Errores en medición y curva de Histéresis

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Errores en medición y curva de Histéresis

JOSÉ MIGUEL PARDO ARIAS, JUAN CAMILO URREA, CHARLES SARRIA PÉREZ.

Resumen—En este laboratorio se tomaron diferentes medidas de un circuito utilizando un potenciómetro como sensor de volumen, de acuerdo a la variación del potenciómetro, se podía concluir que, a mayor resistencia, menor cantidad de agua en el tanque, siendo esto inversamente proporcional en nuestro caso.

De acuerdo con los datos obtenidos, pasamos a realizar un análisis estadístico (para hallar error relativo, alcance, etc…) mostrándonos si este sensor es óptimo esta práctica.  

Palabras claves—sensor, potenciómetro, medidas, estadístico.

1. INTRODUCCIÓN

El Sensor de nivel es un dispositivo electrónico que mide la altura del material, generalmente líquido, dentro de un tanque u otro recipiente.

Integral para el control de procesos en muchas industrias, los Sensor de nivel se dividen en dos tipos principales. Los Sensor de nivel de punto se utilizan para marcar una altura de un líquido en un determinado nivel prestablecido. Generalmente, este tipo de sensor funciona como alarma, indicando un sobre llenado cuando el nivel determinado ha sido adquirido, o al contrario una alarma de nivel bajo. Los sensores de nivel continuos son más sofisticados y pueden realizar el seguimiento del nivel de todo un sistema. Estos miden el nivel del fluido dentro de un rango especificado, en lugar de en un único punto, produciendo una salida analógica que se correlaciona directamente con el nivel en el recipiente. Para crear un sistema de gestión de nivel, la señal de salida está vinculada a un bucle de control de proceso y a un indicador visual.

Nuestro sensor usa una palanca simple, un extremo de ella está adaptado al potenciómetro, y el otro está sujeto a una bola de hicopor, la cual nos sirve para indicar a que altura del tanque se encuentra el líquido. De acuerdo con el nivel del agua este sensor mostraba una variación resistiva inversamente proporcional, la cual medimos con un potenciómetro colocando las dos puntas en los lugares donde el potenciómetro varía.

Dependiendo del potenciómetro y del tamaño del tanque, nos daremos cuenta si este sistema es aceptable o no, dado el caso de que, si el potenciómetro es de una grande escala, necesitaremos un tanque más grande.

1. OBJETIVOS

*) Objetivo General: Identificar si el sensor potenciómetro utilizado es el indicado para trabajar en este sistema.

*) Objetivos específicos:

- Visualizar y capturar los datos de llenado y de vaciado del tanque.

- Con dichos datos, aplicar diferentes fórmulas para hallar valores estadísticos.

- Obtener una representación gráfica de la Histéresis del sistema, reflejando el comportamiento del sensor.

1. MARCO CONCEPTUAL

Para desarrollar esta práctica, fue necesario adquirir los siguientes materiales; un recipiente de 23 cm de alto, un potenciómetro de 10 KΩ y una escala de medida milimétrica que se utilizó para tomar la medida de resistencia a cada nivel del agua que se iba aumentando y luego utilizamos este mismo proceso, pero de manera contraria para vaciar el recipiente y tomar las respectivas medidas.

1. DESARROLLO Y PROCEDIMIENTOS

Para el desarrollo de este laboratorio fue necesario seguir los siguientes pasos:

1. Acoplarle un potenciómetro en la cima de un recipiente vidrio de mínimo 15.5cm.

1. A la barra que baria la resistencia del potenciómetro, ajustarle un extremo de un palo de madera pequeño, que no sea del mismo largo del recipiente.
2.  Al otro extremo del palo, juntarle una bola de icopor que servirá como flotador.

1. Con una regla visualizar los valores de un metro, desde 1cm hasta 15.5cm, sin despreciar los milímetros, y pegarle está a un extremo del recipiente, en donde sea de fácil visibilidad.

1. Configurar un multímetro para que mida resistencia, en la escala de KΩ, ya que el potenciómetro es de 5KΩ

1. Conectar las dos puntas del multímetro a dos puntas del potenciómetro, sin que estas toquen el agua.

1. Ajustar el multímetro para que este en su menor valor posible con el recipiente vacío

1. Comenzamos a llenar lentamente el recipiente con

Agua.

1. Cada vez que el flotador, avance 0.5 centímetros, anotaremos el valor mostrado en el multímetro.

1. Hacemos esto hasta que el flotador llegue a la altura máxima del tanque, en nuestro caso es de 15.5cm.

1. Después, procedemos a vaciar el tanque lentamente, escribiendo los valores entregados por el multímetro cada vez que el flotador baje un milímetro.

1. Hacemos esto hasta que el flotador toque la base del recipiente.

1. Repetimos este proceso tres veces.

1. Escribimos todos los datos obtenidos en una tabla en Excel para usar sus herramientas de cálculo y hallar fácilmente los valores de interés, tales como promedio, desviación estándar, etc...

1. Teniendo terminada la tabla, procedemos a usar la herramienta promedio de Excel, y hallamos el promedio de todos los llenados.

1. Hacemos este mismo proceso para hallar el promedio de todos los vaciados

1. Teniendo ya todos los promedios de llenado y de vaciado, procedemos a sacar el promedio total, o sea, los promedios de llenado y de vaciado.

1. Luego, usamos otra de las herramientas de excel para hallar el valor máximo de todos los datos tomados (llenado1, vaciado1, llenado2, vaciado2, llenado3, y vaciado3).

1. Con los valores máximo y mínimo, hallamos el alcance, o sea, al valor máximo le restamos el mínimo.

1. Luego procedemos a hallar el error relativo, para hacerlo, usamos una herramienta de excel llamada DESVEST que significa desviación estándar, hallamos la desviación estándar de todos los llenados y todos los vaciados.

1. Teniendo la DESVEST de todos los valores, multiplicamos ese valor y lo dividimos por el alcance, de esta manera hallamos el error relativo, la formula seria esta:

• *(DESVEST (llenado y vaciado) *100) /ALCANCE)

1. Luego, hallamos el error absoluto, para hacerlo, usamos la herramienta promedio de excel, y hallamos el promedio del error relativo

1. Con el promedio hallado, lo dividimos entre cien, y así hallamos el error absoluto.

1. Después, usamos la herramienta máxima para hallar el valor máximo de todos los promedios de llenado y vaciado.

1. A continuación, hallamos el porcentaje de histéresis, para esto usamos la herramienta DESVEST, y hallamos la desviación estándar de todos los promedios de llenado y de vaciado.

1. Con la DESVEST de todos los promedios obtenida, la multiplicamos por 100 y lo dividimos por su respectivo máximo de llenado y vaciado, la formula seria así:

(DESVEST (promedio de llenado y vaciado) *100) /MAX de llenado y vaciado

1. Luego usamos la herramienta máxima para hallar el valor máximo de todas las histéresis.

1. Después hallamos el 4% del alcance para saber si el potenciómetro que usamos es el apropiado para trabajar en este, multiplicamos el alcance obtenido por 0,04. En nuestro caso el potenciómetro no es el indicado.

VI. CONCLUCIONES

Según los datos obtenidos, podemos concluir que el potenciómetro usado no es el adecuado para trabajar en este sistema, ya que el 4% del alcance (SPAN) es menor que la histéresis máxima.

Según los valores obtenidos por la gráfica de la histéresis, los datos fueron tomados correctamente y la gráfica es aceptable, ya que R^2 dio un valor cercano a uno.

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