Acondicionamiento de Señales

1. Acondicionamiento de Señales Oscar R. López Bonilla  Todos Los Derechos Reservados

2. Temas a tratar: • Acondicionamiento de Señal para Sensores Resistivos • Acondicionamiento de Señal para Sensores con Variación de Reactancia • Sensores Digitales

3. 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

4. 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

5. 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

6. 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

7. 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

8. Si supones que Vm es proporcional a x, el error depende de k Para determinar el máximo derivamos e igualamos a cero

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

10. Y en esta figura apreciamos el errror absoluto Como se puede ver en este caso el error NO es simétrico

11. Una manera sencilla de mejorar la nolinealidad inducida en un potenciómetro lo ilustra la siguiente figura El error es entonces

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

13. 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

14. 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

15. 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

16. Sensibilidad y Linealidad Definiendo: Obtenemos la gráfica de sensibilidad con respecto a k

17. 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

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

19. Ejemplos de puente de Wheatstone

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

21. Señales de amplitud modulada con y sin portadora

22. Consideraciones del efecto de la fase

23. Detectores sensibles a la fase La clave esta en el demoludador, el cual tiene que ser capaz de detectar la fase de la señal

24. Sensores Digitales Decodificador de Posición Angular y lineal

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

26. Otro método utilizando bobinas

27. Ejemplo utilizando contactos eléctricos, fotodetector con materiales transparentes y reflejantes

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

29. Codificación de posición absoluta Principio de codificación absoluta para movimiento rotatorio

30. Tablas comunes utilizadas para posición absoluta

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

32. Sensores de Frecuencia Variable Termómetro digital de cuarzo

33. Sensor de vibración utilizando un alambre tenso La frecuencia de vibración del alambre es captada por la bobina

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