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Acondicionamiento de Señales. Oscar R. López Bonilla  Todos Los Derechos Reservados. Temas a tratar:. Acondicionamiento de Señal para Sensores Resistivos Acondicionamiento de Señal para Sensores con Variación de Reactancia Sensores Digitales. Medición de Resistencia.

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acondicionamiento de se ales

Acondicionamiento de Señales

Oscar R. López Bonilla

 Todos Los Derechos Reservados

temas a tratar
Temas a tratar:
  • Acondicionamiento de Señal para Sensores Resistivos
  • Acondicionamiento de Señal para Sensores con Variación de Reactancia
  • Sensores Digitales
medici n de resistencia
Medición de Resistencia

La ecuación general de un sensor basado en variación fraccional de resistencia x es:

Si asumimos:

Cuando la relación es lineal tenemos:

Tenemos dos limitaciones:

  • Se requiere una fuente de energía para obtener una señal de salida
  • Esta fuente de alimentación, cuya magnitud afecta la señal de salida, esta limitada por el efecto de autocalentamiento
el m todo de desviaci n
El método de desviación

Consiste en alimentar la resistencia con un voltaje constante y medir la corriente, o alimentar la resistencia con una corriente constante y medir el voltaje

Este método es utilizado principalmente en los voltímetros y amperímetros (multímetros)

En este método la limitación estriba en que la medición depende de la máxima variación de x, la cual pude ser tan pequeña como del 1%. Esto implica que tenemos que hacer mediciones de variaciones pequeñas montadas sobre un valor constante mucho mayor

Este método se puede utilizar en sensores que tengan una variación grande de x

otros m todos de desviaci n
Otros métodos de desviación

Otro método consiste en utilizar una resistencia de valor constante y estable en serie con el valor desconocido

La medición del voltaje se puede hacer sobre la resistencia conocida o sobre la variable, los valores obtenidos nos los dan las siguientes formulas

ó

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De las ecuaciones anteriores de puede deducir que:

Por supuesto se tiene el inconveniente de tener que medir el voltaje en las dos terminales, por eso una opción es el de utilizar una fuente de voltaje conocida y solo medir uno de las dos resistencias

divisor de voltaje
Divisor de Voltaje

Potenciómetros

El acondicionamiento de señal mas simple para potenciómetros lo ilustra la figura, su circuito equivalente ve también.

De la figura se pueden deducir las siguientes ecuaciones:

Donde k =Rm/Rn y  = 1-x

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Si supones que Vm es proporcional a x, el error depende de k

Para determinar el máximo derivamos e igualamos a cero

slide9
Para poder apreciar la magnitud del error, la siguiente figura nos muestra la gráfica del error relativo
slide10
Y en esta figura apreciamos el errror absoluto

Como se puede ver en este caso el error NO es simétrico

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Una manera sencilla de mejorar la nolinealidad inducida en un potenciómetro lo ilustra la siguiente figura

El error es entonces

puente de wheatstone
Puente de Wheatstone

Esto es:

Uno de los métodos más utilizados es el del puente de Wheatstone

El potenciómetro R4 se ajusta hasta que la corriente es cero

Esto es el cambio en R3 es proporcional al cambio que tenemos que producir en R4

m todo siemens o de tres alambres
Método Siemens o de Tres alambres

Si los sensores de colocan lejos del circuito, se deben considerar la resistencia que los cables añaden al sensor

La última figura una forma de medir varios sensores con el mismo juego de alambres

puente de wheatstone con balance autom tico
Puente de Wheatstone con balance automático

Con la ayuda de DAC se puede obtener un medidor automatizado

El desbalance provoca que el contador incremente o decremente la entrada del DAC hasta que se vuelve a balancear el sistema, teniendo a la salida una lectura digital

sensibilidad y linealidad
Sensibilidad y Linealidad

Definiendo:

Obtenemos la gráfica de sensibilidad con respecto a k

acondicionamiento de se al para sensores con variaci n de reactancia
Acondicionamiento de Señal para Sensores con Variación de Reactancia

Sistema de linealización para sensores de respuesta capacitiva

La resistencia en líneas puenteadas se conecta para tener corriente de polarización

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Divisor de Voltaje y ejemplo de circuito que aplica el método de divisor de voltaje a sensores inductivos diferenciales
amplificadores con portadora
Amplificadores con Portadora

Para sensores que entregan una señal de amplitud proporcional a la señal se utilizan amplificadores con portadora

detectores sensibles a la fase
Detectores sensibles a la fase

La clave esta en el demoludador, el cual tiene que ser capaz de detectar la fase de la señal

sensores digitales
Sensores Digitales

Decodificador de Posición

Angular y lineal

incremento de resoluci n
Incremento de resolución

La resolución de un decodificador se puede mejorar por medio de obtener la diferencial y rectificándola

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Ejemplo utilizando contactos eléctricos, fotodetector con materiales transparentes y reflejantes
detecci n de direcci n del movimiento
Detección de dirección del movimiento

Con ayuda de dos señales con fase de 90o se puede saber la dirección del movimiento

codificaci n de posici n absoluta
Codificación de posición absoluta

Principio de codificación absoluta para movimiento rotatorio

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Ejemplo de disco codificador digital con varios canales para incrementar la resolución, además esta cifrado en código Gray
sensores de frecuencia variable
Sensores de Frecuencia Variable

Termómetro digital de cuarzo

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Sensor de vibración utilizando un alambre tenso

La frecuencia de vibración del alambre es captada por la bobina

slide34
Ejemplo de tubo utilizado para medir la densidad en los líquidos utilizando la frecuencia de vibración