MEDICION DEL NIVEL DE AGUA DE UN RECIPIENTE

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CALCULOS

Datos experimentales.

Debido a ciertas dificultades para adecuar el montaje mecánico del sensor de nivel, se optó por realizar la medición de la posición angular y relacionarla con la diferencia de potencial generada a la salida del sensor potenciométrico, en donde a medida que el potenciómetro varia se tiene un voltaje, que es directamente proporcional al ángulo que se tiene debido al comportamiento lineal de esté; esta región se presenta entre los ángulos 90 y 270.

Los datos experimentales son:

[pic 1]

En la siguiente grafica se muestra el comportamiento lineal del sensor:

[pic 2]

En donde se corrobora la linealidad que tiene el sensor potenciométrico.

Para la adecuación de los voltajes se utiliza un amplificador operacional configurado como un sumador el cual además de corregir el nivel de offset que se pueda registrar, servirá como atenuador de los voltajes que serán registrados por el ICL7107 , nótese que se trabajara a partir de 90º hasta 270º puesto que en este intervalo es donde el potenciómetro registra un comportamiento más lineal , de acuerdo a esto se tienen algunas ecuaciones que permitirán determinar las componentes que se deberán utilizar para la configuración del sumador:

0º --->90º =3,02V--->0V

180º --->270º=11,16V ---->180mV

Se tiene que:

[pic 3][pic 4]

[pic 5]

Para el sumador se tiene que

[pic 6]

[pic 7]

Para el caso específico del sensor solo se utilizara un sumador de dos señales V1 y V2 de lo que se tiene que

[pic 8]

Entonces:

[pic 9]

Luego para hallar R1 se tiene que:

[pic 10]

Ya que en el convertidor A/D se tiene que él solo va registrar en el display la salida registrada en el sensor se deben atenuar los voltajes obtenidos y adecuarlos de manera tal que en el display se registren datos directamente relacionados con el ángulo que se esta variando. Con estos valores se buscara atenuar las señales de tensión arrojadas al variar el potenciómetro y adecuarlas de manera que de acuerdo al ángulo se arroje un valor directamente proporcional a él, en donde para 180º se busca un voltaje de 180mV y así sucesivamente con los demás.

Debido a que es imposible relacionar por medio de simulaciones, el ángulo medido con el valor mostrado por el display, las siguientes simulaciones demuestran el funcionamiento del circuito diseñado anteriormente.

[pic 11]

Ilustración 1

La ilustración 1, relaciona una variación del 36% del potenciómetro con un ángulo de 26 grados, lo cual se preveía, debido a que el cero se ha tomado como 90 grados.

[pic 12]

Conclusiones

- Se evidencia el comportamiento lineal del sensor potenciómetro permitiendo relacionar de manera directa los voltajes obtenidos a la salida con la variación de un ángulo asociado a estos

- La atenuación de los voltajes por medio del sumador permitió que se registrasen de manera óptima los datos en el convertidor A/D puesto que este está configurado en un rango de 0 a 2V

- Nótese que para efectos de un mejor rendimiento en el sensor debido a su comportamiento se sugiere trabajar en el rango de 90º a 270º en donde el grafico de su función es completamente lineal

- En términos generales para la medición de nivel de agua y posición angular se utiliza el mismo principio en donde la diferencia de potencial a la salida del sensor dada por la variación de una posición angular determinada brindara la relación de este con un cambio del nivel o directamente con la posición misma.

Bibliografía

[1] COUGHLIN, Robert y DRISCOLL, Frederick. Amplificadores Operacionales y Circuitos Integrados Lineales. 5 ed. México: Prentice Hall Hispanoamericana, 1999. 518 p. ISBN 9701702670