Acondicionadores de señales

Acondicionadores de señales El término “acondicionadores de señal” se utiliza para el elemento ó elementos de un circuito de medida o control que convierte la señal procedente del sensor en un formato adecuado para un tratamiento posterior.

Acondicionadores de señales El término “acondicionadores de señal” se utiliza para el elemento ó elementos de un circuito de medida o control que convierte la señal procedente del sensor en un formato adecuado para un tratamiento posterior.

Tipos de Acondicionadores de señales Divisores de tensión Potenciómetros Puente de Wheatstone Amplificación de la Señal Linealización de la Señal Convertidor de Tensión a Corriente Acondicionadores para Termopares Acondicionadores para sensores capacitivos Acondicionadores para sensores piroeléctricos

Divisores de tensión

Divisores de tensión El circuito esencial de un divisor de tensión, también llamado divisor de potencial o divisor de voltaje es:

APLICACIONES del divisor de tensión

Sensores de Luz Las fotorresistencias (LDR’s, Light Dependent Resistor) son sensores resistivos basados en semiconductores utilizados para detectar y medir radiación electromagnética. Una LDR esta constituida por un bloque de material semiconductor sobre el que puede incidir la radiación y dos electrodos metálicos en los extremos.

Sensores de Luz Una LDR típica consiste en una fina capa semiconductora sobre un sustrato cerámico o plástico.

Sensores de Luz La parte sensible a la luz del LDR es una pista 'ondulada' de sulfuro de cadmio. La energía de la luz que incide en esta zona, acciona la avalancha de los portadores de carga en este material de modo que bajará su resistencia mientras que el nivel de la iluminación se mantenga.

Modelo matemático de Sensores de Luz L es la iluminación (en Lux), α es una constante que depende del material (entre 0,7 y 1,5) y RL y R0 son las resistencias a los niveles de luz L y L0 respectivamente.

Divisor de tensión en Sensores de Luz R(L)

Sensores de sonido Para que los micrófonos Electret trabajen correctamente, necesitan de una tensión de alimentación, generalmente alrededor 1.5 V. Un circuito adecuado para el uso con una fuente de 9 V es el siguiente:

Divisor de tensión en Sensores de sonido

En Señales con Interruptores Cuando se utiliza un interruptor para proporcionar una entrada a un circuito, este genera un pico de tensión. Este pico de tensión que genera el propio circuito es lo que se le llama acción de puesta en marcha. Para generar una señal de tensión con el interruptor se necesita un divisor de tensión. El circuito se puede construir de las dos formas siguientes:

En Señales con Interruptores Hay una variedad de pulsadores que llaman pulsador táctil miniatura. Estos son pulsadores pequeños que encajan bien en la placas estándar para montajes de prototipos:

Con Termistores ¿Cómo podríamos hacer un circuito con un termistor, para su uso en una alarma de incendios? Utilizaremos un circuito que entregue una tensión alta cuando se detecten las condiciones de temperatura caliente. Necesitamos poner un divisor de tensión con un termistor ntc en la posición que ocupa Rarriba:

Los termistores encuentran su principal aplicación en la compensación de temperatura, como temporizadores y como elementos sensibles en vacuómetros. Inyección electrónica de combustible, en la cual la entada de aire, la mezcla aire/combustible y las temperaturas del agua que le enfría, se supervisan para ayudar a determinar la concentración del combustible para la inyección óptima. Controles de temperatura del aire acondicionado y de asientos en vehículos. Inyección electrónica de combustible, en la cual la entada de aire, la mezcla aire/combustible y las temperaturas del agua que le enfría, se supervisan para ayudar a determinar la concentración del combustible para la inyección óptima.

Los indicadores de alertas, tales como temperaturas de aceite y de líquido, nivel de aceite y turbo-cargador. Control del motor de ventilador, basado en la temperatura del agua que se enfría. Sensores de escarcha, para la medida de la temperatura exterior. Sistemas acústicos. Los termistores se utilizan para medir las temperaturas superficiales y profundas del mar para ayudar a supervisar corrientes del océano. Obviamente, los termistores se utilizan para medir flujo de aire, por ejemplo en la supervisión de la respiración en bebés prematuros, entre otras aplicaciones.

TIPOS DE TERMISTORES

Potenciómetros

Potenciómetros El potenciómetro es una resistencia variable cuya función es regular la tensión entregada a una resistencia, no obstante en algunos casos también controla la corriente haciendo que varíe la tensión. Normalmente solo produce variaciones de tensión sin variaciones apreciables de corriente. Los resistores variables se clasifican usualmente por su linealidad o velocidad de cambio de resistencia desde la mínima hasta la máxima.

Acondicionamiento con potenciómetros

Acondicionamiento con potenciómetros Sin carga

Acondicionamiento con potenciómetros Con carga con k = RL / R y x [0,1]

Características El potenciómetro puede adoptar la forma de un solo hilo continuo o bien estar arrollado a una bobina siguiendo un valor lineal de resistencia. Existen varios tipos de potenciómetros: Grafito Bobinado Película metálica Plástico moldeado

APLICACIONES Potenciómetros de Precisión 1 vuelta con o sin tope Muy usados como posicionadores en sensores de posición. Tienen excelente linealidad, precisión y muy larga vida útil Multivuelta                               Estos se usan donde se requiere un ajuste muy fino, los hay de 3, 5 y 10 vueltas; de 3.08 y 5 watts Modelo 533 Spectrol, 3 vueltas , 1.5 watts, valores de 100 ohms a 10 kohms Perillas cuentavueltas                      Estas se usan con los potenciómetros multivuelta, las hay de varios tipos y tamaños. Perilla 16-1-11 Modelo compacto tipo caja fuerte hasta 14 vueltas Perilla 21-1-11 Modelo grande y robusto tipo caja fuerte hasta 14 vueltas

Puente de Wheatstone 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. Se utiliza para medir resistencias desconocidas mediante el equilibrio de los brazos del puente. Estos están constituidos por cuatro resistencias que forman un circuito cerrado, siendo una de ellas la resistencia bajo medida.

Puente de Wheatstone La figura muestra la disposición eléctrica del circuito.

El puente de Wheatstone se puede utilizar para la medida de impedancias, capacidades e inductancias. La disposición en puente es ampliamente utilizada en Instrumentación electrónica. Para ello, se sustituyen una o más resistencias por sensores, que al variar su resistencia dan lugar a una salida proporcional a la variación. A la salida del puente suele colocarse un amplificador.

Puente de Wheatstone El puente de Wheatstone se utiliza como método de ajuste de cero en acondicionamiento de señal, cuando las resistencias que forman el circuito están tan equilibradas, que en su salida la diferencia de potencial es cero. En caso de conectar un dispositivo para la medición de tensión en sus terminales de salida (galvanómetro), implicaría un ajuste para dar a través de este una corriente cero.

VENTAJAS Estos productos están diseñados para fácil instalación, operación y mantenimiento. Se puede capitalizar exitosamente en cuanto a flexibilidad y comportamiento. Si tres de las resistencias tienen valores conocidos, la cuarta puede establecerse a través de una simple relación. El detector de cero tiene suficiente sensibilidad para indicar la posición de equilibrio del puente con el grado de precisión requerido. Son los elementos tipos para acondicionar una señal, puesto que un cambio en la resistencia, capacitancia o inductancia puede ser convertido en una variación de la diferencia de potencial.

APLICACIONES Son aplicables siempre que se necesite acondicionar salidas de sensores, aislar problemas de tierra o agregar más manejo en sus lazos de corriente. Para ello existe un conjunto de productos para seleccionar cualquier necesidad de acondicionamiento de señales analógicas. Acondicionadores de señal para Termopares. Acondicionadores de señal para las RTD. Acondicionadores de señal para sensores de Humedad.

Amplificación de Señal Estos dispositivos son utilizados frecuentemente para aumentar las señales de los sensores con el fin de que puedan ser nuevamente procesados ó visualizados. Existen varios tipos de amplificación, como por ejemplo las electrónicas y mecánicas. Dentro de las Amplificaciones electrónicas se tienen a los amplificadores operacionales que son la base de los amplificadores de corriente alterna y continua.

Amplificación de Señal + - Vi VO R1 R2 I1 V1 R3 V2 Amplificador Inversor Amplificador Diferencial

Linealización de la Señal Para el proceso de linealización de señales, las aplicaciones de los amplificadores operacionales son convenientes puesto que, sirven para proporcionar una salida lineal ante una entra no lineal que esta definida por la función de transferencia del circuito. + - VO R1 V1 Circuito de Linealización de Señal.

Convertidor de Tensión a Corriente En muchos sistemas de control de proceso, una característica común es el uso de conversores de milivoltios a miliamperios. Esta necesidad es debida al uso extendido de corrientes en el rango de los 4 a 20 mA, utilizadas para señales de control. Carga + - R1 V1 R2 R3 R5 R4 Conversor de tensión a Corriente.

Acondicionadores para termopares y RTD’s

Acondicionadores para termopares El termopar proporciona una tensión de pequeño valor, del orden de algunos microvoltios por grado centígrado. El circuito de acondicionamiento consistirá básicamente de un amplificador de tensión. Para determinar la temperatura objeto de la medida será necesario conocer la temperatura de la otra unión.

Acondicionadores para termopares Compensación mediante uniones de referencia Consiste en fijar en un valor conocido la temperatura de una de las uniones. (Se introduce en hielo y agua para garantizar 0ºC). Se utiliza en laboratorios por su dificultad para aplicaciones industriales.

Acondicionadores para termopares Compensación digital Consiste en medir la temperatura de la union fria mediante otro sensor de temperatura (por ejemplo, una Pt100 o una NTC). Con el microprocesador se consigue una elevada precisión.

Acondicionadores para RTD’s

Acondicionadores para RTD’s Conexión remota del puente

Acondicionadores para RTD’s Con Amplificadores Operacionales: En conjunción con los puentes realizan la función de linealizadores de las características de los mismos.

Acondicionadores para RTD’s Con Amplificadores de Instrumentación: En conexiones de 2, 3 y 4 hilos siendo la mas eficiente la de 4 hilos.

Acondicionadores para sensores capacitivos

Acondicionadores para sensores capacitivos La solución mas directa es emplear un amplificador de alterna. La tensión de salida es proporcional a C1/C2. Se utiliza para obtener una salida lineal con la variación del área de las placas o con la distancia de separación de ellas.

Acondicionadores para sensores piroeléctricos

Acondicionadores para sensores piroeléctricos El circuito equivalente del sensor se caracteriza por tener una alta impedancia de salida y una corriente extremadamente baja por lo cual debe utilizarse un amplificador con una alta impedancia de entrada. Existen dos alternativas para realizar el acondicionamiento: modo tensión (a) y modo corriente (b). El modo tensión se implementa con un seguidor de tensión y el modo corriente mediante un convertidor corriente-tensión.

El acondicionamiento de señales es un componente importante en un sistema de adquisición de datos

Fin de esta parte