UNIVERSIDAD TECNOLGICA DE LA MIXTECA Instituto de Electrnica y Mecatrnica

Laboratorio de Sensores y Transductores

Grupo: 404 Jueves 20 de Marzo de 2014

Prof. M.E.C. Edgardo Yescas Mendoza

Prctica 1. Caracterizacin del puente Wheatstone Objetivos

Verificar la teora de operacin en dos puentes Wheatstone. Medir el voltaje a la salida del puente cuando uno de los resistores de sus ramas se mueve

del punto de equilibrio. Comparar las mediciones contra los valores de la simulacin y el modelo terico.

Material y equipo requerido

Fuente de voltaje. Multmetro marca Tektronix. 5 resistores de 100 y 5 resistores de 1 k. Potencimetro de 100 y 1k

Introduccin El puente Wheatstone es el ms usado para el acondicionamiento de sensores de tipo resistivo, ya que convierte las variaciones de resistencia en variaciones de voltaje. Consta de 4 ramas (resistores) una de las cuales corresponde al resistor del sensor. En la figura 1 se muestra el diagrama esquemtico de ste circuito.

Figura 1. Puente Wheatstone

Normalmente los resistores R1=R2=R3=R y la resistencia desconocida o del sensor es Rx. Con estas condiciones el voltaje a la salida del puente esta dado por la ecuacin 1, donde Vs es el voltaje de la fuente de alimentacin del puente (E para la figura 1).

Para obtener una aproximacin de la ecuacin (1), cuando las variaciones de Rx estn alrededor del valor nominal del puente, se hace suponiendo que Rx=R+r, donde r es una variacin del valor nominal. Sustituyendo esto en la ecuacin esta queda como:

Usando la aproximacin en series de Taylor de 1er grado a la ecuacin (2), se tiene la funcin f(r) alrededor de r0, lo cual est dado por la ecuacin (3).

Sea f(r) = Vth, la ecuacin (3), al aplicarle la expansin de series de Taylor con a=0, da lo siguiente

Finalmente la aproximacin para el voltaje del puente queda expresada en la ecuacin 5.

La comparacin de la aproximacin de la ecuacin 1 con la 4 se muestra en la figura (2), para un puente con R10y variaciones de RX de 0 a 30(r varia de -10a 20). Como se puede ver alrededor de 10tienen el mismo valor.

Procedimiento 1. Calcular los componentes apropiados para el puente Wheatstone, como el que se muestra en la figura 1; de tal manera que se equilibre con una resistencia Rx= de 100. El voltaje de la fuente de alimentacin E5V. 2. Simular el circuito de la figura 1 en un simulador (Tina, Proteus, Psim) y variar Rx de 20a 200con incrementos de 20. Registrar el voltaje medido en la columna 4 de la tabla 1. 3. Armar el circuito calculado y variar RX de 20a 200con incrementos de 20. Registrar el voltaje medido en la columna 5 de la tabla 1. Antes de cada medicin ajustar el potencimetro de 100para tener el valor de Rx deseado. En caso de tener problemas usar resistencias discretas en lugar del potencimetro. Para cada valor de resistencia anotar la precisin de la medicin.

4. Como se muestra en la tabla 1, calcular el voltaje de Thevenin que se tiene en el puente, el cual est dado por la ecuacin (1), y obtener el voltaje equivalente con la aproximacin, la cual se calcula con la ecuacin (5).

Tabla 1. Tabla para la captura de mediciones de la prctica.

5. Realizar los calculos para que el puente Wheatstone este en equilibrio, cuando Rx=1k. Variar Rx de 200a 2 kcon incrementos de 200. La fuente de voltaje E del puente es de 10V. Simular nuevamente y registrar el voltaje del puente en la columna correspondiente de la tabla 1. 6. Armar el circuito con un potencimetro y/o resistencias discretas. En cada caso anotar el voltaje que se tiene en el puente y compararlo contra el voltaje del puente que se calcula con las ecuaciones (1) y (5). 7. Una vez terminada la prctica, realizar las graficas (se puede usar Excel u origin) y mostrar la comparacin entre la mediciones (parte experimental), lo obtenido por el simulador (ver siguiente Nota) y las aproximaciones de las ecuaciones 1 y 5, todas ellas en la misma grfica (para el mismo puente). Nota: En el simulador Psim, una vez que se hizo la simulacin, en la ventana de Simview, escoger Edit ----> View Data Points, lo cual abrir una nueva ventana, donde se muestra la tabla de valores con respecto al tiempo, la cual ahora se puede guardar con File ----> Save as. Reporte.

El reporte de la prctica deber tener los puntos del formato del artculo del curso. En el reporte, debern anotar el modelo, nmero de serie y marca de los instrumentos utilizados. Se calificar la ortografa, presentacin, grficas, resultados y conclusiones.