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

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:1. Se requiere una fuente de energía para obtener una señal de salida

2. Esta fuente de alimentación, cuya magnitud afecta la señal de salida, esta limitada por el efecto de autocalentamiento

)(0 xfRR

1)0( f

)1(0 xRR

El método de desviaciónConsiste 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 métodos de desviaciónOtro 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

óSXS

S RRR

VV

X

XSX R

RR

VV

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

S

XSXV

VRR

XS

XX

RR

VRV

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

xVV 10

xxRR n 10

1/11

1

k

VRRxxR

xVV m

mnm

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

Para determinar el máximo derivamos e igualamos a cero

xxk

xx

V

VV Om

1

1

0

0dx

d 021 x

Para poder apreciar la magnitud del error, la siguiente figura nos muestra la gráfica del error relativo

Y en esta figura apreciamos el errror absoluto

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

xxkxx

V

VV Om

1

1 2

0

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

El error es entonces

kx

xkxVVm

12

1

kxx

xxx

12121

De las ecuaciones anteriores, y para el caso k=10, se obtiene la siguiente gráfica

z :

y:

kxx

xxx

12121

xxkxx

V

VV Om

1

1 2

0

Puente de WheatstoneUno 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

1

243R

RRR

Esto es:

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

1

/1

4

33

1243

RR

RR

R

RRRR w

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 LinealidadDefiniendo:

Obtenemos la gráfica de sensibilidad con respecto a k

0

2

4

1

R

R

R

Rk

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

Divisor de Voltaje y ejemplo de circuito que aplica el método de divisor de voltaje a sensores inductivos diferenciales

Ejemplos de puente de Wheatstone

Amplificadores con PortadoraPara sensores que entregan una

señal de amplitud proporcional a la señal se utilizan amplificadores con portadora

Señales de amplitud modulada con y sin portadora

Consideraciones del efecto de 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

Decodificador de Posición

Angular y lineal

Incremento de resolución

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

Otro método utilizando bobinas

Ejemplo utilizando contactos eléctricos, fotodetector con materiales transparentes y reflejantes

Detección de dirección del movimiento

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

Codificación de posición absolutaPrincipio de codificación absoluta

para movimiento rotatorio

Tablas comunes utilizadas para posición absoluta

Ejemplo de disco codificador digital con varios canales para incrementar la resolución, además esta cifrado en código Gray

Sensores de Frecuencia Variable

Termómetro digital de cuarzo

Sensor de vibración utilizando un alambre tenso

La frecuencia de vibración del alambre es captada por la bobina

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