Profesorado

Dr. Juan José González de la Rosa y Manuel Sanmartín de la Jara

Situación

Prerrequisitos

Fundamentos de Cálculo, Física, Electrónica Analógica y Digital.

Contexto dentro de la titulación

En el último curso de la titulación, es determiante la formación
en el manejo
de instrumentos electrónicos con el fin adaptarse con facilidad
a un entorno
empresarial exigente en habilidades cognitivas pluridisciplinares

Recomendaciones

Seguimiento de la asignatura diario o casi diario con énfasis en
las
experiencias prácticas y de laboratorio. Los temas están
elaborados en pdf y
no
es necesario emplear tiempo en tomar apuntes literales de la
lección del
profesor. Es una asignatura emnentemente experimental.

Competencias

Competencias transversales/genéricas

- Trabajo grupal en equipo: toma de medidas, preaparación de la
sesión de
medida y organización del trabajo de laboratorio.
- Responsabilidades profesionales en la emisión de informes
técnicos.

Competencias específicas

• Cognitivas(Saber):

  - Tipos de instrumentos electrónicos y aplicaciones.
  - Tipos de sensores y aplicaciones.
  - Acondicionamiento de la señal analógica para transductores.
  - Propagación del error en instrumentación.

• Procedimentales/Instrumentales(Saber hacer):

  - Elaboración de informes de mediciones.
  - Puesta en marcha de equipor electrónicos de medida.
  - Conexión de sensores.
  - Conexión de instrumentos programables.
  - Configuración de tarjetas de adquisición de señales.
  - Conexión de señales a tarjetas según patrones.
  - Programación de instrumentos virtuales

• Actitudinales:

  - Necesidad de actualización de conocimientos.
  - Rigor en la elaboración de informes y diseño de soluciones
  de
  medida

Objetivos

Estudiar el funcionamiento de los equipos de medición electrónicos,
sus campos
de aplicabilidad y los criterios de selección de los instrumentos
basados en
sus características estáticas y dinámicas.
•  Relacionar estos principios operativos con los circuitos que
realizan
dichas funciones.
•  Relacionar las especificaciones técnicas de los equipos con
las
limitaciones prácticas de los componentes y circuitos que los
integran.
•  Modelar las fuentes de ruido y establecer medidas para su
atenuación.
•  Analizar y diseñar un equipo de adquisición de datos.
•  Comprender los principios físicos de traducción de
magnitudes físicas.
•  Establecer criterios de selección de sensores.
•  Instalar sensores para la detección de movimiento y
presencia basados
en principios fotoeléctrico, capacitivo e inductivo.
•  Instalar sensores de distintas magnitudes físicas
(temperatura, campo
magnético, presión atmosférica, pulso, radiación) en una unidad de
adquisición
de datos (data logger). Manejar una aplicación (programa
informático) de
gestión de datos.
•  Diseñar aplicaciones de instrumentación virtual.
•  Programar instrumentos controlables IEEE-488.2 y RS232.
Diseñar
interfaces de control en C++ y Test-Point.

Programa

UD1. INSTRUMENTOS ELECTRÓNICOS DE MEDIDA: Aborda el estudio de los
diagramas de
bloques y circuitos que incluyen los instrumentos electrónicos de
medida. Un
tema de introducción a los equipos de instrumentación estudia sus
características estáticas y dinámicas. El multímetro digital se
aborda a lo
largo de toda la asignatura mediante problemas que incluyen
modelado de
interferencias conductivas, cálculo de factor de rechazo al modo
serie y
análisis de convertidores analógico/digitales. En el tema 1, desde
el primer
momento se trata al CAD como el elemento estrella de un instrumento
electrónico, que limita su velocidad y resolución. Posteriormente,
en la UD2 se
tratarán los distintos modelos y se razonarán las limitaciones
prácticas o
límites operativos, que residen en su topología. El microprocesador
se incluye
en el diagrama de bloques de un instrumento electrónico moderno y
se establece
la conexión con otras asignaturas de la titulación donde se deben
programar
estos dispositivos; que en los instrumentos no controlables que
constan de
funciones automáticas aparecerían ya programados, y opacos al
usuario.

UD2. ADQUISICIÓN DE SEÑALES: En este bloque temático se tratan los
aspectos
relativos al muestreo y cuantificación de señales, así como la
etapa frontal y
los procesos de conversión A/D y D/A. En ella, no es necesario
dedicar un
capítulo al acondicionamiento de señales de entrada; la atención se
centra en
la etapa frontal de adquisición de señales y, en especial en la
conversión
analógica/digital. Ello se debe a que el acondicionamiento se ha
estudiado en
asignaturas anteriores u otras unidades didácticas de
Instrumentación
Electrónica, quedando todos los conceptos difuminados por la
signatura que nos
ocupa.

UD3. SENSORES Y TRANSDUCTORES: Durante esta Unidad Didáctica se
tratan los
sensores y transductores con una doble perspectiva. Por una parte,
se describen
a modo de repaso los principios físicos de transducción y los
campos de
aplicabilidad industriales. En segundo lugar, se trata al sensor en
el seno de
un circuito de acondicionamiento que determina las características
o
especificaciones de la cadena de medida diseñada.

TEMA 1. CARACTERÍSTICAS DE LOS INSTRUMENTOS ELECTRÓNICOS

Descripción de objetivos: Este primer capítulo se diseña con el fin
de formar
en la caracterización de los instrumentos electrónicos de medida.
En primer
lugar se realiza una introducción a la Instrumentación Electrónica
en la que
se plantea el problema de seleccionar un instrumento electrónico en
función del
balance coste/prestaciones. A continuación, se analizan las
características
estáticas y dinámicas de los instrumentos. Este análisis se realiza
tomando
como punto de partida los límites operativos de los equipos de
adquisición de
datos actuales e incluyendo ejemplos de tarjetas de adquisición de
señales y
multímetros digitales.
Conocidos los límites operativos de los instrumentos se
describe el
error interno asociado a la medida, y se aprende a cuantificar la
precisión de
un instrumento y a distinguirla de la repetibilidad y la resolución.
Finalmente,  se tratan las fuentes externas de error entre
las que se
incluyen varios tipos de interferencias. Esto permite retomar el
hilo de las
interferencias en un tema posterior, con más facilidad y dando una
visión de
conjunto de la asignatura.

Programa [4 horas]:
1  INTRODUCCIÓN
2  CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS Y DINÁMICAS DE LOS INSTRUMENTOS
ELECTRÓNICOS:
LÍMITES OPERATIVOS EN MULTÍMETROS DIGITALES Y EQUIPOS DE
ADQUISICIÓN DE SEÑALES
2.1  Rango o campo de medida
2.2  Resolución
2.3  Sensibilidad
2.4  Velocidad: frecuencia de muestreo
2.5  Errores por “fuga espectral”
2.6  Error en Instrumentación Electrónica
2.6.1 Precisión y calibración
2.6.2 Error sistemático. Errores de ganancia y de offset
2.6.3 Repetibilidad, resolución y precisión
2.6.4 Evaluación del error en los instrumentos electrónicos
2.7  Fuentes de error externas
2.7.1 Interferencias de la red
2.7.2 Interferencias electromagnéticas
2.7.3 Resistencia de las conexiones
2.7.4 Fuerzas electromotrices térmicas
2.7.5 Carga de la impedancia de entrada
2.7.6 Tiempos de estabilización: Capacidades parásitas
2.7.7 Interferencias de modo común. Lazos de tierra
2.7.8 Errores asociados a señales periódicas: Factores de cresta

Bibliografía Básica y Complementaria: La primera parte de [Rosado
et al., 2002]
constituye un trabajo ad hoc para documentar teoría y problemas de
este tema,
con énfasis expreso en la cuantificación del error en
Instrumentación. El tema
de multímetros digitales de [Pallás, 1987] también constituye una
buena fuente
de ejemplos de cuantificación del error. [Wolf & Smith, 1992] se
considera
importante en su forma de clasificar las interferencias y de
cuantificar sus
efectos mediante ejemplos que incluyen circuitos electrónicos.
[Tektronix,
2001] ofrece un complemento de datos técnicos y figuras que en la
faceta del
solapamiento y los errores por fuga espectral. El capítulo dedicado
a
interferencias de [Pallás, 1987] se considera un complemento a esta
parte del
tema.

TEMA 2. OSCILOSCOPIOS

Descripción de objetivos: En primer lugar se razona la necesidad
del
instrumento realizando una reseña histórica y estableciendo sus
funciones. A
continuación, se clasifican los osciloscopios y se establecen los
criterios de
selección basados en sus características estáticas y dinámicas, y
en la
tecnología de fabricación del instrumento. A partir de este punto,
se estudia
el funcionamiento de las distintas unidades del instrumento
mediante el trazado
de las señales que procesan y analizando sus funciones
electrónicas. En el
estudio de la unidad de deflexión vertical permite se analiza el
cálculo del
tiempo de subida real de la señal, enlazando con el estudio de las
sondas.
Los osciloscopios digitales se enmarcan en el estudio de la
frecuencia de
muestreo máxima (concepto que se utilizará con mucha frecuencia lo
largo de
todos los temas de la asignatura), y de su relación con la
profundidad de
memoria. Se indican al alumno las posibilidades de transferencia de
datos a
otros dispositivos, que serán tratadas en prácticas de laboratorio.

Programa [3 horas]:
1  RESEÑA HISTÓRICA, FUNCIÓN DEL OSCILOSCOPIO Y CRITERIOS DE
CLASIFICACIÓN
2  HOJA DE CARACTERÍSTICAS DE UN OSCILOSCOPIO. CRITERIOS DE
SELECCIÓN
3  DIAGRAMA DE BLOQUES, SUBSISTEMAS Y FUNCIONAMIENTO CUALITATIVO
4  TUBO DE RAYOS CATÓDICOS. COMPONENTES Y PRINCIPIOS OPERATIVOS
4.1  Generación termoiónica del haz electrónico y enfoque
electrostático
4.2  Placas de desviación del haz electrónico
4.3  Pantalla y rejilla
5  UNIDAD DE DEFLEXIÓN VERTICAL
5.1  Velocidad y ancho de banda. Mediciones de tiempos de subida
5.1.1 Relación entre el tiempo de subida y el ancho de banda
5.1.2 Tiempo de subida real. Fuentes de error
5.2  Elementos y circuitos del sistema de deflexión vertical
5.2.1 Selector del tipo de acoplamiento
5.2.2 Atenuador compensado
5.2.3 Preamplificador y amplificador principal
5.2.4 Línea retardadora
6  UNIDAD DE DEFLEXIÓN HORIZONTAL
6.1  Generador de barrido
6.2  Circuito de disparo. Necesidad de sincronismo
6.3  Doble base de tiempos
7  SONDAS
7.1  Circuito equivalente. Compensación
7.2  Sondas activas y pasivas
8  OSCILOSCOIPIOS DIGITALES
8.1  Diagrama de bloques
8.2  Relación entre la frecuencia de muestreo y la profundidad de
memoria
8.3  Transferencia de datos al PC: RS232 y GPIB

TEMA 3. FRECUENCIMETROS Y CONTADORES

Programa [3 horas]:
1  INTRODUCCIÓN
2  FUNCIONES
2.1  Modo de operación frecuencímetro
2.2  Modo de operación periodímetro
2.3  Error de puerta. Mejora de la resolución y precisión en el
modo
periodímetro
2.4  Frecuencia de cruce
2.5  Promediado de periodos
2.6  Medidas de cocientes de frecuencias
2.7  Medida de intervalos de tiempo
2.8  Modo totalizador
3  OTRAS FUNCIONES QUE PUEDE INCORPORAR UN CONTADOR CONVENCIONAL
3.1  Contadores normalizadores y contadores controladores (preset
counters)
3.2  Contadores con preescalado
3.3  Contadores con preselector
4  CONTADORES AUTOMÁTICOS PARA MICROONDAS
4.1  Convertidor heterodino
4.2  Oscilador de transferencia

TEMA 4. MEDIDORES DE IMPEDANCIA Y PARÁMETROS
DE COMPONENTES

Programa [3 horas]:
1  PLANOS DE MEDIDA DE LA IMPEDANCIA Y ADMITANCIA
1.1  Representaciones gráficas
1.2  Factores de calidad y de disipación
2  CIRCUITOS EQUIVALENTES SERIE Y PARALELO DE COMPONENTES
2.1  Resistencia y reactancia
2.2  Condensador y resistencia
2.3  Inductor y resistencia
2.4  Relación entre parámetros de ambos modelos
3  MODELADO DE COMPONENTES Y SU DEPENDENCIA CON LA FRECUENCIA
3.1  Modelos reales de componentes
3.2  Curvas del condensador en función de la frecuencia:
Reactancia e
impedancia
4  DISCREPANCIAS EN LAS MEDIDAS
4.1  Factores de dependencia del componente
4.1.1 Nivel y frecuencia de la señal de test
4.1.2 Punto de operación: tensión, corriente
4.1.3 Factores ambientales
4.2  Valor verdadero, efectivo e indicado
4.3  Fuentes de error externas
5  TÉCNICAS DE MEDIDA
5.1  Deflexión: Basados en la ley de Ohm
5.2  Desequilibrio de un puente
5.3  Circuitos resonantes
5.4  Sondas I-V
5.5  Reflectometría en el dominio del tiempo
5.6  Criterios de selección de la técnica de medida
5.6.1 Frecuencia
5.6.2 Impedancia del dispositivo
5.6.3 Precisión
6  INSTRUMENTO DE LABORATORIO HM 8018

TEMA 5. GENERADORES Y SINTETIZADORES DE SEÑALES

Programa [3 horas]:
1  FUNCIÓN Y CLASIFICACIÓN
2  GENERADORES DE FUNCIONES MATEMÁTICAS
2.1  Esquema de bloques
2.2  Lazo de realimentación no lineal
2.3  Control de al simetría de la señal
3  GENERADORES DE PULSOS
3.1  Esquema de bloques
4  OSCILADORES CONTROLADOS POR TENSIÓN (VCO)
4.1  Esquema de bloques
4.2  El circuito 566
4.2.1 Montaje del circuito básico
4.2.2 Relación matemática frecuencia-tensión
4.2.3 Formas de ondas
5  SINTETIZADORES DE FRECUENCIA BASADOS EN EL LAZO DE ENGANCHE
DE FASE
(PLL)
5.1  El lazo de enganche de fase
5.1.1 Rangos de captura y de enganche.
5.1.2 Ecuaciones y espectro
5.1.3 El circuito 565. Montaje experimental
5.2  Síntesis indirecta
5.2.1 Concepto
5.2.2 Esquema de bloques

TEMA 6. INTERFERENCIAS

Programa [3 horas]:
1  INTERFERENCIAS, SUSCEPTIBILIDAD, COMPATIBILIDAD
2  TIPOS DE SEÑALES SEGÚN SUS TERMINALES
3  AMPLIFICADORES DE AISLAMIENTO
3.1  Concepto. Factor de rechazo al modo aislado
3.2  Símbolos y ecuaciones. Ejemplo
4  ACOPLO CAPACITIVO O ELÉCTRICO
4.1  Formación de la interferencia en el circuito susceptible.
Apantallamiento
4.2  Calculo de capacidad parásita y cuantificación de la señal
de
interferencia
5  ACOPLO INDUCTIVO Y ACOPLO ELECTROMAGNÉTICO
5.1.1 Inducción mutua y eliminación por pares trenzados
5.1.2 Interferencias por radiación electromagnética
6  LAZOS DE TIERRA
6.1  Recordatorio del concepto y parámetros involucrados
6.2  Técnicas de eliminación
6.3  Lazos de tierra por acoplo capacitivo
6.4  Cuantificación de efectos del lazo de tierra en un circuito
6.4.1 Identificación del lazo de tierra en una configuración
genérica
6.4.2 Efectos de conexión del blindaje del cable al instrumento
6.4.3 Estudio de varios tipos de interferencias en un circuito de
medida de
temperatura basado en termopar

TEMA 7. INSTRUMENTOS ELECTRÓNICOS PROGRAMABLES
(GPIB; NORMA IEEE-488.2)

Programa [3 horas]:
1  ANTECEDENTES E INTRODUCCIÓN
2  CONCEPTOS GENERALES SOBRE GPIB
3  EL ESTÁNDAR IEEE-488. EVOLUCIÓN Y SITUACIÓN ACTUAL
4  ESPECIFICACIONES TÉCNICAS. PROPIEDADES DEL BUS
4.1  Direcciones y estructura de la interconexión
4.2  Velocidad de transferencia máxima
4.3  Longitud del cable
4.4  Modo de transferencia de datos y mensajes
4.5  Funciones de la interfaz
4.6  “Handshake”
4.7  Líneas de control general
5  LÍNEAS DE TRANSMISIÓN DE SEÑAL
5.1  Líneas de datos
5.2  Líneas de control de transferencia de datos (handshake)
5.3  Líneas de control general de la interfaz

UNIDAD DIDÁCTICA 2. ADQUISICIÓN DE SEÑALES

TEMA 8. MUESTREO Y CUANTIFICACIÓN

Programa [3 horas]:
1  CADENA DE MEDIDA: MARGEN DINÁMICO Y RELACIÓN SEÑAL RUIDO
2  ESTRUCTURAS BÁSICAS DE EQUIPOS ELECTRÓNICOS DE ADQUISICIÓN
DE SEÑALES
2.1  Unidades de alto y bajo nivel
2.2  Unidades centralizadas y descentralizadas
2.3  Equipos de medida con varios buses. Tarjetas de adquisición
de datos
2.3.1 Arquitectura: Cadena de medida, temporizadores, interfaz con
bus PCI,
circuitos de control y programación
3  MUESTREO DE SEÑALES
3.1  Introducción al análisis de Fourier
3.2  Muestreo natural o real
3.2.1 Espectro de la señal muestreada
3.2.2 Solapamiento o “aliasing”
3.3  Muestreo ideal uniforme
3.3.1 Frecuencia de Nyquist
3.3.2 Teorema de Shannon
3.4  Muestreo de señales moduladas en amplitud (pasa-banda)
3.5  Muestreo repetitivo secuencial
4  CUANTIFICACIÓN
4.1  Cuantificación uniforme
4.1.1 Concepto y ejemplos
4.1.2 Relación señal/ruido de cuantificación
4.2  Cuantificación no uniforme
4.2.1 Planteamiento del problema y soluciones

TEMA 9. ETAPA FRONTAL

Programa [3 horas]:
1  PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. MULTIPLEXADO POR DIVISIÓN DEL
TIEMPO (TDM)
2  INTERRUPTORES ANALÓGICOS
2.1  Definición y tipos
2.2  Parámetros
3  MULTIPLEXORES ANALÓGICOS
3.1  Esquema interno y tipos
3.2  Parámetros y errores
3.3  Extensión del número de canales
4  MATRICES DE CONEXIÓN
5  AMPLIFICADORES PROGRAMABLES
6  CIRCUITOS DE MUESTREO Y RETENCIÓN (S&H)
6.1  Estructura y ejemplo de circuito basado en amplificadores
operacionales
6.2  Parámetros y errores
6.2.1 Errores en los estados de muestreo y retención
6.2.2 Errores en las transiciones entre estados

TEMA 10. CONVERSIÓN DIGITAL/ANALÓGICA
Y ANALÓGICA/DIGITAL

Programa [5 horas]:
1  CONVERTIDORES DIGITAL/ANALÓGICOS (CDA)
1.1  Situación en la cadena de adquisición de señales
1.2  Principios operativos del CDA
1.2.1 CDA de resistencias ponderadas
1.3  CDA de 8 bits. Simulación con PSPICE
1.4  Parámetros y tipos de CDA
1.4.1 Características de entrada
1.4.2 Características de salida
1.4.3 Características de transferencia
1.5  Convertidor R-2R
1.6  Ejemplo de diseño. Selección del CDA ZN426
2  CONVERTIDORES ANALÓGICO/ DIGITALES (CAD)
2.1  Situación en la cadena de adquisición de señales
2.2  Principios operativos del CAD
2.2.1 Ejemplos de operación
2.2.2 Parámetros estáticos
2.3  Tipos de CAD
2.3.1 CAD de doble rampa
2.3.2 CAD de aproximaciones sucesivas
2.3.3 CAD de arrastre (tipo “tracking”) o servoconvertidor
2.3.4 CAD de comparadores en paralelo
2.3.5 CAD sigma-delta
2.4  Parámetros de un CAD
2.5  Ejemplo de diseño

UNIDAD DIDÁCTICA 3. SENSORES Y TRANSDUCTORES

TEMA 11. SENSORES, TRANSDUCTORES Y SU TRATAMIENTO

Programa [1,5 horas]:
1  CONCEPTOS, CLASIFICACIONES y TIPOS
1.1  Sensor vs. Transductor
1.2  Transductores Activos (Generadores) y Pasivos (Moduladores)
1.3  Sensores Primarios
2  TRANSDUCTORES NO LINEALES. LINEALIZACIÓN
2.1  Causas de la no linealidad
2.2  Condición de linealidad. Ejemplo del NTC
3  DEMODULACIÓN SÍNCRONA EN SENSORES DE ALTERNA

TEMA 12. TRANSDUCTORES DE DESPLAZAMIENTO LINEAL E
INTERRUPTORES DE POSICIÓN

Programa [1,5 horas]:
1  POTENCIÓMETRO RESISTIVO
2  TRANSFORMADOR LINEAL VARIABLE DIFERENCIAL (LVDT)
2.1  Descripción física y fundamento de operación
2.2  Expresiones de la tensión de salida
3  INDUCTIVOS
4  CAPACITIVOS
5  SENSORES DE DEFORMACIÓN: GALGAS EXTENSIOMÉTRICAS
5.1  Principio operativo
5.2  Puentes de medida con sensores de deformación
6  PIEZOELÉCTRICOS
7  CODIFICADOR LINEAL
8  ÓPTICOS: INTERFEROMETRÍA LÁSER, BASADOS EN FIBRAS ÓPTICAS
9  SENSORES DE RANGO: ULTRASÓNICOS Y FOTOELÉCTRICOS
10  INTERRUPTORES DE POSICIÓN
10.1  Electromecánico
10.2  Fotoeléctrico
10.3  Basado en el efecto Hall

TEMA 13. TRANSDUCTORES DE DESPLAZAMIENTO ANGULAR

Programa [1,5 horas]:
1  POTENCIÓMETRO ROTATORIO
2  TRANSFORMADOR ROTATORIO VARIABLE DIFERENCIAL (RVDT)
2.1  Descripción física y fundamento de operación
2.2  Expresiones de la tensión de salida
3  CODIFICADORES ANGULARES: INCREMENTALES Y ABSOLUTOS
4  TRANSFORMADOR VARIABLE
5  RESOLVER
6  SYNCRO
6.1  Descripción física y fundamento de operación
6.2  Expresión de la señal de salida

TEMA 14. TRANSDUCTORES DE VELOCIDAD Y ACELERACIÓN

Programa [1,5 horas]:
1  TRANSDUCTORES DE VELOCIDAD
1.1  Transductores electromagnéticos de velocidad lineal
1.2  Tacómetros basados en generadores electromagnéticos
1.1.1  Tacómetros generadores de corriente continua
1.1.2 Tacómetros generadores de inducción en corriente alterna
1.1.3 Tacómetros de imán permanente de corriente continua
1.3  Tacómetros electromagnéticos de rotor dentado
1.4  Tacómetros electro/ópticos
1.5  Otros tacómetros
1.5.1 Tacómetros capacitivos
1.5.2 Tacómetros basados en sensores de deformación
2  ACELERÓMETROS
2.1  Elementos del transductor
2.2  Tipos de acelerómetros
2.2.1 Capacitivos
2.2.2 Piezoeléctricos
2.2.3 Potenciométricos
2.2.4 Reluctivos (basados en LVDT)
2.2.5 Servoacelerómetros
2.2.6 Basados en sensores de deformación

TEMA 15. TRANSDUCTORES DE TEMPERATURA

Descripción de objetivos: Este capítulo estudia los transductores
de
temperatura más extendidos en los equipos electrónicos de medida.
Después de
describir brevemente el concepto de temperatura y los efectos
parásitos
asociados a la masa térmica, se realiza un estudio comparativo de
los
transductores de temperatura resistivos, haciendo énfasis en sus
coeficientes
de temperatura y los errores asociados a los hilos de conexión al
equipo de
medida. Por último, se analizan los circuitos integrados lineales y
los
termopares. Los primeros se emplean en aplicaciones que requieran
condiciones
de linealidad, bajo consumo y precisión. Los segundos, aunque con
un principio
físico sencillo, requieren configuraciones de medida que aseguren
un
temperatura de referencia y eviten la formación de termopares
parásitos.
Por tanto, se realiza un tratamiento que va desde la
generalidad del
hasta la especialización del circuito integrado y el termopar,
abordando la
problemática de la conexión del transductor al circuito de medida.

Programa [2 horas]:
1  INTRODUCCIÓN
1.1  Temperatura
1.1  Masa térmica y transferencia parásita de calor (“termal
shunting”)
2  DETECTORES DE TEMPERATURA RESISTIVOS (RTD)
2.1  Características y principio operativo
2.2  Configuraciones de medida
2.2.1 Método de dos hilos: Errores
2.2.2 Puente de Wheatstone con el método de los tres hilos
2.2.3 Método de los cuatro hilos
2.3  Calentamiento por efecto Joule
2.4  Conversión de resistencia a temperatura
3  TERMISTORES
3.1  Principio de operación y características
3.2  Configuración de medida
3.3  Conversión de resistencia a temperatura
4  CIRCUITOS INTEGRADOS LINEALES COMO SENSORES DE TEMPERATURA
5  TERMOPARES
5.1  Principio de operación y características
5.2  Configuraciones de medida
5.3  Linealización
5.4  Tipos
5.4.1 Metales base
5.4.2 Metales nobles
5.4.3 Otros tipos

TEMA 16. TRANSDUCTORES DE PRESIÓN

Programa [2 horas]:
1  SENSORES PRIMARIOS
1.1  Diafragmas
1.2  Cápsulas
1.3  Fuelles
1.4  Tubos Bourdon
2  TIPOS
2.1  Capacitivos
2.2  Inductivos
2.3  Reluctivos (LVDT)
2.4  Resistivos
2.5  Basados en sensores de deformación
2.6  Piezoeléctricos

TEMA 17. MEDICIÓN DEL FLUJO

Programa [2 horas]:
1  MEDIDORES DE PRESIÓN DIFERENCIAL
2  BASADOS EN DISPOSITIVOS MECÁNICOS
3  BASADOS EN LA MEDIDA DEL FLUJO TÉRMICO
4  MEDIDORES ELECTROMAGNÉTICOS
5  MEDIDORES ULTRASÓNICOS Y DOPPLER

PROGRAMA DE PRÁCTICAS DE LABORATORIO
Práctica 1. Osciloscopios HM 604 y HM 1004 (I). Multímetros
digitales HM 8011-3
y Promax MD 100: Temporizador 555 en modo astable (medidas de
parámetros de la
señal).
Elementos del osciloscopio. Calibración de sondas. Medidas de
magnitudes:
tensiones, frecuencias, períodos. Tiempo de subida. Medidas en
osciloscopios y
multímetros de valores eficaces y de pico de ondas senoidales,
cuadrada y
triangular. Generador de funciones. Supuesto práctico: Temporizador
555 en modo
astable; medida de parámetros de la señal generada.
Práctica 2. Osciloscopios HM 604 y HM 1004 (II). Medidor de
impedancias HM
8018: Resonancia serie y paralelo.
Desfases: función X-Y, comparación y medida de fases (figuras o
curvas de
Lissajous). Prácticas desfases condensador y bobina. Parámetros
adicionales
para el estudio de componentes pasivos: factor de calidad Q, factor
de
disipación D. Determinación de la frecuencia de resonancia (o
valores de L y/o
C) de circuitos serie y paralelo.


Práctica 3. Osciloscopios HM 604 y HM 1004 (III): Tests de
componentes.
Modulación en frecuencia.
Circuito de disparo y deflexión de tiempo. Disparo de señales de
vídeo.
Funcionamiento del ajuste variable de tiempo HOLD-OFF. Barrido
retardable/disparo AFTER/DELAY. Varios: salida diente de sierra,
salida Y.
Frecuencímetro: medidas de frecuencias, períodos y eventos. Test de
componentes. Medida de una modulación de amplitud.
Práctica 4. Osciloscopio digital HM 408:  Tiempo de rebote de un
relé y
modulación en frecuencia II.
Osciloscopios digitales. Funciones y circuitos A/D y D/A.
Prácticas: tiempo de
rebote de los contactos de un relé y captura de señales moduladas
en frecuencia
de difícil sincronización.
Práctica 5. Osciloscopios con doble base de tiempos .Osciloscopio
HM 1004 (IV):
Multivibrador astable integrado. Determinación de la frecuencia de
trabajo y
medidas de parámetros de la señal ayudados de la doble base de
tiempos.
Elementos del osciloscopio (IV).Osciloscopios con doble base de
tiempo. Medidas
de comparación de fases en el modo hold off. Ampliación de
transitorios de
señales y zonas de difícil visualización ayudados de la 2ª base de
tiempos.
Funciones y circuitos. Determinación práctica: 1.- Frecuencia de
trabajo de un
reloj (multivibrador astable integrado). 2.- Formas de ondas que
intervienen en
el circuito.
Práctica 6. Frecuencímetro/Contador de pulsos HM 8021-3: Contador
activado por
monostable.
Medición de frecuencias. Medición de períodos. Medición de
intervalos de tiempo
y anchuras de pulsos. Totalizador (contador de eventos). Montaje
experimental:
un circuito temporizador 555 controla una lógica combinacional que
proporciona
la cuenta del totalizador.
Práctica 7. Generador de impulsos HM 8035.
Ajuste de frecuencia. Ajuste de la duración del impulso. Señales
simétricas.
Disparo por impulso único. Toma de señales de salida. Señales
complementarias.
Entrada de señal de sincronismo. Control del tiempo de subida y
bajada.
Medición del sobreimpulso.
Práctica 8. El analizador lógico: Tren de impulsos arbitrario y
registro de
desplazamiento.
Analizador lógico. Funciones y circuitos. Práctica: Cuenta de
eventos para tren
de pulsos sin periodicidad, registro de desplazamiento.
Práctica 9. Amplificador de instrumentación: Simulación del
circuito integrado.
El amplificador de instrumentación AD623.
Características y funcionamiento en alterna y continua.
Práctica 10. Convertidores A/D y D/A.
Funcionamiento de diversos circuitos CAD y CDA en entrenadores
electrónicos.
Simulaciones con Electronics Workbench y mediciones reales en
entrenador de
prototipos.


Práctica 11. Transductores industriales de presencia y
posicionamiento.
Estudio de transductores fotoeléctricos (acoplamiento de fibras
ópticas),
inductivos y capacitivos para la detección de presencia y medida de
posicionamientos. Medidores de nivel. Sensores namures.
Transductores de dos,
tres y cuatro hilos.
Práctica 12. Equipo de adquisición de datos de transductores.
Descripción de la consola de adquisición de datos (data logger).
Modos de
funcionamiento. Programa informático de gestión e interpretación de
los datos.
Supuestos prácticos.
Práctica 13. Transductor de temperatura ambiental.
Descripción y características del transductor (rangos y velocidad
de
respuesta). Conexión al equipo de adquisición de datos. Calibración
por
programación. Interpretación de resultados. Algunas aplicaciones
(liberación de
energía, curvas de enfriamiento, leyes de los gases).
Práctica 14. Transductor de presión atmosférica (sensor
barométrico).
Descripción y características del transductor (rangos y velocidad
de
respuesta). Conexión al equipo de adquisición de datos. Calibración
por
programación. Interpretación de resultados.
Práctica 15. Transductor de infrarrojos.
Descripción y características del transductor (rangos y velocidad
de
respuesta). Conexión al equipo de adquisición de datos. Calibración
por
programación. Supresión de la radiación de fondo. Interpretación de
resultados.
Práctica 16. Transductor de pulsos (sensor biomédico).
Descripción y características del transductor (rangos y velocidad
de
respuesta). Conexión al equipo de adquisición de datos. Calibración
por
programación. Interpretación de resultados. Medición del pulso.
Práctica 17. Transductor de campo magnético.
Descripción y características del transductor (rangos y velocidad
de
respuesta). Conexión al equipo de adquisición de datos. Calibración
por
programación. Interpretación de resultados. Medición del campo
magnético en el
interior de un solenoide.
Práctica 18. Tarjetas de Adquisición de Señales.
Características, instalación, configuración y modos de
funcionamiento. Conexión
de sensor de temperatura.
Práctica 19. Instrumentación virtual.
Diseño y programación de instrumentos virtuales con LabView y Test-
Point.
Conexión de transductores a tarjetas de adquisición de datos.
Práctica 20. Instrumentación programable RS-232 y GPIB.
En primer lugar, se comprueba el funcionamiento de diversos
instrumentos
programables con un interfaz MS-DOS que incorpora el fabricante de
la tarjeta
controladora IEEE-488.2. A continuación se diseñan interfaces con
Visual C++,
lenguaje de alto nivel y Test-Point, lenguaje específico de
Instrumentación
Electrónica. El control RS232 se realiza con Test-Point y Basic en
el
osciloscopio HM407-2.

Actividades

Los profesores de la asignatura forman parte del Grupo de
Investigación en
Instrumentación Electrónica Aplicada y Técnicas de Formación (TIC-
168) de la
Universidad de Cádiz. En la página web del grupo se encuentran los
materiales
de esta y otras asignaturas.
Dirección completa:
http://www2.uca.es/grup-invest/instrument_electro/
Se realizan prácticas de laboratorio,simulaciones con distintos
programas de
instrumentación electrónica y e-learning

Metodología

Debido a su carácter práctico, la exposición de los temas se
realiza mediante
ejemplos numéricos y gráficos. Los problemas elevan el nivel de los
ejercicios
numéricos resueltos en teoría. Las clases de laboratorio permiten
afianzar los
conocimientos adquiridos en el aula, por lo que se recomienda
anotar todos los
pasos desarrollados en cada experiencia. A continuación se exponen
los
criterios de diseño de las tres unidades didácticas de la
asignatura.

Distribución de horas de trabajo del alumno/a

Nº de Horas (indicar total): 200

• Clases Teóricas: 45  
• Clases Prácticas: 45  
• Exposiciones y Seminarios: 10  
• Tutorías Especializadas (presenciales o virtuales):
  • Colectivas:  
  • Individules: 10 (aut�o)  
• Realización de Actividades Académicas Dirigidas:
  • Con presencia del profesorado: 10  
  • Sin presencia del profesorado: 20 (aut�o)  
• Otro Trabajo Personal Autónomo:
  • Horas de estudio: 40 (aut�o)  
  • Preparación de Trabajo Personal: 20 (aut�o)  
  • ...

    Con la
    implantación
    del Espacio
    Europeo
    de Educación
    Superior el
    concepto de
    crédito
    va a cambiar, ya
    no
    va a computar sólo
    la duración de las
    clases impartidas
    por el profesor,
    sino el volumen de
    trabajo total que
    el estudiante debe
    realizar para
    superar la
    asignatura e
    incluirá,
    - Las horas de
    clase teóricas y
    prácticas
    - El esfuerzo
    dedicado al estudio
    - La preparación y
    realización de
    exámenes
    En resumen, el
    valor del crédito
    pasará de 10 horas
    de clase a entre
    25
    y 30 horas de
    trabajo.
    Esta manera de
    valorar el crédito
    universitario se
    conecta con la
    idea
    de que el
    estudiante sea el
    centro y principal
    actor del sistema
    universitario
    europeo.
    

     
• Realización de Exámenes:
  • Examen escrito: 4 (aut�o)  
  • Exámenes orales (control del Trabajo Personal): 6 (aut�o)  

Técnicas Docentes

Con la implantación del Espacio Europeo de Educación
Superior el concepto de crédito va a cambiar, ya no va a
computar sólo la duración de las clases impartidas por el
profesor, sino el volumen de trabajo total que el
estudiante debe realizar para superar la asignatura e
incluirá,
- Las horas de clase teóricas y prácticas
- El esfuerzo dedicado al estudio
- La preparación y realización de exámenes
En resumen, el valor del crédito pasará de 10 horas de
clase a entre 25 y 30 horas de trabajo.
Esta manera de valorar el crédito universitario se conecta
con la idea de que el estudiante sea el centro y principal
actor del sistema universitario europeo.

Criterios y Sistemas de Evaluación

La asignatura se estructura en dos exámenes parciales y los
correspondientes
finales. El examen consta de tres tipos de ejercicios:

1.- Preguntas de teoría: Incluyen definiciones, pequeñas
demostraciones y
clasificaciones.
2.- Cuestiones experimentales: Relativas a la operación de los
instrumentos de
banco, pretenden que el alumno “suplante” al instrumento dibujando
las señales
que deberían representar o los datos que debería mostrar bajo
ciertas
condiciones de ajuste o “set up” proporcionadas en el enunciado del
problema y
que corresponden a ajustes reales de los paneles de los
instrumentos.
3.- Problemas: Incluyen circuitos electrónicos de equipos de
instrumentación,
acondicionamiento de señal y sensores y transductores y, en
general, circuitos
de procesado de señal.

Cada alumno debe presentar al final de cada cuatrimestre una
memoria de
prácticas basada en los guiones entregados por los profesores.

Recursos Bibliográficos

Bibliografía básica
COOPER, W.D. & HELFRICK, A.D. (1991). Instrumentación Electrónica
Moderna y
Técnicas de Medición. Prentice-Hall Hispanoamericana.
KEITHLEY INSTRUMENTS INC. (2002). IEEE-488 Interface Boards. User´s
Manual.
Cleveland, Ohio, EE.UU.
NORTON, H.N. (1987). Handbook of Transducers. Prentice Hall,
Englewood Cliffs,
New Jersey.
PALLÁS ARENY, R. (1987). Instrumentación Electrónica Básica.
Marcombo, Boixareu
Editores.
PALLÁS, R. (1993). Adquisición y Distribución de Señales. Marcombo.
Boixareu
Editores. Barcelona.
Constituye un compendio de todas las configuraciones de sistemas de
adquisición
de datos. Destaca por la profundidad con que aborda el análisis del
acondicionamiento de señales, mediante la inserción de ejemplos que
permiten
relacionar la adquisición de datos con los circuitos integrados
mixtos.
Asimismo, el muestro de señales se trata con un adecuado formalismo
matemático.
PALLÁS ARENY, R. (1989). Transductores y Acondicionadores de Señal.
Marcombo,
Boixareu Editores.
ROSADO, L. y COLABORADORES. (1997, 1998, 1999, 2000, 2001).
Didáctica de la
Física y sus Nuevas Tendencias. Julio de 1997 y 1998, septiembre de
1999, 2000
y 2001. UNED. Madrid.
TEKTRONIX. (2001). Manuales de usuario del osciloscopio TDS 210 y
módulos de
extensión.
WOLF, S. & SMITH, R.F.M. (1992). Guía para Mediciones Electrónicas
y Prácticas
de Laboratorio. Prentice Hall Hispanoamericana S.A. México,
Englewood Cliffs.

Bibliografía complementaria
COUGHLIN, R. y DRISCOLL, F. (1993). Amplificadores Operacionales y
Circuitos
Integrados Lineales. 4ª Edición. Prentice-Hall Hispanoamericana.
México.
CREUS, A. (1995). Instrumentación Industrial. Marcombo, Boixareu
Editores.
GONZÁLEZ DE LA ROSA, J.J. (2001). Circuitos electrónicos con
amplificadores
operacionales: Problemas, Fundamentos Teóricos y Técnicas de
Identificación y
Análisis. Marcombo, Boixareu Editores. Barcelona.
GONZÁLEZ, J.J., LIÑÁN, M. y MARTÍN, S. (2000). Metodología de
Formación Basada
en la Incorporación de la Instrumentación Virtual Aplicada a la
Enseñanza de la
Distorsión Armónica. Actas del IV Congreso Internacional TAEE
(Tecnologías
Aplicadas a la Enseñanza de la Electrónica). Bellaterra-Barcelona,
septiembre
de 2000.
HUMPHRIES, J.T. y SHEETS, L.P. (1996). Electrónica Industrial.
Dispositivos,
Máquinas y Sistemas de Potencia Industrial. Editorial Paraninfo.
Madrid.
MANDADO, E., MARIÑO, P. Y LAGO, A. (1995). Instrumentación
Electrónica.
Marcombo, Boixareu Editores.
PALLÁS ARENY, R. et al. (1995). Sensores y Acondicionadores de
Señal.
Prácticas. Universitat Politècnica de Catalunya. Barcelona.
PEPPERL+FUCHS, HAMEG, Documentación Técnica de Equipos de
Laboratorio.
SIEMENS (1987). Componentes Electrónicos. Marcombo, Boixareu
Editores.