informe 1 simulación característica lookup vaca, corella

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA

ENERGÍA Y MECÁNICA

LAB. INSTRUMENTACION INDUSTRIAL MECÁNICA

INFORME DE PRÁCTICA No: 1

Tema: Simulación del funcionamiento de un sensor en base

a su característica estática mediante una tabla Lookup de

Simulink.

Docente: Ing. Oswaldo Ibarra

Integrantes y Nrcs:

Jonathan Corella 2780 Paul Vaca 2780

Fecha de entrega: jueves, 30 de abril de 2015.

UNIVERSIDAD DE LAS FUERZAS ARMADAS ESPE

ING. MECATRONICA

Laboratorio de automatización y mecatrónica Página 2

Ilustración 1.- Característica estática grafica de un PTC.

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS DE LA ENERGIA Y MECANICA

Laboratorio de Instrumentación Industrial Mecánica

1. Título de la práctica.-

Simulación del funcionamiento de un sensor en base a su característica estática mediante

una tabla Lookup de Simulink.

2. Objetivos.-

Simular el funcionamiento estático de un sensor, partiendo de su relación salida-entrada.

Manipular una herramienta para la simulación de un sensor en base a su característica estática

3. Marco Teórico.-

La relación entrada – salida, O(I), en u n sensor puede expresarse en términos de:

a) Tabla de valores

b) Función algébrica.

c) Relación gráfica.

En cualquiera de los tres casos a esta relación se la conoce como característica estática. La misma que puede ser determina da teórica o experimentalmente. La característica estática es propi a de cada sensor y proviene del funcionamiento intrínseco del mismo como sistema. Las características estáticas pueden presentar linealidad, no linealidad e incluso con histéresis.


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Tabla 1.- Característica numérica de un PTC.

I ( C) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 O( ) 5000,00 6477,32 8244,17 10327,24 127 51,75 15541,20 18717,13 22298,99 26304,05 I ( C) 90 100 110 120 130 140 150 160 170 O( ) 30747,34 35641,65 40997,58 46823,57 531 25,98 59909,21 67175,79 74926,50 83160,51 I ( C) 180 190 200 210

O( ) 91875,48 101067,72 110732,28 120863,10

4. Procedimiento.-

a) Consulte como se ingresa la característica estática de un sensor por medio de una tabla

LOOKUP en SIMULINK, la forma de ingresar datos estáticos y dinámicos y cómo

obtenemos los resultados.

1) Ejecutar Matlab y desde el comand window podemos ingresar al simulink simplemente escribiendo esta palabra y dando enter.

2) En la siguiente ventana podemos escribir Look en el buscador y aparece la función que vamos a emplear para nuestro diagrama. (ánonimo, 2015)

Ilustración 2.-Encontrar y arrastrar Lookup Table a nuestro documento.

3) Dando doble click en el símbolo podremos ingresar las características estáticas de

nuestro sensor, y agregamos los elementos que se muestran en la ilustración 3. Que son el generador de señal y el osciloscopio.

Ecuación 1.- Característica estática algébrica de un PTC


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Ilustración 3.-Cuadro para ingresar las características de los sensores y diagrama de bloques para visualizar el

comportamiento del mismo.

b) Consulte las características estáticas de 3 SENSORES. Obtenga las tablas de valores o la

ecuación para ingresarlas en la tabla LOOKUP y simular su operación.v

1) Light Dependent Resistence, LDR (Fotoresistencia) Es un dispositivo cuya resistencia óhmica es una función de la iluminación recibida sobre su superficie (fotorresistencia). (BARBERO, 2015) La conductividad crece y por tanto la resistencia óhmica disminuye. La dependencia entre resistencia e iluminación está dada por la siguiente ecuación: Donde R es la resistencia en ohmios, L es la iluminación en lux y A, α son constantes que dependen del tipo de material con que se ha construido la fotorresistencia y del proceso de manufactura. Esta dependencia se convierte en lineal si se utiliza escala logarítmica. En la tabla 2 se representan las medidas realizadas para ángulos distintos entre 0 y 90 grados

R = A ∗ 𝐿−𝛼 Ecuación 2.- Ecuación matemática de la característica estática de un LDR


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Tabla 2.-Parámetros de trabajo del sensor LDR. (BARBERO, 2015)

2) TERMISTOR NTC Los termistores son resistencias que varían su magnitud con la temperatura. Se diferencian de las termoresistencias por que están basadas en semiconductores. Por tanto su característica no es lineal, aunque dentro de un margen adecuado pueda ser considerada de es amanera. Su símbolo es:

Es de coeficiente negativo, NTC, disminuye con la temperatura. En el caso de una NTC la ecuación característica será (eCircuitCenter, 2015)

Ro= 10KΩ (resistencia a To=25oC=298K) B=3548 Rango T= -15 a 65 oC= 258 a 338K

Tabla 3.-Parámetros de trabajo del Termistor NTC. (eCircuitCenter, 2015)

𝑅𝑡 = 𝑅𝑜𝑒𝐵(

1𝑇

−1

𝑇𝑂)

Ecuación 3: Característica estática algébrica de un sensor NTC

http://gabrielamorales.files.wordpress.com/2008/06/21.jpg


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3) TERMISTOR RTD Una termoresistencia es un dispositivo que varía su resistencia con la temperatura. Suele denominarse RTD (Resistive temperature detector) por sus siglas en ingles. Su símbolo es el siguiente, en el que se indica una variación lineal con coeficiente de temperatura positivo. Al calentarse un metal habrá una mayor agitación térmica, dispersándose más los electrones y reduciéndose su velocidad media, aumentando la resistencia. A mayor temperatura, mayor agitación, y mayor resistencia. La variación de la resistencia puede ser expresada de manera polinómica como sigue a continuación. Por lo general, la variación es bastante lineal en márgenes amplios de temperatura. (Morales, 2015)

Donde:

𝑹𝒐 es la resistencia a la temperatura de referencia 𝑻𝒐

es la desviación de temperatura respecto a 𝑻𝒐 (𝜟𝑻 = 𝑻 − 𝑻𝑶)

α es el coeficiente de temperatura del conductor especificado a 0 °C, interesa que sea de gran valor y constante con la temperatura

Los materiales empleados para la construcción de sensores RTD suelen ser conductores tales como el cobre, el níquel o el platino. Las propiedades de algunos de éstos se muestran en la tabla 4: Tabla 4.- Parámetros ecuación característica de sensor RTD (Morales, 2015)

Parámetro Platino (Pt) Cobre (Cu) Níquel (Ni) Molibdeno (Mo)

Resistividad ( ) 10.6 1.673 6.844 5.7

0.00385 0.0043 0.00681 0.003786

25, 50, 100, 200 10 50, 100, 120 100, 200, 500

margen (°C) -200 a +850 -200 a +260 -80 a +230 -200 a +200

𝑹 = 𝑹𝑶(𝟏 + 𝜶 ∗ 𝜟𝑻) Ecuación 4.- Característica estática algébrica de un sensor RTD

http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Rtd_simbolo2.jpg


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De todos ellos es el platino el que ofrece mejores prestaciones, como:

alta resistividad para un mismo valor óhmico, la masa del sensor será menor, por lo que la respuesta será más rápida

margen de temperatura mayor

alta linealidad sin embargo, su sensibilidad es menor Para un sensor de platino:

𝑹𝒐 = 100Ω 𝑎 00𝐶

α=0.00385

Temperatura (°C) 0 20 40 60 80 100

Resistencia (R) 100 107.79 115.54 123.24 130.87 138.50

c) Ingrese los valores de las características estáticas, conecte una fuente y una salida

d) Ingrese 3 valores de entrada en el rango de operación de cada sensor y obtenga sus

resultados. Llene las hojas de resultados.

e) Ingrese una señal sinusoidal cuya amplitud se encuentre en el rango de entrada de los

sensores y obtenga los resultados gráficos. Llene la hoja de resultados.

5. Equipo necesario.-

Computador

Matlab con SIMULINK

Característica estática de tres sensores

6. Resultados.-

INGRESE 3 VALORES DE ENTRADA EN EL RANGO DE OPERACIÓN DE CADA SENSOR Y OBTENGA SUS RESULTADOS. LLENE LAS HOJAS DE RESULTADOS. SENSOR 1: LDR Tabla 5.-Resultados al trabajar con el sensor LDR.

Valor de entrada (I) [LUX] 18 1300 3500

Valor de Salida (O) [Ω] 1.35 0.0857 0.05225


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Ilustración 4.-Muestras del trabajo realizado en Simulink con el sensor LDR.

SENSOR 2: Termistor NTC Tabla 6.-Resultados con el sensor NTC.

Valor de entrada (I) [K] 259 320 357

Valor de Salida (O) [Ω] 6.006x104 4411 974.8


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SENSOR 3: Termistor RTD - Cobre Rango: -200 hasta +260 [oC]

Valor de entrada (I) -100 0 200

Valor de salida (O) 5.7 10 18.6

INGRESE UNA SEÑAL SINUSOIDAL CUYA AMPLITUD SE ENCUENTRE EN EL RANGO DE ENTRADA DE LOS SENSORES Y OBTENGA LOS RESULTADOS GRÁFICOS. LLENE LA HOJA DE RESULTADOS. SENSOR 1: LDR


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SEÑAL DE ENTRADA SEÑAL DE SALIDA

SENSOR 2: Termistor NTC



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SENSOR 3: Termistor RTD


7. Conclusiones.-

Comprobamos el funcionamiento de Lookup para poder simular el comportamiento de las características estáticas de nuestros sensores en Simulink.

Se puede observar la respuesta del sensor ante diferentes excitaciones como los empleados de valores constantes y señales sinusoidales.

Lo único necesario para poder analizar mediante Lookup el comportamiento de un sensor, es conocer sus parámetros de trabajo o su ecuación matemática.

En los tres sensores analizados, podemos observar que al ingresar una señal sinusoidal, la respuesta del sensor también es sinusoidal. Esto quiere decir que la respuesta del sensor se relaciona directamente con la excitación de entrada que le apliquemos.


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8. Recomendaciones.-

Para la investigación de parámetros de los sensores tener en cuenta la página de la carrera cuenta con mucha información al respecto.

9. Bibliografía.-

ánonimo. (2015). INSDECEM. Obtenido de http://insdecem.webcindario.com/archivos/Look-

Up%20Table.pdf

BARBERO. (2015). UCLM. Obtenido de Calibrado de un LDR:

http://www.uclm.es/profesorado/ajbarbero/Practicas/Calibrado%20LDR%202003.pdf

eCircuitCenter. (2015). Termistor NTC. Obtenido de

http://www.ecircuitcenter.com/Circuits/therm_model1/therm_model1.htm

Morales, G. (2015). Sensores Resistivos. Obtenido de

https://gabrielamorales.wordpress.com/sensores-resistivos/

informe 1 simulación característica lookup vaca, corella

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