Universidad Nacional Tecnológica del Cono Sur de Lima

Ingeniería Electrónica y Telecomunicaciones

INSTRUMENTACION INDUSTRIAL

Laboratorio Nº 3

“CIRCUITO TRANSMISOR DE SEÑAL NORMALIZADA DE

PROCESO“

Alumno:

Pumacayo Flores, Jesús David

Profesor:

CARLOS SANCHEZ MARQUEZ

2013

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Laboratorio Nº 3

“Circuito transmisor de señal normalizada de proceso“

1.- Objetivos:

Que el estudiante implemente y conozca el trabajo de un transmisor de señal

normalizada (Intensidad de corriente entre 0-20mA), aplicando en la transmisión de

los procesos industriales.

Conocer las aplicaciones de los transmisores en el campo industrial.

2.- Fundamento teórico:

TRANSMISORES ELECTRÓNICOS:

Son aquellos que utilizan como energía señales eléctricas de 4-20 mA.

El principio básico a tomar en consideración en un transmisor Electrónico es que

reciben una señal de entrada o alimentacion 105-50Vcc mA y por medio del

proceso o variaciones del proceso la transforman a una señal de 4-15 mA, la cual

es transmitida para tomar las medidas preventivas o acciones tomadas por el

proceso de la instalación.

TRANSMISORES INTELIGENTES (los que envian señales normalizadas):

Hasta hace poco, los transductores y transmisores había sido de tipo analógico,

convirtiendo movimientos mecánicos y cambios en propiedades eléctricas en

señales normalizadas de 3-15 PSI. O 4-20 mA DC. Un nuevo tipo de transmisores,

basado en microprocesadores, ofrece una mayor capacidad y confiabilidad que sus

antecesores.

El microprocesador incorporado en el transmisor mejora la precisión y la

capacidad de comunicación. La exactitud total es mejorada eliminando las fuentes

principales de error en transductor; como lo son aquellas debido a los

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cambios de temperatura y presión estática. Con el poder del microprocesador es

posible ahora medir los efectos de la temperatura y la presión estática sobre cada

sensor, individualmente. Esto caracteriza a cada sensor utilizando formulas

complejas. El resultado es que se obtiene una exactitud aproximada de 0.1 %,

comparada con 0.3 % para transmisores analógicos. Este tipo de transmisores

ofrece además un modo de comunicación digital, que habré nuevas posibilidades

en las prácticas operacionales y de mantenimiento; otra de las ventajas de este

tipo de transmisores, es la posibilidad de poder verificar a distancia la calibración

del transmisor, ajustar el cero y cambiar la calibración

Son aquellos en los que la salida no tiene efecto sobre la acción de control. En

estos casos la salida no se utiliza como señal de retroalimentación.

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3.- Materiales:

Todos los componentes que conforman los circuitos, tales como:

Multímetro.

Protoboard.

Osciloscopio digital.

Conectores.

Transistor 2N3906.

Es un transistor de señal débil (baja potencia , bajo voltaje ), recomendado para

etapas de amplificación de señal y conmutación, con corriente de colector de

hasta 100mA.

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LF353.

Un solo chip LF353 contiene dentro de si, dos amplificadores operacionales.

Los amplificadores integrados en el LF353 y LF351 son idénticos. Ancho de

banda a ganancia unitaria: 4MHz (lo cual lo hace a

penas apropiado para aplicaciones de audio como

preamplificadores, ecualizadores, filtros activos,

etc.) Entrada JFET, lo cual le da una impresionante

impedancia de entrada de 12MOhms. (Ideal para

acoplar sensores u otros dispositivos de señal muy

débil).

Alimentación a fuente dual desde +/-6V (o a fuente sencilla de 12V) menos de

este valor causará una gran degradación en el ancho de banda y rango de

voltaje de salida, operable hasta +/-18V (o hasta 36V a fuente sencilla).

4.- Procedimiento.

CIRCUITO: “TRANSMISOR DE SEÑAL DE PROCESO”

¿COMO ES SU FUNCIONAMIENTO?

El circuito tiene tres etapas: La de entrada, la de calibración y la de la salida.

PRIMERA ETAPA (la entrada de la señal)

Cuando la señal de entrada varía entre 0 – 10 Vdc, el jumper J1 debe ser colocado

en la posición B. De esta forma el voltaje se acopla atreves de un seguidor o buffer

que lo recibe con alta impedancia de entrada y lo transfiere con ganancia unitaria

hacia la siguiente etapa del circuito.

Para todas las señales de entrada que sean menores de 10 Vdc, el circuito cuenta

con un amplificador no inversor con factor de amplificación variable entre 1 y 100.

Este último se ajusta mediante P1. Así se permite la lectura de señales de voltaje

típicas provenientes de sensores. Para que la señal pueda ser amplificada, el

jumper J1debe ser colocado en la posición A.

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SEGUNDA ETAPA (Calibración de la señal)

Una vez que la señal de entrada pasa por el amplificador o el buffer, se lleva hasta

la resistencia variable P2 que utiliza para dividir la tensión y de esta manera

permitir la calibración de la máxima corriente de salida, para el correspondiente

voltaje de entrada. Por medio de una tercera resistencia variable P3 que se

conecta entre +12 Vdc y tierra, se obtiene un nivel de tensión que se puede

modificar con el propósito de calibrar el mínimo valor de corriente de salida

asociado a la tensión de entrada más pequeña. En ambos casos, la tensión de

calibración positiva, proviene de la terminal móvil de las resistencias variables, se

acopla usando seguidores de tensión implementados con el circuito U1/U2 y

necesarios para un óptimo acople de impedancias con el circuito diferencial básico

de ganancia unitaria, configurado por tres resistencias R2 a R5 y el OPAMP U4.

Este último opera como un nodo de diferencia y se ocupa de sustraer la tensión

equivalente al ajuste de escala máxima (+vref) de la señal de entrada y entregar la

señal de salida (+Vo) que se requiere para modular la magnitud de la corriente de

salida en función del voltaje de entrada.

TERCERA ETAPA (Salida de la señal)

La última etapa es una fuente de alta corriente constante controlada por voltaje

que se ha diseñado para cargas conectadas a tierra, usando un OPAMP U3 y un

transmisor bipolar PNP con realimentación de emisor

Para generar la corriente constante en la salida del dispositivo (lo), se conecta la

salida del operacional con la base del transistor Q1 para que sea este el que

entregue dicha corriente de salida a través de su colector y no el OPAMP, que solo

tiene 10 mA de capacidad de corriente. Esto se garantiza siempre y cuando el

transistor elegido tenga ganancia de corriente hfe mayor a 100, para que la

corriente de base sea inferior a 1 mA. Debido a la realimentación de voltaje

negativa y a que la tensión presente entre las entradas positiva y negativa del

OPAMP es 0v la resistencia R6 recibe la diferencia entre el voltaje de alimentación

positivo (+12Vdc), y el de la salida (Vo), el cual determina la magnitud de la

corriente de acuerdo con la siguiente ecuación: lo=(12-Vo)/R6

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U5

OPAMP

U6

LF353

U2

LF353

U1

OPAMP

U4

LF353

U3

OPAMP

Q12N3906

R1

1k

R4

10k

R210k

R5

10k

R6460

0%

RV3

50k

49%

RV1

100k

63%

RV2

50k

SW?

SW-SPDT

R7

10

R310k

AM FM

+

-

mA

+5

.42

R6(1)

RV3(2)

Am

ps

+0

.02

A

B

C

D

Vo

lts

+0

.05

Q12N3906

mA

+2

3.0

SIMULACION DEL CIRCUITO

OBSERVACION:

En la simulación del circuito mostrado, al variar los potenciómetros

solo tenemos un máximo de 23mA, esto me demuestra que es muy

importante una transmisión de señal normalizada, ya que si es

mayor a la normalizada, podría afectar los procesos.

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GRÁFICAS DE LAS SEÑALES

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5.- Observaciones y conclusiones.

Con los potenciómetros el usuario puede regular las señales de entradas y/o salidas y

de acuerdo a la configuración de cada una, y estas actuaran como una resistencia

infinita.

La importancia de los amplificadores operacionales tanto en modo inversor,

sumador, diferencial, derivador.

Aparte del OPAMP resaltar la importancia del transistor puesto que este

dispositivo entrega la corriente de salida a través de su colector.