Acondicionamiento de Seales Oscar R. Lpez Bonilla Todos Los Derechos Reservados

Temas a tratar:Acondicionamiento de Seal para Sensores ResistivosAcondicionamiento de Seal para Sensores con Variacin de ReactanciaSensores Digitales

Medicin de ResistenciaLa ecuacin general de un sensor basado en variacin fraccional de resistencia x es:Si asumimos:

Cuando la relacin es lineal tenemos:

Tenemos dos limitaciones:Se requiere una fuente de energa para obtener una seal de salidaEsta fuente de alimentacin, cuya magnitud afecta la seal de salida, esta limitada por el efecto de autocalentamiento

El mtodo de desviacinConsiste en alimentar la resistencia con un voltaje constante y medir la corriente, o alimentar la resistencia con una corriente constante y medir el voltajeEste mtodo es utilizado principalmente en los voltmetros y ampermetros (multmetros)En este mtodo la limitacin estriba en que la medicin depende de la mxima variacin de x, la cual pude ser tan pequea como del 1%. Esto implica que tenemos que hacer mediciones de variaciones pequeas montadas sobre un valor constante mucho mayorEste mtodo se puede utilizar en sensores que tengan una variacin grande de x

Otros mtodos de desviacinOtro mtodo consiste en utilizar una resistencia de valor constante y estable en serie con el valor desconocidoLa medicin del voltaje se puede hacer sobre la resistencia conocida o sobre la variable, los valores obtenidos nos los dan las siguientes formulas

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 opcin es el de utilizar una fuente de voltaje conocida y solo medir uno de las dos resistencias

Divisor de VoltajePotencimetrosEl acondicionamiento de seal mas simple para potencimetros lo ilustra la figura, su circuito equivalente ve tambin.De la figura se pueden deducir las siguientes ecuaciones:Donde k =Rm/Rn y = 1-x

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

Para determinar el mximo derivamos e igualamos a cero

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

Y en esta figura apreciamos el errror absoluto

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

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

El error es entonces

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

z :

y:

Puente de WheatstoneUno de los mtodos ms utilizados es el del puente de WheatstoneEl potencimetro R4 se ajusta hasta que la corriente es ceroEsto es el cambio en R3 es proporcional al cambio que tenemos que producir en R4Esto es:

Mtodo Siemens o de Tres alambresSi los sensores de colocan lejos del circuito, se deben considerar la resistencia que los cables aaden al sensor

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

Puente de Wheatstone con balance automticoCon la ayuda de DAC se puede obtener un medidor automatizadoEl 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 grfica de sensibilidad con respecto a k

Acondicionamiento de Seal para Sensores con Variacin de ReactanciaSistema de linealizacin para sensores de respuesta capacitivaLa resistencia en lneas puenteadas se conecta para tener corriente de polarizacin

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

Ejemplos de puente de Wheatstone

Amplificadores con PortadoraPara sensores que entregan una seal de amplitud proporcional a la seal se utilizan amplificadores con portadora

Seales de amplitud modulada con y sin portadora

Consideraciones del efecto de la fase

Detectores sensibles a la faseLa clave esta en el demoludador, el cual tiene que ser capaz de detectar la fase de la seal

Sensores DigitalesDecodificador de PosicinAngular y lineal

Incremento de resolucinLa resolucin de un decodificador se puede mejorar por medio de obtener la diferencial y rectificndola

Otro mtodo utilizando bobinas

Ejemplo utilizando contactos elctricos, fotodetector con materiales transparentes y reflejantes

Deteccin de direccin del movimientoCon ayuda de dos seales con fase de 90o se puede saber la direccin del movimiento

Codificacin de posicin absolutaPrincipio de codificacin absoluta para movimiento rotatorio

Tablas comunes utilizadas para posicin absoluta

Ejemplo de disco codificador digital con varios canales para incrementar la resolucin, adems esta cifrado en cdigo Gray

Sensores de Frecuencia VariableTermmetro digital de cuarzo

Sensor de vibracin utilizando un alambre tensoLa frecuencia de vibracin del alambre es captada por la bobina

Ejemplo de tubo utilizado para medir la densidad en los lquidos utilizando la frecuencia de vibracin