Acondicionadores de seales

Acondicionadores de sealesEl trmino acondicionadores de seal se utiliza para el elemento elementos de un circuito de medida o control que convierte la seal procedente del sensor en un formato adecuado para un tratamiento posterior.

Acondicionadores de sealesEl trmino acondicionadores de seal se utiliza para el elemento elementos de un circuito de medida o control que convierte la seal procedente del sensor en un formato adecuado para un tratamiento posterior.

Tipos de Acondicionadores de sealesDivisores de tensinPotencimetrosPuente de WheatstoneAmplificacin de la Seal Linealizacin de la Seal Convertidor de Tensin a CorrienteAcondicionadores para TermoparesAcondicionadores para sensores capacitivosAcondicionadores para sensores piroelctricos

Divisores de tensin

Divisores de tensinEl circuito esencial de un divisor de tensin, tambin llamado divisor de potencial o divisor de voltaje es:

APLICACIONES del divisor de tensin

Sensores de LuzUna LDR esta constituida por un bloque de material semiconductor sobre el que puede incidir la radiacin y dos electrodos metlicos en los extremos. Las fotorresistencias (LDRs, Light Dependent Resistor) son sensores resistivos basados en semiconductores utilizados para detectar y medir radiacin electromagntica.

Sensores de LuzUna LDR tpica consiste en una fina capa semiconductora sobre un sustrato cermico o plstico.

Sustrato cermico

Contactos metlicos

Pelcula semiconductora

Sensores de LuzLa parte sensible a la luz del LDR es una pista 'ondulada' de sulfuro de cadmio. La energa de la luz que incide en esta zona, acciona la avalancha de los portadores de carga en este material de modo que bajar su resistencia mientras que el nivel de la iluminacin se mantenga.

Modelo matemtico de Sensores de LuzL es la iluminacin (en Lux), es una constante que depende del material (entre 0,7 y 1,5) y RL y R0 son las resistencias a los niveles de luz L y L0 respectivamente.

Divisor de tensin en Sensores de LuzR(L)

Sensores de sonidoPara que los micrfonos Electret trabajen correctamente, necesitan de una tensin de alimentacin, generalmente alrededor 1.5 V.

Un circuito adecuado para el uso con una fuente de 9 V es el siguiente:

Divisor de tensin en Sensores de sonido

En Seales con Interruptores

Cuando se utiliza un interruptor para proporcionar una entrada a un circuito, este genera un pico de tensin. Este pico de tensin que genera el propio circuito es lo que se le llama accin de puesta en marcha. Para generar una seal de tensin con el interruptor se necesita un divisor de tensin. El circuito se puede construir de las dos formas siguientes:

Hay una variedad de pulsadores que llaman pulsador tctil miniatura. Estos son pulsadores pequeos que encajan bien en la placas estndar para montajes de prototipos:En Seales con Interruptores

Cmo podramos hacer un circuito con un termistor, para su uso en una alarma de incendios? Utilizaremos un circuito que entregue una tensin alta cuando se detecten las condiciones de temperatura caliente. Necesitamos poner un divisor de tensin con un termistor ntc en la posicin que ocupa Rarriba: Con Termistores

Los termistores encuentran su principal aplicacin en la compensacin de temperatura, como temporizadores y como elementos sensibles en vacumetros. Inyeccin electrnica de combustible, en la cual la entada de aire, la mezcla aire/combustible y las temperaturas del agua que le enfra, se supervisan para ayudar a determinar la concentracin del combustible para la inyeccin ptima. Controles de temperatura del aire acondicionado y de asientos en vehculos. Inyeccin electrnica de combustible, en la cual la entada de aire, la mezcla aire/combustible y las temperaturas del agua que le enfra, se supervisan para ayudar a determinar la concentracin del combustible para la inyeccin ptima.

Los indicadores de alertas, tales como temperaturas de aceite y de lquido, nivel de aceite y turbo-cargador.

Control del motor de ventilador, basado en la temperatura del agua que se enfra.

Sensores de escarcha, para la medida de la temperatura exterior.

Sistemas acsticos.

Los termistores se utilizan para medir las temperaturas superficiales y profundas del mar para ayudar a supervisar corrientes del ocano.

Obviamente, los termistores se utilizan para medir flujo de aire, por ejemplo en la supervisin de la respiracin en bebs prematuros, entre otras aplicaciones.

TIPOS DE TERMISTORES

Potencimetros

PotencimetrosEl potencimetro es una resistencia variable cuya funcin es regular la tensin entregada a una resistencia, no obstante en algunos casos tambin controla la corriente haciendo que vare la tensin.

Normalmente solo produce variaciones de tensin sin variaciones apreciables de corriente.

Los resistores variables se clasifican usualmente por su linealidad o velocidad de cambio de resistencia desde la mnima hasta la mxima.

PotencimetrosAcondicionamiento con potencimetros

MUELLE

POTENCIMETRO

Magnitud fsica

(FUERZA)

VARILLA

SEAL ELCTRICA DE SALIDA

V

Vo

+

-

PotencimetrosAcondicionamiento con potencimetrosSin carga

l

R

2

=

R(1-x)

L

R

1

=Rx

v

i

R

L

Carga

0

v

oL

v

TH

R

o

=

Rx(1-x)

Vix

R

L

Carga

v

oL

x

0

0,5

1

10

20

30

PotencimetrosAcondicionamiento con potencimetrosCon cargacon k = RL / R y x [0,1]

l

R

2

=

R(1-x)

L

R

1

=Rx

v

i

R

L

Carga

0

v

oL

v

TH

R

o

=

Rx(1-x)

Vix

R

L

Carga

v

oL

x

0

100

0,5

1

50

voL / vi [%]

K=1

K=10

Caractersticas

El potencimetro puede adoptar la forma de un solo hilo continuo o bien estar arrollado a una bobina siguiendo un valor lineal de resistencia.

Existen varios tipos de potencimetros:

GrafitoBobinadoPelcula metlicaPlstico moldeado

APLICACIONESPotencimetros de Precisin1 vuelta con o sin tope Muy usados como posicionadores en sensores de posicin. Tienen excelente linealidad, precisin y muy larga vida tilMultivuelta Estos se usan donde se requiere un ajuste muy fino, los hay de 3, 5 y 10 vueltas; de 3.08 y 5 wattsModelo 533 Spectrol, 3 vueltas , 1.5 watts, valores de 100 ohms a 10 kohmsPerillas cuentavueltas Estas se usan con los potencimetros multivuelta, las hay de varios tipos y tamaos.Perilla 16-1-11 Modelo compacto tipo caja fuerte hasta 14 vueltasPerilla 21-1-11 Modelo grande y robusto tipo caja fuerte hasta 14 vueltas

Puente de WheatstoneUn puente de Wheatstone es un instrumento elctrico de medida inventado por Samuel Hunter Christie en 1833, mejorado y popularizado por Sir Charles Wheatstone en 1843.

Se utiliza para medir resistencias desconocidas mediante el equilibrio de los brazos del puente. Estos estn constituidos por cuatro resistencias que forman un circuito cerrado, siendo una de ellas la resistencia bajo medida.

La figura muestra la disposicin elctrica del circuito.

Puente de Wheatstone

El puente de Wheatstone se puede utilizar para la medida de impedancias, capacidades e inductancias.

La disposicin en puente es ampliamente utilizada en Instrumentacin electrnica. Para ello, se sustituyen una o ms resistencias por sensores, que al variar su resistencia dan lugar a una salida proporcional a la variacin. A la salida del puente suele colocarse un amplificador.

El puente de Wheatstone se utiliza como mtodo de ajuste de cero en acondicionamiento de seal, cuando las resistencias que forman el circuito estn tan equilibradas, que en su salida la diferencia de potencial es cero. Puente de WheatstoneEn caso de conectar un dispositivo para la medicin de tensin en sus terminales de salida (galvanmetro), implicara un ajuste para dar a travs de este una corriente cero.

VENTAJAS Estos productos estn diseados para fcil instalacin, operacin y mantenimiento.

Se puede capitalizar exitosamente en cuanto a flexibilidad y comportamiento.

Si tres de las resistencias tienen valores conocidos, la cuarta puede establecerse a travs de una simple relacin.

El detector de cero tiene suficiente sensibilidad para indicar la posicin de equilibrio del puente con el grado de precisin requerido.

Son los elementos tipos para acondicionar una seal, puesto que un cambio en la resistencia, capacitancia o inductancia puede ser convertido en una variacin de la diferencia de potencial.

APLICACIONES Son aplicables siempre que se necesite acondicionar salidas de sensores, aislar problemas de tierra o agregar ms manejo en sus lazos de corriente. Para ello existe un conjunto de productos para seleccionar cualquier necesidad de acondicionamiento de seales analgicas. Acondicionadores de seal para Termopares.Acondicionadores de seal para las RTD.Acondicionadores de seal para sensores de Humedad.

Amplificacin de Seal Estos dispositivos son utilizados frecuentemente para aumentar las seales de los sensores con el fin de que puedan ser nuevamente procesados visualizados.

Existen varios tipos de amplificacin, como por ejemplo las electrnicas y mecnicas.

Dentro de las Amplificaciones electrnicas se tienen a los amplificadores operacionales que son la base de los amplificadores de corriente alterna y continua.

Amplificacin de Seal

Linealizacin de la Seal Para el proceso de linealizacin de seales, las aplicaciones de los amplificadores operacionales son convenientes puesto que, sirven para proporcionar una salida lineal ante una entra no lineal que esta definida por la funcin de transferencia del circuito.

Convertidor de Tensin a Corriente En muchos sistemas de control de proceso, una caracterstica comn es el uso de conversores de milivoltios a miliamperios. Esta necesidad es debida al uso extendido de corrientes en el rango de los 4 a 20 mA, utilizadas para seales de control.

Acondicionadores para termopares y RTDs

Acondicionadores para termopares El termopar proporciona una tensin de pequeo valor, del orden de algunos microvoltios por grado centgrado. El circuito de acondicionamiento consistir bsicamente de un amplificador de tensin. Para determinar la temperatura objeto de la medida ser necesario conocer la temperatura de la otra unin.

Acondicionadores para termopares Compensacin mediante uniones de referencia Consiste en fijar en un valor conocido la temperatura de una de las uniones. (Se introduce en hielo y agua para garantizar 0C). Se utiliza en laboratorios por su dificultad para aplicaciones industriales.

Amplificador

Metal 1

Metal 2

Cu

Cu

T

c

A

Hielo

Acondicionadores para termopares Compensacin digital Consiste en medir la temperatura de la union fria mediante otro sensor de temperatura (por ejemplo, una Pt100 o una NTC). Con el microprocesador se consigue una elevada precisin.

Metal 1

Metal 2

Cu

Cu

T

c

T

f

A

Amplificador

Bloque

isotermo

Sensor de

temperatura

Acondicionamiento

de seal

A/D

Microcontrolador

Acondicionadores para RTDs

Acondicionadores para RTDsConexin remota del puente

Acondicionadores para RTDsCon Amplificadores Operacionales: En conjuncin con los puentes realizan la funcin de linealizadores de las caractersticas de los mismos.

Acondicionadores para RTDsCon Amplificadores de Instrumentacin: En conexiones de 2, 3 y 4 hilos siendo la mas eficiente la de 4 hilos.

Acondicionadores para sensores capacitivos

Acondicionadores para sensores capacitivosLa solucin mas directa es emplear un amplificador de alterna.La tensin de salida es proporcional a C1/C2.Se utiliza para obtener una salida lineal con la variacin del rea de las placas o con la distancia de separacin de ellas.

Acondicionadores para sensores piroelctricos

Acondicionadores para sensores piroelctricosEl circuito equivalente del sensor se caracteriza por tener una alta impedancia de salida y una corriente extremadamente baja por lo cual debe utilizarse un amplificador con una alta impedancia de entrada.Existen dos alternativas para realizar el acondicionamiento: modo tensin (a) y modo corriente (b). El modo tensin se implementa con un seguidor de tensin y el modo corriente mediante un convertidor corriente-tensin.

(a)

RG

CP

vo

iP

iP

Rfb

CP

Vo

(b)

Cfb

El acondicionamiento de seales es un componente importante en un sistema de adquisicin de datos