R0064 : Calibración de sensores mediante LabView
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1. n CALCULAR Con el bot n INFORME se env an todos los datos obtenidos a un fichero para utilizarlos una vez finalizada la pr ctica en la creaci n del informe de pr cticas 2 2 Informe de pr cticas realizado en MathCad UNIVERSIDAD DEL PAIS VASCO EUSKAL HERRIKO UNIBERTSITATEA Datos Calibrados Alumnos Fecha Linealidad Husteresis Hora Datos Sin Calibrar Linealidad Histeresis NivelReal Repetibilidad Linealidad a Histeresis 1 NivelReal Repetibilidad 1 Repetibilidad Precision 1 Linealidad 4 Histeresis q Repetibilidad 4 a Cl 4 C2 4 Fig 5 Plantilla del informe de pr cticas Esta plantilla representa todas las gr ficas presentes en la misma de forma autom tica Esto es posible debido a que esta plantilla est vinculada a otro fichero realizado en Mathcad en el cual est n presentes todos los datos obtenidos en la pr ctica En esta plantilla se tienen que rellenar los datos de los alumnos fecha y hora de realizaci n de la pr ctica as como las conclusiones que obtengan tras realizar la misma Finalmente los alumnos deber n entregar esta plantilla debidamente completada y los ficheros con los datos obtenidos durante la ejecuci n de la pr ctica 3 SISTEMA COMPLETO DE INSTRUMENTACI N Pu AA ES a RO a S VEY Fig 6 Imagen del montaje completo del sistema de inst2. 8 34 49 99 40 59 62 59 76 59 68 60 76 50 68 81 69 61 68 76 70 2 60 76 58 77 16 76 7 77 78 70 83 79 84 22 83 81 84 58 80 89 67 90 45 89 97 90 77 90 95 34 96 01 95 51 96 02 100 99 69 99 79 99 72 99 8 Tabla1 Datos de los niveles en los ciclos de llenado y vaciado con el sistema sin calibrar En segundo lugar se presentan los datos correspondientes a la captaci n de medidas de llenado y de vaciado cuando el captador est calibrado Nivel Primer Primer Segundo Segundo Real Llenado Vaciado Llenado Vaciado 0 1 46 1 97 2 03 2 04 10 8 85 9 59 8 84 9 56 20 18 5 19 08 18 34 18 86 30 28 84 30 49 28 46 29 4 40 40 44 40 92 40 09 41 27 50 50 84 51 69 50 8 52 29 60 61 32 62 4 61 52 62 6 70 71 31 72 31 71 71 72 31 80 81 14 81 74 81 05 81 82 90 90 42 90 5 89 81 90 63 100 96 76 96 93 96 79 96 93 Tabla2 Datos de los niveles en los ciclos de llenado y vaciado con el sistema calibrado Mediante las tablas 1 y 2 se observa que en la mayor a de las mediciones se obtiene una mayor exactitud una vez calibrado el sistema de medici n de nivel de l quido Pero en la Tabla3 se ve cual de los par metros es el que mejora la precisi n del sistema de medida Sin Calibrar Calibrado Linealidad 21 37 1 53 Hist resis 0 87 1 73 Repetibilidad 0 98 0 64 Precisi n 21 41 2 40 Tabla3 Comparaci n de los par metros Con el sistema de calibraci n se obt
3. BIBLIOGR FICAS 1 Manual de usuario MD 544 Alecop 2 ACL 8112 series Data Acquisition Cards User s Guide ADLINK 3 L zaro A M LabVIEW Programaci n gr fica para el control de instrumentaci n Paraninfo 1996 ISBN 8428323399 4 Pritchard P J Mathcad A Tool for Engineering Problem Solving McGraw Hill s BEST 1999 ISBN 0 07 012189 3
4. CALIBRACI N DE SENSORES MEDIANTE LABVIEW I igo Aguirre Maria Concepci n S enz I igo Javier Oleagordia Manuel Angel Vicente Universidad del Pa s Vasco Euskal Herriko Unibertsitatea jitoagpoi sc ehu es RESUMEN Con este documento pretendemos dar a conocer una de las pr cticas que se llevan a Cabo en la EUITI de Eibar En esta pr ctica integramos sensores acondicionadores de se al tarjeta de adquisici n de datos y visualizaci n mediante ordenador El sistema de instrumentaci n propuesto est formado por una fuente de alimentaci n DC E3631A de Agilent controlada por la tarjeta GPIB una maqueta MD 544 de Alecop que posee captadores de caudal y nivel de l quidos un sistema modular de acondicionadores espec ficos para dichos captadores una tarjeta de adquisici n de datos ACL 8112HG de ADLink donde se recogen las se ales provenientes de los acondicionadores y un ordenador en el que se visualizan las se ales de la tarjeta de adquisici n de datos mediante el programa de instrumentaci n virtual LabView Adem s utilizaremos el programa MathCad para realizar las operaciones matem ticas pertinentes representar las gr ficas del comportamiento y presentar los resultados del estudio del sistema de instrumentaci n Con los valores de tensi n que aporta el conjunto sensor acondicionador para distintos niveles de l quido se obtienen las caracter sticas de linealidad hist resis repetibilidad y precisi n as com
5. iene una notable mejor a en la linealidad y por lo tanto en la precisi n debido a que la precisi n obedece a la ecuaci n EC 2 En cambio en cuanto en la hist resis y la repetibilidad no se obtiene ninguna mejor a Precision sl Linealidad Histeresis Re petibilidad Ec 2 Ecuaci n de la precisi n A continuaci n se representar n las gr ficas correspondientes a la linealidad en los casos de sistema no calibrado y sistema calibrado comparando los datos con los niveles reales Linealidad Linealidad 100 a s a a NLlenarl NLlenarl NivelReal 50 L Niele 50 0 0 0 20 ao 0 0 100 0 20 ao 0 0 100 HrrelFeal HrvelFeal ici Hivel Llenadol 02 Mivel Llenadol T Ge alldeal Be alldeal Fig 9 Curvas del nivel medido comparando con la se al de nivel ideal En la gr fica de la izquierda se puede ver que el nivel de llenado no corresponde con el nivel real mientras que en la gr fica de la derecha con el captador calibrado el nivel de llenado es pr ximo al nivel real 6 CONCLUSIONES Esta metodolog a ayuda a los alumnos a comprender el objetivo de los sistemas de instrumentaci n comprobando la operatividad de los captadores mediante la obtenci n de sus caracter sticas realizando un tratamiento de la se al mediante un modelo matem tico y adem s tendr n un primer contacto con la instrumentaci n virtual que ser estudiada en temas posteriores 7 REFERENCIAS
6. la Universidad del Pa s Vasco est numerado por zonas haciendo coincidir la numeraci n con la secuencia de ejecuci n de la pr ctica En la zona 1 est el control de la fuente de alimentaci n De todos los controles disponibles presentamos nicamente el control del nivel de tensi n con la opci n de modificar de O a 10 voltios y el control de la corriente m xima con la posibilidad de modificar de O a 1 amperio En la zona 2 aparece un indicador simulando el dep sito con el nivel del mismo en tanto por ciento de llenado La zona 3 presenta tres valores C0 C1 y C2 que corresponden a los coeficientes de calibraci n del sistema sensor acondicionador Colocando el selector en la posici n Sin calibrar el dep sito representar el valor de nivel sin calibrar Para poder representar los valores de nivel calibrados previamente es necesario ejecutar lo correspondiente a las zonas 4 y 5 y posteriormente colocar el selector en la posici n Calibrado En la zona 4 se realiza una captaci n cada vez que se produzca una variaci n del 10 de nivel y durante dos ciclos de llenado y vaciado La pantalla indicar la nube de puntos obtenida en el proceso de llenado o vaciado indicado La zona 5 realiza el c lculo de la Hist resis Linealidad Repetibilidad Precisi n y de los coeficientes de calibraci n que aparecen en la zona 3 dejando el sistema de medida calibrado Todo esto se realiza nicamente pulsando el bot
7. n 100 hasta la divisi n O Estos datos se ir n almacenando en la segunda columna 10 Repetir los pasos del 6 al 9 y de ese modo se completar la tabla 11 Pulsar el bot n CALCULAR De este modo se obtienen los siguientes par metros Linealidad Hist resis Repetibilidad y Precisi n Adem s se obtienen los coeficientes CO C1 y C2 que sirven para calibrar el sistema de instrumentaci n Todos estos datos se ver n reflejados en las casillas reservadas para ellos 12 Pulsar el bot n INFORMES Al pulsar este bot n se almacena en un fichero los datos de la tabla la hist resis la linealidad la repetibilidad la precisi n y los coeficientes de calibraci n 13 Colocar el selector de los coeficientes de calibraci n en la posici n Calibrado De este modo realizamos un tratamiento de la se al debido a que a la se al del captador le aplicamos la siguiente ecuaci n NivelModificado C0 Cl1 NivelMedido C2 NivelMedido Ec 1 Ecuaci n de Calibraci n 14 Repetir los pasos del 3 al 13 y de este modo se finaliza la ejecuci n de la pr ctica 5 RESULTADOS En primer lugar se presentan los datos correspondientes a la captaci n de medidas de llenado y de vaciado cuando el captador est sin calibrar Nivel Primer Primer Segundo Segundo Real Llenado Vaciado Llenado Vaciado 0 7 87 8 39 7 23 9 10 23 01 23 73 22 3 24 8 20 37 12 37 37 36 23 38 25 30 49 24 49 41 4
8. o una f rmula matem tica que nos permita realizar un posterior tratamiento de la se al con el fin de calibrar el sensor Tras la realizaci n de un programa en LabView incorporaremos la f rmula anterior para obtener un comportamiento lineal del sistema completo de instrumentaci n Con esta pr ctica se pretende desarrollar un m todo anal tico implementado en un PC tal que a partir de medidas experimentales se establezcan diversos modelos matem ticos que determinan la operatividad del sistema objeto de an lisis y utilizar conjuntamente el hardware asociado a la instrumentaci n de campo con el software encargado de procesar la informaci n 1 EQUIPAMIENTO NECESARIO 1 1 Fuente de tensi n E3631A de Agilent La fuente de tensi n E3631A de Agilent proporciona tres se ales de tensi n continua 6V 5A 25V 1A y 25V 1A y adem s permite el control remoto debido a que est equipada con conectores GPIB y RS 232 Fig 1 Fuente DC y tarjeta GPIB 1 2 Maqueta de captadores y m dulo de acondicionadores La maqueta MD 544 de Alecop consta de 4 captadores de nivel tipo boya con potenci metro lineal de capacidad variable por ultrasonidos y presi n hidrost tica y 2 captadores de caudal por diferencia de presi n hidrost tica y por turbina Todos los captadores de la maqueta tienen su correspondiente acondicionador de se al que se sit an en los m dulos de acondicionadores De todos estos captadores seleccionaremo
9. rumentaci n 4 METODOLOG A A SEGUIR EN LA EJECUCI N DE LA PR CTICA 1 Realizar los montajes indicados en las figuras Fig 7 y Fig 8 CSS 547 CONTROL DE BOMBA FUENTE DC Fig 7 Esquema de conexi n para el control de la velocidad de la bomba ACONDINIV 547 NIVEL CAPACIDAD TARJETA ADQUISICI N Fig 8 Esquema de conexi n para la captaci n de la se al del sensor 2 Colocar el selector de los coeficientes de calibraci n en la posici n Sin Calibrar 3 Modificar el nivel del dep sito hasta el 0 Momento en el cual se debe ajustar el Offset potenci metro del acondicionador hasta que se visualice en la pantalla un nivel de 0 4 Activar la salida de la fuente a 10 voltios y cuando el dep sito est al 100 ajustar la ganancia hasta que se visualice en la pantalla un nivel de 100 5 Vaciar el dep sito por debajo del 0 6 Aplicar un voltaje de 4 voltios con la fuente DC para activar el circuito de la bomba 7 Durante el primer llenado del dep sito realizar las medidas con el bot n GUARDAR por cada incremento del 10 entre las divisiones O y 100 Estos datos se ir n almacenando en la primera columna de la tabla 8 Cuando el nivel supere la divisi n 100 de la escala desactivar el circuito de la bomba aplicando un voltaje de O voltios a la fuente DC 9 En el vaciado del dep sito realizar las medidas con el bot n GUARDAR por cada decremento del 10 desde la divisi
10. s el de nivel con capacidad variable para realizar primeramente el estudio de su comportamiento y posteriormente el calibrado del conjunto captador acondicionador HA Fig 2 Maqueta de captadores y m dulos de acondicionadores 1 3 Tarjeta de adquisici n de datos ACL 8112HG de ADLink La tarjeta de adquisici n de datos est formada por 16 Entradas anal gicas 2 salidas anal gicas 16 entradas digitales 16 salidas digitales y un contador de 16bits Para realizar esta pr ctica conectamos la se al de salida del circuito acondicionador del captador capacitivo con la entrada anal gica 1 Al1 Fig 3 Tarjeta de adquisici n de datos 2 SOFTWARE UTILIZADO 2 1 Interface de usuario realizado en LabView para realizar la pr ctica SISTEMA DE CALIBRACI N DE SENSORES 4 Captaci n de datos 100 0 A Nivell 19 Llenar 1 Vaciar 2 Llenar 2 Vaciar N N 40 2 Nivel 46 08 SD wN o eJ N co ON ajo o bes er 2 ar o i 20 400 A Pr ximo Ultimo 92 99 193 Nivela 0 Walor 9 00 Proceso 1 Llenar al guardar Guardado 3 Coeficientes de calibraci n 5 Par metros del captador a ARETES 21 87 Linealidad 7 Precisi n 0 0000 maass l0 87 1 Histeresis 21 41 S ooo 0 0076 0 98 Repetibilidad Fig 4 Interface de usuario para la realizaci n de la pr ctica 95 51 El interface de usuario realizado en
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