Presentación de resultados de las simulaciones de un transductor de un sistema de medición de nivel en un tanque.

RESUMEN: El presente proyecto presenta los resultados del diseño que se elaboró del transductor de voltaje-corriente para un sistema de medición de nivel de líquidos en un tanque de aplicación industrial, solo que el tanque empleado es a pequeña escala solo para cuestiones de simulación. Inicialmente, se optó por comenzar el diseño del convertidor de voltaje a corriente en el software de Multisim v.14.0 de National Instruments. Posteriormente a elaborar una tabla en la que se vaciaran los datos obtenidos de simulación de la relación voltaje-corriente respectivamente. Se colocaron los rangos más usados al momento de realizar pruebas físicas en el transductor como por ejemplo, 0% del voltaje a cuanta corriente correspondería, el 25%, el 50%, el 75% y el 100% por así decirlo. Estos parámetros fueron ingresados en la simulación de manera experimental una por una. Los resultados de las simulaciones fue positiva para lo que se pretende llevar a cabo de manera experimental en una placa electrónica y nos da una mejor visión para la implementación del prototipo.

PALABRAS CLAVE: Medición de nivel; Transductor de voltaje-corriente; Sensor ultrasónico.

ABSTRACT: This project presents the results of the design that were developed from a voltage-current transducer for a measuring system of level of liquids in a tank of industrial application, only that the employed tank is small scale only for issues of simulation. Initially, chose to begin the design of the voltage-current converter in Multisim software National Instruments v.14.0. Then, make a table in which the data obtained from simulation of the relationship voltage-current respectively are emptied. The most commonly used ranges were placed at the time of make physical tests in the transducer as for example: 0% of the voltage to how much current would correspond, 25%, 50%, 75% and 100% so to speak. These parameters were admitted in the simulation in an experimental way one by one. The results of the simulations were positive for what it is intended to carry out on an experimental basis in an electronic board and gives us a better vision for the implementation of the prototype.

KEYWORDS: Level measurement; voltage-current Transducer; ultrasonic sensor.

A medida que pasan los años  la tecnología se va innovando y esto en que se ve reflejado en el proyecto, a que anteriormente la medición de un tanque en alguna industria se tomaba manualmente y a consecuencia de eso algunos trabajadores sufrían algún tipo de accidentes o  tomaban mal las mediciones (no siendo precisos a la hora de tomar la muestra) esto perjudicaba de una u otra manera a la industria.

Ahora bien en pleno siglo XXI el proceso de detención de nivel en un tanque es detectandolo por medio de sensores eléctricos  lo cual establecen rangos que les permiten tener una buena lectura del tanque dependiendo del fluido o líquido a medir.

El sensor que se usará en el prototipo es un sensor ultrasónico HC-SR04 el cual se estableció debido a que transmite lecturas precisas a la hora de detectar cambios de movimientos de algún objeto, liquido sea el caso para la aplicación que se le está dando y además, porque es económico para el usuario y en proyectos como estos, sustituirlo por cualquier desperfecto se haría de manera rápida, ya que es muy fácil encontrarlo en el mercado hoy en día.

Este sensor lo usaremos para interpretar el nivel del tanque a una señal de voltaje que comprenderá un rango de 0 a 5 volts y a través del transductor que se diseñó nos permitirá tener en la salida un rango estándar dentro de la instrumentación industrial (4-20mA).

Como primero se hará mención de lo que conforma al transductor que se presenta en este trabajo de investigación. Los dispositivos y/o elementos que lo conforman son: Fuentes de alimentación simétricas variables, 4 amplificadores operacionales TL081, 1 transistor NPN BC547, 1 transistor PNP BC558, 2 resistencias de 100Ω, 2 resistencias de 1kΩ, 1 potenciómetro de 500Ω, 1 resistencia de 10kΩ, 2 potenciómetros de precisión 500Ω, 3 diodos 1N4007 y un amperímetro para hacer la medición de la corriente de salida.

Inicialmente, usamos el software de Multisim v.14.0 que nos permite simular circuitos electrónicos de forma verídica, a continuación se presentan los pasos que se llevaron a cabo para la simulación del transductor propuesto para el nuestro prototipo.

Se colocan los elementos que conforman el circuito, se conectan conforme al diseño propuesto y se hacen pruebas de manera experimental. [1]

Una vez hecho esto, se procede a realizar pruebas de simulación en el que se harán algunas mediciones de la corriente de salida (Iout) que dependerá de un voltaje (Vin) que nos proporcionara nuestro sensor ultrasónico. A continuación, se detallan las tres mediciones más importantes del convertidor para saber si nos es fiable llevarlo a la práctica, las cuales son al nivel mínimo del tanque (Cero), el valor medio del tanque y por último, el valor máximo (Span).

Para la prueba del nivel mínimo, del circuito propuesto se debe de establecer el voltaje de 0 volts en la fuente  llamada  Vin que corresponde al voltaje que nos proporcionaría el sensor ultrasónico cuando el nivel del tanque sea el Cero que se estableció.

Para la prueba del nivel medio, del circuito propuesto se debe de establecer el voltaje de 2.5 volts en la fuente  llamada  Vin que corresponde al voltaje que nos proporcionaría el sensor ultrasónico cuando el  nivel del tanque este a la mitad.

Para la prueba del nivel máximo, del circuito propuesto se debe de establecer el voltaje de 5 volts en la fuente  llamada  Vin que corresponde al voltaje que nos proporcionaría el sensor ultrasónico cuando el  nivel del tanque sea el Span que se estableció.

Anexar tablas y simulaciones hechas en Multisim que se describieron en la Metodología presentada anteriormente de forma detallada.

Se realizaron 3 mediciones, simulando el nivel mínimo, medio y máximo.

El nivel mínimo correspondería a 4 mA pero el valor simulado se obtuvo de 4.004 mA. El cual se alimentó en la entrada a 0V para así obtener un valor en corriente en la salida del convertidor.

 1. Simulación con Vin=0V obtenemos una Iout=4.004mA.

El nivel medio correspondería a 12 mA pero el valor simulado se obtuvo de 12.004 mA. El cual se alimentó en la entrada a 2.5 V para así obtener un valor en corriente en la salida del convertidor.

  2. Simulación con Vin=0V obtenemos una Iout=4.004mA.

El nivel máximo correspondería a 20 mA pero el valor simulado se obtuvo de 19.997 mA. El cual se alimentó en la entrada a 5 V para así obtener un valor en corriente en la salida del convertidor.

 3. Simulación con Vin=2.5V obtenemos una Iout=12.004mA.

Para establecer los valores de las corrientes se consideran los valores estándares establecidos por las industria las cuales son de 4 mA para el cero y 20 mA para el Span, para obtener estos valores se debe tener un voltaje de entrada en el convertidor el cual no los proporcionara el sensor ultrasónico, para el nivel mínimo se debe tener un valor de cero volts en la entrada para que obtengamos un valor en corriente de 4 mA en la salida, para el nivel medio se debe tener un voltaje de 2.5 volts en la entrada para que el convertidor tenga una salida de 12 mA y para el nivel máximo el sensor debe de generar un valor de 5 volts en la entrada para que el convertidor tenga un valor de 20 mA en la salida y así cumplir los valores establecidos.

Se concluye que se tienen pequeñas variaciones en los valores deseados ya que pueden afectar varios factores como la tolerancia de las resistencias, caídas de voltaje por parte de la fuente de alimentación, los valores de voltajes generadas por el sensor y por la temperatura en la que se encuentra el sistema.

[1]

n M. F. V. Monterrosas, «Convertidor-voltaje-corriente-voltaje,&raqu o; Orizaba,Ver..

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