Pre - laboratorio # 2

INTRODUCCIÓN

Los sensores basados en la variación de la resistencia eléctrica de un dispositivo son probablemente los más abundantes, debido a que muchas magnitudes físicas afectan al valor de la resistencia eléctrica de un material. Para la presente práctica se hace uso de los sensores resistivos colocados sobre un puente de Wheatstone el cual es un circuito de acondicionamiento usado con sensores resistivos para generar una tensión proporcional a la variación de resistencia y por tanto a la magnitud física a la que es sensible el transductor.

En esta etapa especifica del laboratorio la salida del puente debe ser amplificada para ser operativa, antes de su procesamiento o registro tomando en cuenta que el amplificador a usar debe tener alta impedancia de entrada y ser diferencial .

OBJETIVOS

• Caracterizar sensores
• Calcular los errores obtenidos diferenciando el de cero, ganancia y no linealidad.

FUNDAMENTO TEÓRICO

Un puente de Wheatstone es un instrumento eléctrico de medida inventado por Samuel Hunter Christie en 1833, mejorado y popularizado por Sir Charles Wheatstone en 1843, este circuito es usado como interfaz para los sensores resistivos y se aprovecha para medir el parámetro variado.

Si R1=R2=R4 entonces:

Generalmente la salida de estos puentes es una señal analógica de un nivel bajo; este hecho hace necesario un conjunto de circuitos que procesen la señal de salida del sensor para adecuarla al elemento de procesamiento al que se destine. La señal de salida requerida por esos elementos suele ser de un nivel elevado (Voltios), generalmente digital, dependiente tan sólo de la magnitud a medir y a ser posible sin offset y relacionada linealmente con esta magnitud. Asimismo, las derivas que con el tiempo se produzcan en la salida deberían ser adecuadamente compensadas mediante una calibración periódica del sistema.

Circuito de Acondicionamiento

Se asumio:

R4=R5=R6=R7=20k

R1=R3=100k

Rg=1k

Para el calculo de R2 se hizo el siguiente procedimiento:

Con los datos de la salida del sensor y lo deseado a la salida del amplificador se halla la ganancia del sistema:

Luego esta ganancia se sustituye en la formula de la ganancia para un amplificador de instrumentación, también sustituimos el valor de las resistencias R1 y R3 que hemos asumido y despejamos R2, de esta manera nos queda que:

Ahora teniendo todos los valores de resistencias de nuestro circuito de acondicionamiento y amplificacion y el valor de la ganancia podemos encontrar cual va a ser nuestra salida teorica del sistema Vs, sabiendo que E2 -E1 va a ser el valor de la salida del sensor a 0,25,50,75,100%

De esta formula se obtuvo los siguientes datos:




Errores:Los errores de un sistema se determinan a partir de su calibración, que consiste en aplicarle entradas conocidas y comparar su salida con la obtenida con un sistema de medida de referencia, más exacto.Según su efecto en la característica de transferencia, los errores pueden ser de cero, de ganancia y de no linealidad.

• Error de cero: permanece constante con independencia del valor de la entrada.
• Error de ganancia: es proporcional al valor de la entrada.
• Error de no linealidad: hace que la característica de transferencia se aparte de una línea recta (suponiendo que sea ésta la característica ideal).

Error de Cero


Error de Ganancia



Error de No Linealidad

DESCRIPCION DEL CIRCUITO PROPUESTO

Una vez generada la señal eléctrica de salida del sensor, ésta es amplificada dado que la salida del sensor es muy débil, es preciso amplificar introduciendo el menor ruido e interferencia posibles, así como bajo offset. Se deben utilizar por tanto técnicas de amplificación de bajo ruido y se sitúa el amplificador lo antes posible para evitar la degradación propia de la transmisión de señales muy débiles, para esto se usa un amplificador de instrumentación creado a partir de amplificadores operacionales el cual esta diseñado para tener una alta impedancia de entrada y un buen rechazo en modo común, el circuito fue diseñado para obtener una salida de 0v para 0psi y de 10v para 1psi al medir la variable presión por lo que la ganancia requerida fue de 633.A la salida del amplificador se coloco un circuito para realizar el ajuste de cero del sensor para de este modo garantizar una salida mas exacta.