejecución12345Peligro o Fuente de energíaRiesgo asociadoTensión AlternaTensión ContinuaManejo de líquidosManejo de líquidosManejo de equipo punzocortanteElectrocuciónDaño a equipoDaño a equipoDaño a la integridad personalDaño a la integridad personal2. Objetivos de aprendizajeQue el alumno comprenda la diferencia entre transductor y sensor al construir unprototipo de transductor y sensor.3. Material y EquipoMaterial y equipo que el alumno debe traer a la sesión de laboratorio: 1 DinamómetroPara la elaboración del prototipo de nivel: 1 Rodamiento (sugerido, 5mm) 2 o más birlos y/o varilla metálica (sugerido, 5mm) 1 recipiente transparente 1 goniómetro y/o transportador 1 regla rígida graduada 1 esfera hueca de plástico o una esfera de unicel

Código:MADO-66Versión:01Manual de prácticas delPágina14/53Laboratorio de Medición eSección ISO8.3InstrumentaciónFecha de2 de febrero de 2018emisiónÁrea/Departamento:Facultad de IngenieríaLaboratorio de Medición e InstrumentaciónLa impresión de este documento es una copia no controladaPara elaborar el prototipo de deformación: 1 regla FLEXIBLE de mínimo 30 cm de longitud Cinta adhesiva masking tape (sugerido, 48 mm de ancho) Cinta adhesiva transparente de (sugerido, 48 mm de ancho) 1 goniómetro y/o transportador Lápiz de grafito 1 m alambre de cobre calibre 22 AWGEquipo proporcionado por el laboratorio: 1 Multímetro digital4. DesarrolloI.Actividad 1El prototipo de nivel consiste de un recipiente transparente y un flotador; ambos consu respectiva escala de medida. El flotador se construye con la varilla y/o birlo unidapor un extremo a la esfera de plástico y en el otro extremo al rodamiento de formatransversal al eje de rotación. En dicho eje habrá otra varilla que por sus extremos estarásujeta al recipiente. Coloque como escala de medida el goniómetro (éste debe estarfijo). El flotador se desplazará al variar el nivel del líquido que contiene el recipiente,según como se muestra en la figura 1.

Código:MADO-66Versión:01Manual de prácticas delPágina15/53Laboratorio de Medición eSección ISO8.3InstrumentaciónFecha de2 de febrero de 2018emisiónÁrea/Departamento:Facultad de IngenieríaLaboratorio de Medición e InstrumentaciónLa impresión de este documento es una copia no controladaFigura 1. Bosquejo del prototipo de nivela) Vierta agua en el recipiente hasta que el flotador apenas empiece a moverse.Considere ese nivel como el nivel de referencia o el “nivel cero”. Registre el cambiodel ángulo indicado por el flotador al aumentar en un 1 cm el nivel del líquido. Sigaincrementando el nivel del agua de un centímetro en un centímetro y registre losvalores de nivel y ángulo en la tabla 1.Nivel (h) [cm] Ángulo ( )0 i1 . Nivel máx máx.Tabla 1. Datos obtenidos con el prototipo de nivel

Código:MADO-66Versión:01Manual de prácticas delPágina16/53Laboratorio de Medición eSección ISO8.3InstrumentaciónFecha de2 de febrero de 2018emisiónÁrea/Departamento:Facultad de IngenieríaLaboratorio de Medición e InstrumentaciónLa impresión de este documento es una copia no controladab) Anote sus observaciones al realizar las mediciones, tales como: dificultades en lamedición, errores en la lectura de datos, etcétera.c) Emplee algún programa de cómputo avanzado y con las datos de la tabla 1 elaboreun diagrama de dispersión. Responda la siguiente pregunta: ¿El prototipo utilizado esun sensor o un transductor? Justifique su respuesta.d) ¿Se podría modificar el prototipo para medir el nivel del agua con algunavariable eléctrica? Justifique su respuesta.II. Actividad 2Coloque sobre la regla FLEXIBLE cinta adhesiva (masking tape) de tal manera quecubra la mayor porción posible de una de sus caras. Sobre toda la superficie con cinta,raye con el lápiz de grafito, de tal manera que se forme una capa uniforme del material.Con el alambre de calibre 22 AWG, corte tres tramos de forma que se puedan enredaren la regla y tengan contacto con la cinta y el grafito (tome en cuenta que ellos seránlos electrodos, deje un tramo para conexiones con el óhmetro) de tal manera que dosestén en los extremos y uno al centro. Posteriormente cubre con cinta adhesivatransparente la preparación de grafito y los electrodos (para evitar que el grafito seremueva y/o los electrodos se muevan al momento de flexionar la regla.Para usar el prototipo, conecte en un extremo de la regla flexible el dinamómetro y enel otro el transportador o goniómetro (figura 2). Conecte las puntas del óhmetro(multímetro digital en su función de óhmetro) en dos de los tres electrodos para medirresistencia eléctrica.

Código:MADO-66Versión:01Manual de prácticas delPágina17/53Laboratorio de Medición eSección ISO8.3InstrumentaciónFecha de2 de febrero de 2018emisiónÁrea/Departamento:Facultad de IngenieríaLaboratorio de Medición e InstrumentaciónLa impresión de este documento es una copia no controladaDinamómetroGoniómetro oTransportadorN90 45 ReglaFlexibleSe aplicauna fuerza135 0 180 45 135 90 -.-- ΩMultímetro digital conpuntas caimánFigura 2. Bosquejo del prototipo de fuerzaa) Aplique una fuerza para deformar la regla. Mida la magnitud de la fuerza, el ángulode deformación, la resistencia eléctrica y anótelos en la tabla 2. (Nota: la brigadadebe proponer los incrementos de deformación ([ ]) o de aplicación de la fuerza([N]) porque depende de cada prototipo, solo recuerde que debe obtener mínimodiez medidas):

Código:MADO-66Versión:01Manual de prácticas delPágina18/53Laboratorio de Medición eSección ISO8.3InstrumentaciónFecha de2 de febrero de 2018emisiónÁrea/Departamento:Facultad de IngenieríaLaboratorio de Medición e InstrumentaciónLa impresión de este documento es una copia no controladaDeflexión ( )Resistencia (Ω)Fuerza (N)------.------.Tabla 2. Datos obtenidos con el prototipo de deformaciónb) Cambie la conexión de uno de los electrodos al tercero no conectado y repita laactividad anterior.c) Anote sus observaciones al realizar las mediciones, tales como: dificultades en lamedición, errores en la lectura de datos, etcétera.d) Emplee algún programa de cómputo avanzado y con las datos de la tabla 1 elaboreun diagrama de dispersión. Responda la siguiente pregunta: ¿El prototipo utilizado esun sensor o un transductor? Justifique su respuesta.

Código:MADO-66Versión:01Manual de prácticas delPágina19/53Laboratorio de Medición eSección ISO8.3InstrumentaciónFecha de2 de febrero de 2018emisiónÁrea/Departamento:Facultad de IngenieríaLaboratorio de Medición e InstrumentaciónLa impresión de este documento es una copia no controladaBibliografía PALLAS ARENY Ramón, Sensores y acondicionadores de señal, problemasresueltos, México, Alfa Omega, Marcombo, 2003 WEBSTER John G, The Measurement instrumentations and sensor Handbook,Boca Ratón, Florida, CRC PRESS, IEEE PRESS, 1999A.Cuestionario previo.1.- ¿Qué es un transductor?2.- ¿Qué es un sensor?3.- ¿Cómo se elabora un diagrama de dispersión?4.- Mencione los errores que pueden cometerse al realizar una medición.

Código:MADO-66Versión:01Manual de prácticas delPágina20/53Laboratorio de Medición eSección ISO8.3InstrumentaciónFecha de2 de febrero de 2018emisiónÁrea/Departamento:Facultad de IngenieríaLaboratorio de Medición e InstrumentaciónLa impresión de este documento es una copia no controladaModelo, característicasestáticas y dinámicas de unsensorN de práctica: 03

Código:MADO-66Versión:01Manual de prácticas delPágina21/53Laboratorio de Medición eSección ISO8.3InstrumentaciónFecha de2 de febrero de 2018emisiónÁrea/Departamento:Facultad de IngenieríaLaboratorio de Medición e InstrumentaciónLa impresión de este documento es una copia no controlada1. Seguridad en la ejecución12345Peligro o Fuente de energíaRiesgo asociadoTensión AlternaTensión ContinuaManejo de líquidosManejo de líquidosParrilla eléctricaElectrocuciónDaño a equipoDaño a equipoDaño a la integridad personalQuemaduras2. Objetivos de aprendizajeI.Objetivos generales:Determinar el modelo matemático de diferentes sensores a partir de su curvacaracterística.3. Material y EquipoEquipo proporcionado por el laboratorio 1 parrilla eléctrica.1 recipiente de vidrio templado o aluminio 1 soporte universal con sujetadores. 1 termómetro de mercurio 1 Multímetro digital 1 Osciloscopio digital 1 fuente de alimentaciónMaterial que el alumno debe traer 1 Tablilla para prototipos (Protoboard) Alambre calibre 22 AWG para conexión en la tablilla de prototipos

Código:MADO-66Versión:01Manual de prácticas delPágina22/53Laboratorio de Medición eSección ISO8.3InstrumentaciónFecha de2 de febrero de 2018emisiónÁrea/Departamento:Facultad de IngenieríaLaboratorio de Medición e InstrumentaciónLa impresión de este documento es una copia no controlada Juego de cables caimán-caimán, banana – caimán y caimán – BNC 1 estuche de desarmadores para joyero 1 sensor de temperatura LM335 encapsulado y sellado (con termo pozo) (Vea laactividad previa) 1 RTD-2-1PT100K2515-36-T Termo-pozo para el RTD 1 Termistor TDK/EPCOS B57164K0103 10 KΩ @ 25 C 1 Potenciómetro multivuelta (trimpot) de 10kΩ 5 Resistores de 2.2kΩ Resistores y potenciómetros de diversos valoresNota: el sensor LM335 no confundirlo con el LM354. DesarrolloActividad 1NOTA: Aún NO encienda la parrilla, NI llene con agua el recipiente1.- Con el sensor de temperatura (LM335) debidamente encapsulado, arme el circuito que semuestra en la figura 1. Encienda la fuente de alimentación, mida la tensión de salida delsensor y convierta la lectura a su equivalente en la escala Kelvin y a la escala Celsius.Lectura inicial [V]- [K]- [ C]

Código:MADO-66Versión:01Manual de prácticas delPágina23/53Laboratorio de Medición eSección ISO8.3InstrumentaciónFecha de2 de febrero de 2018emisiónÁrea/Departamento:Facultad de IngenieríaLaboratorio de Medición e InstrumentaciónLa impresión de este documento es una copia no controlada5VR12.2 kΩ T LM335ADJ-VsensorP2 10 kΩ-Figura 1. Circuito del LM335 con trimpot para ajuste2.- Ajuste el sensor con el potenciómetro (P2) hasta que la tensión de salida de éste,coincida con la temperatura que indica el termómetro de mercurio (será necesarioconvertir de Kelvin a Celsius). Cuando los valores sean iguales regístrelos como 𝑉𝑎𝑚𝑏y 𝑇𝑎𝑚𝑏 .3.- Sujete al soporte universal el termómetro de mercurio junto al sensor LM335 eintrodúzcalos en el recipiente, tenga cuidado que no toquen ninguna parte del mismoy por último llene el recipiente con agua hasta que esta cubra el sensor y bulbo deltermómetro.4.-Transcurridos 30 segundos de haber sido sumergidos, registre el valor detemperatura del termómetro (𝑇𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 ) y del voltaje del sensor (𝑉𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 ) en la tabla 1.A continuación encienda la parrilla para calentar el agua. Para incrementos de 1 C,anote el valor del voltaje de salida del sensor y complete la tabla.

Código:MADO-66Versión:01Manual de prácticas delPágina24/53Laboratorio de Medición eSección ISO8.3InstrumentaciónFecha de2 de febrero de 2018emisiónÁrea/Departamento:Facultad de IngenieríaLaboratorio de Medición e InstrumentaciónLa impresión de este documento es una copia no controladaTemperatura [ C]Voltaje �𝑙69 C-70 C-.Tabla 1. Valores de temperatura y voltajeNOTA: Tenga precaución al tomar las lecturas, el agua podría ocasionarlequemaduras graves. Apague la parrilla si no realiza mediciones.5.- Repita 3 veces el inciso anterior. Cada vez que realice una medición, cambie elagua del recipiente por agua que se encuentre a temperatura ambiente, para elloemplee la franela y sea muy precavido en el proceso. Al finalizar la actividad, deberátener tres tablas que corresponderán a las tres caracterizaciones que hizo de su sensor.Utilice un programa de cómputo avanzado para:a) Elabore un diagrama de dispersión para los datos obtenidos. Distinga mediante eluso de un marcador, cada caracterización.b) Para cada tercia de datos, calcule su media y la desviación estándar respectiva.c) A partir del diagrama de dispersión, obtenga el modelo matemático que mejorajuste a los datos. Pruebe para línea recta, parábola, etcétera.d) Añada a su diagrama de dispersión, la gráfica del modelo matemático que

Código:MADO-66Versión:01Manual de prácticas delPágina25/53Laboratorio de Medición eSección ISO8.3InstrumentaciónFecha de2 de febrero de 2018emisiónÁrea/Departamento:Facultad de IngenieríaLaboratorio de Medición e InstrumentaciónLa impresión de este documento es una copia no controladaconsidera el mejor ajuste a sus datos experimentales.e) ¿Cuál es la sensibilidad del sensor LM335?Actividad 2NOTA: Aún NO encienda la parrilla, NI llene con agua el recipiente1.- Sujete al soporte universal el termistor junto al termómetro de mercurio ysumérjalo en el recipiente con agua (evite el contacto con las paredes de éste), calientehasta llegar a una temperatura de 70 C mida el valor de resistencia del termistor paraincrementos de 1 C en el termómetro, registre los valores en la tablaTemperatura [ C]Resistencia ���𝑐𝑖𝑎𝑙69 C-70 C-.Tabla 2. Valores de temperatura y resistencia para el termistora) Elabore un diagrama de dispersión para los datos obtenidos.b) A partir del diagrama de dispersión, obtenga el modelo matemático que mejorajuste a los datos. Pruebe para línea recta, parábola, etcétera.c) Añada a su diagrama de dispersión, la gráfica del modelo matemático queconsidera el mejor ajuste a sus datos experimentales.d) ¿Puede indicar la sensibilidad de su termistor?

Código:MADO-66Versión:01Manual de prácticas delPágina26/53Laboratorio de Medición eSección ISO8.3InstrumentaciónFecha de2 de febrero de 2018emisiónÁrea/Departamento:Facultad de IngenieríaLaboratorio de Medición e InstrumentaciónLa impresión de este documento es una copia no controladaActividad 3NOTA: Aún NO encienda la parrilla, NI llene con agua el recipiente1.- Si el modelo de la actividad anterior no fue el de una línea recta, realice los cálculosnecesarios (con ayuda de su profesor) para encontrar el valor de una resistencia delinealización. Para ello considere un intervalo de medición de 25 C a 50 C. Una vezque lo haya calculado, conecte en paralelo con las terminales del termistor. Repita elproceso de caracterización y anote sus resultados en la tabla 3.Temperatura [ C]Voltaje sensor[V]25 CR@25 C69 C-50 C-.Tabla 3. Valores de temperatura y voltajeNOTA: Tenga precaución al tomar las lecturas, el agua podría ocasionarlequemaduras graves. Apague la parrilla si no realiza mediciones.Utilice un programa de cómputo avanzado para:a) Graficar los valores de las tablas 2 y 3 para comparar el comportamiento deltermistor.b) ¿Cuál es la sensibilidad del termistor antes y después de la linealización?

Código:MADO-66Versión:01Manual de prácticas delPágina27/53Laboratorio de Medición eSección ISO8.3InstrumentaciónFecha de2 de febrero de 2018emisiónÁrea/Departamento:Facultad de IngenieríaLaboratorio de Medición e InstrumentaciónLa impresión de este documento es una copia no controladaActividad 4NOTA: Aún NO encienda la parrilla, NI llene con agua el recipiente1.- El RTD y su termo-pozo se muestran en la figura 2. Dicho termo-pozo deberá serfabricado por el alumno con material que el mismo seleccione, un esquema detalladode ayuda para hacerlo, se muestra en la figura 3.Figura 2. Termo – pozo para el RTD.Figura 3. Medidas en [mm] para el termo-pozo del RTD

Código:MADO-66Versión:01Manual de prácticas delPágina28/53Laboratorio de Medición eSección ISO8.3InstrumentaciónFecha de2 de febrero de 2018emisiónÁrea/Departamento:Facultad de IngenieríaLaboratorio de Medición e InstrumentaciónLa impresión de este documento es una copia no controlada2.- Sujete al soporte universal el RTD junto al termómetro de mercurio y colóqueloen el recipiente con agua, procure que el bulbo y el RTD queden sumergidos y notoquen las paredes del recipiente. Registre el valor de temperatura del termómetro(𝑇𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 ) y del RTD (𝑅𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙 ) en la tabla 2; luego encienda la parrilla para calentar elagua. Para incrementos de 1 C anote el valor de resistencia del RTD y complete latabla.3.-Con cuidado cambie el agua del recipiente por una que esté a temperaturaambiente; luego coloque el termo-pozo al RTD y repita el proceso del inciso anterior(la diferencia es que ahora el RTD tiene el termo-pozo). Registre los valores en latabla 4 en su columna correspondiente.TemperaturaResistencia [Ω][ C]SIN cia [Ω]CON ���𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙69 C--70 C--.Tabla 4. Valores de temperatura y resistencia del RTD4.- Proponga un esquema para implementar una fuente de corriente y haga circularuna corriente de 1mA por el RTD. Mida con el osciloscopio el voltaje de salida delRTD (vea la figura 4). Coloque el RTD en agua a temperatura ambiente y pásela demanera súbita a un recipiente con agua a 50 C.

Código:MADO-66Versión:01Manual de prácticas delPágina29/53Laboratorio de Medición eSección ISO8.3InstrumentaciónFecha de2 de febrero de 2018emisiónÁrea/Departamento:Facultad de IngenieríaLaboratorio de Medición e InstrumentaciónLa impresión de este documento es una copia no controladaCon ayuda del osciloscopio registre la evolución en el tiempo del voltaje del RTDcon respecto al tiempo. Pida ayuda a su profesor para ajustar los controles delosciloscopio para lograr la captura de esta curva y para guardar su gráfica como unarchivo con formato “*.csv”.5V1 mA T OsciloscopioVRTDFigura 4. Circuito de medición de voltaje del RTDNOTA: Tenga precaución al tomar las lecturas, el agua podría ocasionarlequemaduras graves. Apague la parrilla si no realiza mediciones.Utilice un programa de cómputo avanzado para:a) Grafique los datos de su archivo csv.b) A partir de la gráfica, determine si el arreglo del RTD con el termopozo es unsensor de orden cero, orden uno u orden dos. Si considera que el arreglo nocorresponde a un sensor de orden cero, determine la constante de tiempo o larespuesta en frecuencia del mismo.5.- Repita el punto número 4 de la actividad 4 para determinar la constante de tiempodel sensor LM335 ya colocado en su termopozo.

Código:MADO-66Versión:01Manual de prácticas delPágina30/53Laboratorio de Medición eSección ISO8.3InstrumentaciónFecha de2 de febrero de 2018emisiónÁrea/Departamento:Facultad de IngenieríaLaboratorio de Medición e InstrumentaciónLa impresión de este documento es una copia no controlada5. Bibliografía DOEBELIN, E.O, Measurement System Application and Design, 5a Edición,McGraw-Hill, 2004 PALLAS A. R., Sensores y acondicionadores de señal, 3ª Edición, México,Alfa Omega, Marcombo, 2003 WEBSTER J. G, The Measurement instrumentations and sensor Handbook,Boca Ratón, Florida, CRC PRESS, IEEE PRESS,

de que método presenta la menor incertidumbre y si los instrumentos y la forma de medir influyó en los resultados. En el caso del cociente de masa y volumen, deberá distinguir entre el volumen obtenido con el calibrador vernier y de la probeta. Justifique su respuesta. Manual de prácticas del Laboratorio de Medición e Instrumentación Código: MADO-66 Versión: 01 Página 11/53 Sección .