XiuaElectronics: Consideraciones a la hora de elegir un sensor de Desplazamiento, posición y proximidad

Consideraciones a la hora de elegir un sensor de Desplazamiento, posición y proximidad

Buenos días estimados lectores.

En e día de hoy veremos la continuación de la teoría de sensores y transductores. Para este caso ya deberemos estar al tanto de toda la terminología sobre este tema además de sus características elásticas como estáticas. En esta entrada lo que veremos son los sensores que funcionan a través de desplazamiento, proximidad y posición. En posteriores entradas veremos otros tipos de sensores. La idea fundamental es que abarquemos el mayor tipo de sensores que existen actualmente y que además con el paso del tiempo agreguemos aquellos que aún no existen. No siendo más empecemos.

Sensores de desplazamiento, posición y proximidad.

Los sensores de desplazamiento miden la magnitud que se desplazo uno o varios objetos. Los sensores de posición son aquellos que miden las coordenadas dentro de un espacio de un objeto, es decir, me dicen en que posición se encuentra uno o varios objetos dentro de un espacio bidimensional o en algunos casos tridimensional. Los sensores de proximidad son aquellos que utilizan a misma base de funcionamiento que un sensor de posición; determinan en que momento un objeto se mueve dentro de una distancia critica dentro del rengo del sensor. Los anteriores objetos cuya salida son en esencia 0 y 1. Prendido o apagado.

Al elegir un sensor de posicionamiento, desplazamiento y/o proximidad es necesario tener en cuenta lo siguiente:

Ejemplo desplazamiento angular

• La magnitud del desplazamiento: ¿estamos hablando de fracciones de milímetros, de varios milímetros o quizás de metros? en el caso de un sensor de proximidad. ¿qué tanto debe aproximarse un objeto para detectarlo'.
• Si el desplazamiento es lineal o angular,; los sensores de desplazamiento lineal sirven para monitorear el grosor u otras dimensiones de materiales en forma de hoja, la separación de rodillos, la posición o la existencia de una parte, dimensiones de ésta., etcétera.; los métodos de desplazamiento angular sirven para monitorear el desplazamiento  angular de ejes.
• La resolución que se necesita.
• La exactitud que se necesita.
• El material del que está hecho el objeto que se mide; algunos sensores sólo funcionan con materiales ferromagnéticos, otros, sólo con metales y algunos otros sólo con aislantes.
• El costo.

Los sensores de desplazamiento y de posición se pueden clasificar en dos tipos básicos: sensores de contacto, en los cuales, el objeto que se mide está en contacto mecánico con el sensor, y sensores sin contacto, en los que no hay contacto físico entre el objeto y el sensor. En los métodos de desplazamiento lineal por contacto, en general se utiliza un eje sensor en contacto directo con el objeto que se monitorea. El desplazamiento de este eje se monitorea mediante un sensor. Su movimiento se aprovecha para provocar cambios de voltaje eléctrico, resistencia, capacitancia o inductancia mutua. En el caso de los métodos de desplazamiento angular, el los que se utiliza una conexión mecánica mediante la rotación de un eje, la rotación del elemento transductor se activa directamente mediante engranes. En los sensores que no hay contacto se recurre al objeto medido en las proximidades de dichos sensores, lo que provoca cambios de inductancia. En las próximas entradas veremos algunos ejemplos de sensores de desplazamiento de uso común.

Escrito por: Breismam Alfonso Rueda Díaz

Fuentes: 

• Mecatronica,Sistemas de control electrónico en ingeniería mecánica y eléctrica., W. Bolton. Segunda edición. Alfaomega.

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XiuaElectronics: Características estáticas y dinámicas de transductores y sensores.

Buenos días estimados lectores.

El el día de hoy vamos a ver la las características estáticas y dinámicas de los sensores y transductores. Esto es un complemento a la teoría de sensores y transductores publicada anteriormente; anexo a esto estaremos hablando de los distintos tipos de sensores, de su funcionamiento y tal vez si queda tiempo de como fabricarlos de una forma casera, en donde nos ayudaremos con vídeos y demás para este fin. No siendo más empecemos.

Características estáticas  y dinámicas de transductores y sensores.

Las características estáticas son los valores obtenidos cuando se presentan condiciones en estado estable, es decir, valores obtenidos una vez que el transductor se estabiliza después de recibir cierta entrada. La terminología que se trato en posts anteriores habla de este tipo de estado. Las características dinámicas hacen referencia al comportamiento en el momento que cambia el valor de entrada y cuando el valor que produce el transductor logra su valor de estado estable.Las características dinámicas se expresan en función de la respuesta del transductor a entradas con determinadas formas. Por ejemplo, en una entrada de tipo escalón, la entrada cambia bruscamente de 0 a un valor constante; en una entrada tipo rampa, la entrada se modifica a velocidad constante; o en una entrada senoidal con una frecuencia determinada. A continuación veremos unos términos necesarios para entender este tema.

• Tiempo de respuesta: es un tiempo el cual empieza a transcurrir después de aplicar una señal de entrada de tipo constante, una entrada escalón, hasta que el transductor produce una salida correspondiente a determinado porcentaje, como por ejemplo el 95% del valor de la entrada de la temperatura real un liquido.
• Constante de tiempo: es el 63.2% del tiempo de respuesta. La constante de tiempo de un termopar en el aire podría ser de 40s a 100s. La constante de tiempo es una medida netamente de la inercia del sensor y de que tan pronto reaccionará los cambios en su entrada. Cuando mayor sea la constante de tiempo más lenta será su reacción ante una señal de entrada variable. (Figura 2.3).

Figura 2.3: respuesta de una entrada tipo escalón.

• 
   Tiempo de subida: es el tiempo que requiere la salida para alcanzar un porcentaje en concreto de la salida encontrándose en un estado estable. Comúnmente el tiempo de subida se refiere al tiempo que tarda la salida en subir del 10% al 90% o 95% del valor en estado estable.
•  Tiempo de estabilización: es el tiempo que tarda la salida del transductor o del sensor para estabilizarse a un porcentaje del valor determinado, por ejemplo, el 2% del valor en estado estable. 

Para ilustrar lo anterior, considere los siguientes datos sobre como cambiaron con el tiempo las lectura de un instrumento, obtenidas en un termómetro hundido en un liquido con el tiempo t=0. Se requiere el tiempo necesario para el 95% de la respuesta. 

La figura 2.4 muestra una gráfica de la variación de la temperatura en el tiempo que indica el termómetro. El valor del estado estable, es de 55°C y dado que 95% de 55 es 52.25°C, el tiempo de respuesta para el 95% es casi de 228 segundos.

Escrito por: Breismam Alfonso Rueda Díaz

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XiuaElectronics: Teoría de sensores y transductores Parte #02

Buenos días amigos!, en el día de hoy veremos la segunda parte del post acerca de los sensores y transductores; de como escogerlos adecuadamente con base en sus características y demás elementos necesarios que hay que tener en cuenta.

Terminología del funcionamiento parte #02

• Error por histériesis: Los transductores pueden producir distintas salidas de la misma magnitud que se mide, si dicha magnitud se obtiene mediante el incremento o una reducción continuos. Es decir, si el incremento o decremento de un señal es de forma continua, la salida sera distinta conservando la salida aun cuando la señal de entrada se haya quitado. A este efecto se le conoce como histéresis. El error producido por la histéresis se puede apreciar en la siguiente figura, (Figura 1).

Figura 1

• Error por no linealidad: Para los transductor, por lo general la relación entrada y salida es lineal, es decir, la gráfica de la salida respecto a la entrada produce una linea recta. Sin embargo la relación en la vida real de estos parámetros en los transductores es lejos de ser una linea recta; por ello, al suponer la existencia de esta linealidad se produce errores. Este error se define como la desviación máxima respecto a la linea recta correspondiente. Para expresar numéricamente el error por no linealidad se utilizan varios métodos., Las diferencias ocurren al determinar la relación de la linea recta que especifica el error. Uno de estos métodos consiste en unir a través de una recta los puntos de la salida con los puntos extremos del rango, (Figura 2); otro es determinar la recta con el método de los mínimos cuadrados, a fin de determinar que recta se adapta mejor considerando que todos lo valores tienen la misma probabilidad de error, (Figura 3); otro más es con el método de mínimos cuadrados para determinar el mejor ajuste que también pase por el punto cero, (Figura 4). Este último es muy utilizado para los algoritmos de aprendizaje automático o learning machine; rama proveniente de la inteligencia artificial y la estadística. En general este error se expresa como un porcentaje de salida a rango total. Por ejemplo un transductor para medir presión tendría un error por no linealidad de más o menos de 1/2% de rango total.

Figura 2: Método 1, valores extremos del rango

Figura 3: Método 2, la mejor linea recta que incluya todos los valores

Figura 4: Método 3, la mejor linea recta que pase por el punto cero

• Repetibilidad/Reproducibilidad: Los términos repetibilidad y reproducibilidad se utilizan para describir la capacidad del transductor para producir la misma salida después de aplicar varias veces el mismo valor de entrada. Cuando ya no se logra obtener la misma salida después de aplicar el valor de entrada, el error se expresa como un porcentaje de salida a rango total.

Figura 5: Repetibilidad con respecto al rango total, el valor máximo menos el valor mínimo obtenido y esto lo multiplicamos por 100 .

• Estabilidad: la estabilidad de un transductor es su capacidad para producir  la misma salida cuando se emplea para medir una entrada constate en un periodo. Para describir el cambio en la salida que ocurre en ese tiempo, se utiliza el termino "deriva". Esta se puede expresar como un porcentaje de rango de salida total. El termino "deriva del cero" se refiere a los cambios que se producen en la salida cuando la entrada es cero.

Figura 5: Estabilidad térmica de un sensor

• Banda/tiempo muerto: la banda muerta o espacio muerto de un transductor es el rango de valores de entrada durante los cuales no hay salida. Por ejemplo, en la fricción de rodamiento de un medidor de flujo con rotor significaría que no se produce salida hasta que la entrada alcanza cierto umbral de velocidad. El tiempo muerto es el lapso que transcurre desde la aplicación de una entrada hasta que la salida empieza a responder y a cambiar.
• Resolución: Cuando la entrada varía continuamente en todo el rango, las señales de salida de algunos sensores pueden cambiar a pequeños intervalos. Un ejemplo es potenciómetro con devanado de alambre: la salida aumenta escalonada conforme el deslizador del potenciómetro pasa de una vuelta de el devanado a otro. La resolución se puede definir con el cambio mínimo del valor de la entrada que es capaz de generar un cambio observable en la salida.  Por ejemplo, la resolución de un potenciómetro con un devanado de alambre podría ser de 0.5°, o tal vez un porcentaje de la desviación a escala total. Para aquellos sensores que trabajan con salida digital, como por ejemplo aquellos basados en comparadores y amplificadores operacionales (sensor de humedad, lumínico etc.), el cambio mínimo de la señal de salida sería de un bit. Por lo tanto un sensor que produzca un string de datos de N bits, es decir, un total de 2 elevado a la N bits, la resolución se puede expresar como 1/2 elevado a la N.

Figura 6: Resolución entre bloques de lectura de un sensor visual

• Impedancia de salida: en algunos casos cuando la salida del sensor lo vinculamos a un circuito electrónico, es necesario conocer la impedancia de salida que este posee, dado que ésta se va a conectar en serie o en paralelo con el circuito. Esta impedancia tendería a modificar el circuito electrónico y por tal motivo nos distorsionaría la lectura real de la señal. Este tema lo podremos ejemplificar prácticamente en un post posterior.

Para ver la primera parte a través del siguiente link: Teoría de sensores y transductores Parte #01

Escrito por: Breismam Alfonso Rueda Díaz

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XiuaElectronics: Teoría de sensores y transductores Parte #01

Buenos días amigos!, en el día de hoy veremos un post acerca de los sensores y transductores; de como escogerlos adecuadamente con base en sus características y demás elementos necesarios que hay que tener en cuenta.

Teoría de sensores y transductores

Un sensor es aquel elemento que nos proporciona una señal con respecto a una cantidad de cualquier fuente que ese este midiendo. Por ejemplo, en el caso que estemos utilizando un sensor para medir temperatura mediante resistencia eléctrica, lo que hará este sensor es leer un cambio de temperatura y este cambio será transformado a través de de un resistor o la resistencia de un material propio de dicho sensor; esto lo que hará es al momento de aplicar un voltaje y generar un cambio en la resistencia del material nos hará variar nuestro voltaje aplicado y por consiguiente esa variación es lo que utilizaremos para poder relacionar el cambio de temperatura con respecto a la variación de voltaje. En algunos casos se utiliza el termino transductor en vez de sensor. Los transductores son elementos que al someterlo a un cambio físico experimenta un cambio relacionado. Es decir, que en un sistema de medición se pueden usar transductor además de sensores, esto por que experimentan un cambio físico que no siempre estará relacionado o será utilizado para la medición sino para la transformación de señales o de respuesta a la variación física en que se encuentre sometido el elemento.

Terminología del funcionamiento parte #01

Para poder escoger o diseñar correctamente un sensor o un transductor lo que debemos hacer es tener en cuenta las diferentes características que tienen estos, por consiguiente lo que haremos ahora es ver algunos términos necesarios sobre el tema.

• Rango y margen: el rango de un transductor define los limites entre los cuales puede variar la entrada. El margen es el valor máximo de la entrada menos el valor mínimo. Por ejemplo, un sensor tiene un rango de lectura de velocidad de 0Km a 200Km y un marguen que sería 200Km-0Km= 200Km.

• Error: el error es la diferencia entre el resultado de una medición  y el valor verdadero de la cantidad que se mide. Para calcular el error sería el valor medido menos el valor real. Por ejemplo si tenemos una olla caliente y sabemos que esta a 45°C y el valor medido por un sensor es de 46°C entonces el marguen de error sería 46°C-45°C= 1°C; entonces el marguen de error sería de un grado centigrado (1°C).

• Exactitud: la exactitud es el grado hasta el cual un valor producido por un sistema de medición podría estar equivocado. Es por lo tanto, igual a la suma de todos los errores posibles más el error de la exactitud de la calibración del transductor. Por ejemplo, si la exactitud de un instrumento para medir temperatura se especifica como un valor de más o menos 2°C, la lectura en el instrumento esta dada entre más 2°C y menos 2°C del valor real. Es común expresar la exactitud como un porcentaje de la salida a rango total, o como desviación a escala total.  Un ejemplo sería el medir la temperatura de una persona y decir que esta esta más o menos a 18°C es decir se encuentra entre valores aproximados a 18°C o mínimamente superiores a 18°C. 

• Sensibilidad: la sensibilidad es la relación que índica qué salida se obtiene por unidad de entrada, es decir, salida/entrada. Por ejemplo, un termómetro de resistencia puede tener una sensibilidad de 0.5 ohm/°C. Es frecuente que este termino también se utilice para indicar sensibilidad de otras entradas, además de la que se mide, por ejemplo, a cambios ambientales. Entonces, puede haber sensibilidad del transductor a los cambios en la temperatura del ambiente, o quizás a las fluctuaciones en el suministro de voltaje de la linea comercial. Puede que un transductor para medir tiene sensibilidad de +0.1%°C de la lectura por °C de cambio en la temperatura.   

Para ver la continuación a través del siguiente link: Teoría de sensores y transductores Parte #02

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XiuaElectronics: Como eliminar el rebote generado por los pulsadores.

Como eliminar el rebote generado por los pulsadores.

Buenos días estimados lectores.

En el día de hoy vamos a tocar un tema muy importante y que muchos desconocemos  al momento de implementar un nuevo proyecto electrónico y/o eléctrico, y se trata del rebote que genera internamente los pulsadores de los circuitos electrónicos..

Figura 1

Rebote en interruptores mecánicos

Un problema que presentan los interruptores mecánicos es el del rebote de los interruptores. Cuando un interruptor mecánico se mueve para cerrar contactos, ya sea de tipo pulsadores u otro que supla esta función de conmutación manual, lo que sucede internamente es que un contacto se acerca a otro para poder así dar paso al flujo de corriente por el conductor tocándose el uno al otro. muchas veces este tipo de contactos conductores son de una lamina metálica elástica y al poseer esta propiedad hace que se produzca un rebote; entonces el contacto puede rebotar varias veces como se puede observar en la figura 1.

Figura 2

Interruptor normalmente cerrado y normalmente abierto

En la figura 2 podemos observar internamente los contactos metálicos elásticos que dan paso a la corriente a través de él. Existen 2 tipos de pulsadores, el normalmente cerrado y el normalmente abierto; en este caso el que tiene mayor probabilidad de generar un rebote es el normalmente abierto. 

Por lo general una vez hayamos obturado el pulsador o interruptor en un lapso de 20 milisegundos se produce un rebote, (figura 1). En el momento que se genera el rebote, cada rebote se puede considerar un contacto del pulsador; por ejemplo supongamos que estamos viendo la televisión, y los botones del control remoto fueran de tipo pulsador, entonces por ejemplo al momento de subir el volumen del televisor, nos subirá mucho más de lo deseado al momento de obturar, ya que si obturamos una vez, seguidamente el rebote generará varias obturaciones internas y por consiguiente nos repetirá la pulsación haciendo que se suba demasiado el volumen, y esto es algo que no hicimos intencionalmente.

Para poder evitar este tipo de circunstancias, por lo general podemos recurrir a arreglos de tipo software o también a través del hardware. Por ejemplo si usamos un software, por ejemplo en un microcontrolador podemos programarlo para que en el momento de pulsar el interruptor tenga que haber un lapso de 20 milisegundos de flujo de corriente por entre los contactos para así internamente el microcontrolador lo pueda tomar como una pulsación. Las pulsaciones que duren menos serán descartadas por este.  Un ejemplo de código sería:

• A través de software...

int i= 0;
LED= LATBbits.RB1= 0;

if (PORTBbits.RB0 == 1)
{
   i= i++;
}

if (i == '20')
{
  LED == 1; 
}

• A través de hardware...

Figura 3

Aunque en el anterior código hipotéticamente dijimos que el conteo se produce en milisegundos, en un microcontrolador no lo hará a no ser que que tengamos en cuenta el tiempo según la frecuencia en la que esta trabajando el microcontrolador y el tiempo que tienen de procesamiento las instrucciones. Lo anterior es un programa muy sencillo de implementar, aunque hay varios microcontroladores que tienen en cuenta esto. Además los pulsadores que se diseñan actualmente los hacen pensado en eliminar este efeto no deseado.

Figura 4

En el caso que no requeramos utilizar un microcontrolador y aún así necesitemos utilizar un pulsador de este tipo es necesario evitar el rebote a través de un flip-flop (circuito astable). (Figura 3).

La figura 3 muestra un circuito que elimina el rebote producido por un interruptor de tipo UPDT, el cual se basa en el empleo de un flip flop de SR (set-reset). Por ejemplo cuando S esta en 0 y R en 1 con salida de 0. Cuando el interruptor pasa a su posición inferior, al principio S se convierte en 1 y R en 0, lo que produce una salida 1. Un rebote que cambia S de su valor 1 a 0 a 1 a 0, etc, no se altera la salida. véase tabla de funcionamientos flip-flop de SR. Para eliminar el rebote de un interruptor UPDT se puede utilizar el flip flop tipo D. (Figura 4).

En la figura 4 se muestra que la salida del flip flop cambia solo cuando la señal del reloj también cambia. Es decir, si se elije un periodo de reloj mayor que el tiempo de duración del rebote, digamos 20 milisegundos, la señal de rebote serán ignoradas.

Escrito por: Breismam Alfonso Rueda Díaz
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XiuaElectronics: Medidor de continuidad casero profesional para uso industrial

Medidor de continuidad casero profesional para uso industrial

Buenas noches amigos.

En el día de hoy vamos a ver como hacer un medidor de continuidad casero de tipo profesional, para uso industrial. 

Nosotros sabemos que actualemnte un multimetro tiene un medidor de continuidad incorporado, pero el problema de esto es que no siempre vamos a necesitar el multimetro, esto es un problema para cuando nuestro multimetro es muy grande. Además de esto, en algunos trabajos que necesitamos medir desde un punto remoto a otro y las puntas dle multimetro no nos alcanza, el llevar un multimetro sería algo no optimo; por tal razón vamos a ver como crear un medidor de continuidad de manera eficaz, que posea un buen alcance, además de esto que sea resistente a los golpes y sea práctico y ergonomico. Vamos a empezar a ver algunas preguntas necesarias antes de explicar como fabricar este medidor.

¿Cúal es la diferencia entre un medidor de continuidad casero y el que viene por defecto incluido en el multimetro?

La diferencia de uno al otro es básicamente que el que esta incluido en el multimetro posee un circuito el cual amplifica la señal y la corriente. Además de esto posee un comparador el cual por decirlo de alguna manera, previene que hayan interferencias de voltajes dentro del circuito que se esta midiendo. Para el caso de medidor de continuidad casero, este básicamente se trata de enviar una tensión y al momento de cerrar un lazo, energizará un buzzer o un parlante el cual emitirá un sonido. Este último no es recomendado para hacer mediciones de continuidad dentro de circuitos microelectrónicos por motivo de que los componentes pueden ser susceptibles a la tensión generada por el medidor. Para estos casos es mejor usar el multimetro y su medidor de continuidad que lleva incorporado. Por otra parte es recomendable usar el casero para comprobar cables de instalaciones de redes eléctricas en los domicilios, en la parte industrial, y demás elementos que no sean susceptibles a la tensión.

Materiales para hacer un medidor de continuidad casero para uso industrial

Los materiales que vamos a utilizar son:

• Cinta aislante
• Amarres plasticos T4
• Marcador gastado o inservible
• Puntilla o tornillo con un diametro no superior a la circunferencia de la punta del marcador
• Buzzer
• 2 pilas AAA
• Cable
• Cautín y soldadura
• Broca de 1/8
• Taladro o motortool
• Pistola de solicona (opcional)

Una vez tengamos estos materiales procederemos a armar nuestro medidor de continuidad como se ve en los  siguientes vídeos:

Escrito por: Breismam Alfonso Rueda Díaz



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XiuaElectronics: Curso LDMicro y PIC16F877 Ladder para pic

Curso LDMicro y PIC16F877 (Ladder para pic) #10: UART + ADC

Que tal amigos?

En el día de hoy les traigo el decimo tutorial de programación de microcontroladores PIC con lenguaje LADDER,  lenguaje para la programación de PLC; en la parte de automatización industrial; afortunadamente para los amantes de los micros, se desarrollo un compilador el cual soportara este lenguaje para la programación de microcontroladores; este compilador es LDMicro..

En este tutorial aprenderemos a como realizar una comunicación serial con LDMicro. Para este caso lo que plantearemos de proyecto es que a través del conversor analogico digital estudiado en la clase #8, leeremos un voltaje y este voltaje lo traduciremos a un valor en decimal y porteriormente lo mostraremos en un monitor serial.

Antes que nada es necesario mencionar que al igual que en programación en C para los microcontroladores, LDMicro tiene que inicializar el conversor analogico digital e igualmente las rutinas pertinentes a la comunicación serial. Por lo anterior es necesario crear en C un algoritmo de ciclo indefinido. Afortunadamente el lenguaje C nos proporciona una funcion con esta característica, se trata de la función while(); pero aquí hay un inconveniente, y es que en LDMicro no hay una instrucción que se asemeje a while. Tranquilos amigos, nada esta perdido; para solucionar esto lo que me ideé fue el utilizar los temporizadores que nos proporciona nuestro compilador de ladder para crear un arreglo o por decirlo mejor un algoritmo que se asemeje a la función while().

En esta clase no explicaré funciones nuevas del compilador, por que los que han seguido mi curso al pie de la letra deberá saber ya la teoría pero si vamos a veer solo una instrucción que de por si es muy sencilla y se trata de "insertar cadena formateada a la UART" o su homolog en ingles " insert a formatted string to the UART".

Bueno, esto es todo lo necesario para proceder a ver el vídeo de esta clase y así entender como funciona.

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Fuentes:

• http://cq.cx/ladder.pl
• https://electgpl.blogspot.com/2016/05/manual-de-uso-para-plc-con-ldmicro.html

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