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Acondicionamiento
de Señales
Oscar R. López Bonilla
 Todos Los Derechos Reservados
Temas a tratar:
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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:
R  R 0 f ( x)
Si asumimos:
f ( 0)  1
Cuando la relación es lineal tenemos:
R  R 0(1  x)
Tenemos dos limitaciones:
1.
2.
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
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
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
VS 
V
RS
RS  RX
ó
VX 
V
RX
RS  RX
De las ecuaciones anteriores de
puede deducir que:
RX  RS
Por
VX
VS
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
VX 
VRX
RS  RX
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
V 0  V 1  x
R0  Rnx1  x
Vm 
V 1  x 
V
Rm 
 1    / k  1
Rnx1  x   Rm
Si supones que Vm es proporcional
a x, el error depende de k

Vm  VO  x1  x 

k  x1  x 
V0
Para determinar el máximo
derivamos e igualamos a cero
d
0
dx
1  2x  0
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
Vm  VO  x1 x 2


k  x1  x 
V0
Como se puede ver en este caso el
error NO es simétrico
Una manera sencilla de mejorar la
nolinealidad inducida en un
potenciómetro lo ilustra la
siguiente figura
Vm  V
1  x k  x 
21  x   k
El error es entonces
x1  x 2 x  1

2 x1  x   k
De las ecuaciones anteriores, y
para el caso k=10, se obtiene
la siguiente gráfica
z :   x1  x 2 x  1
2 x1  x   k
y:
Vm  VO  x1 x 2


k  x1  x 
V0
Puente de Wheatstone
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
Esto es:
R2
R3  R 4
R1
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

R 3  R 4 R 2 / R1 Rw  R 4 

1

R
1


R3
R3
La última figura una forma de
medir varios sensores con el
mismo juego de alambres
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 Linealidad
Definiendo:
k
R1 R 2

R4 R0
Obtenemos la gráfica de
sensibilidad con
respecto a k
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 Portadora
Para 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 absoluta
Principio 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