República Bolivariana de Venezuela
Universidad Nacional Experimental Politécnica
“Antonio José de Sucre”
Vicerrectorado-Puerto Ordaz
Mediciones Industriales
ACONDICIONAMIENTO DE SENSORES: Ajuste de Cero, Ganancia y Visualización
Integrantes:
Azócar Elías
Cayones Marilyana
Granado Ángel
Velásquez Verónica
Marzo de 2009
Introducción.
Todo sensor necesita un circuito acondicionador que amplifique la señal que toma del medio, para establecerla en rangos de voltajes, para realizar un posterior análisis.
El circuito de acondicionamiento es un arreglo básico conformado por un circuito de instrumentación, el cual toma la diferencia del voltaje arrojado por el sensor y la amplifica; además hace una corrección del nivel de la señal de salida; dependiendo del nivel de sensibilidad y de la localización de la posición de referencia “cero” es necesario realizar un ajuste en el valor de la amplificación y en el nivel de la señal. Para la 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.
Objetivos
Lograr el ajuste del error de cero.
Lograr el ajuste del error de ganancia.
Visualizar los resultados en display.
Elaborar un Datasheet de un equipo de medida.
Fundamento teórico.
El ajuste a cero o línea de base define los pasos para definir las condiciones iniciales o cero de un sistema de medición.
Universidad Nacional Experimental Politécnica
“Antonio José de Sucre”
Vicerrectorado-Puerto Ordaz
Mediciones Industriales
ACONDICIONAMIENTO DE SENSORES: Ajuste de Cero, Ganancia y Visualización
Integrantes:
Azócar Elías
Cayones Marilyana
Granado Ángel
Velásquez Verónica
Marzo de 2009
Introducción.
Todo sensor necesita un circuito acondicionador que amplifique la señal que toma del medio, para establecerla en rangos de voltajes, para realizar un posterior análisis.
El circuito de acondicionamiento es un arreglo básico conformado por un circuito de instrumentación, el cual toma la diferencia del voltaje arrojado por el sensor y la amplifica; además hace una corrección del nivel de la señal de salida; dependiendo del nivel de sensibilidad y de la localización de la posición de referencia “cero” es necesario realizar un ajuste en el valor de la amplificación y en el nivel de la señal. Para la 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.
Objetivos
Lograr el ajuste del error de cero.
Lograr el ajuste del error de ganancia.
Visualizar los resultados en display.
Elaborar un Datasheet de un equipo de medida.
Fundamento teórico.
El ajuste a cero o línea de base define los pasos para definir las condiciones iniciales o cero de un sistema de medición.
Resolución del CAD: es el número de bits que posee la salida del conversor analógico digital. El numero de estados que esta podrá tomar viene dado por: D = 2 ^ n, donde n es la resolución.
Error de cuantización: es el error intrínseco que presenta la conversión analógico digital, y depende del número de bits que este posea. De este modo, a mayor resolución, menor error de cuantización.
Aproximaciones sucesivas: es un modelo de circuito electrónico que permite la obtención de un número digital a partir de (y equivalente a) un voltaje continuo. Es un método de conversión analógico digital.
Un puente de Wheatstone es un instrumento eléctrico de medida inventado por. Samuel Hunter Christie en 1832, 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.
Error de cuantización: es el error intrínseco que presenta la conversión analógico digital, y depende del número de bits que este posea. De este modo, a mayor resolución, menor error de cuantización.
Aproximaciones sucesivas: es un modelo de circuito electrónico que permite la obtención de un número digital a partir de (y equivalente a) un voltaje continuo. Es un método de conversión analógico digital.
Un puente de Wheatstone es un instrumento eléctrico de medida inventado por. Samuel Hunter Christie en 1832, 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.
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.
Para poder compensar el sistema es necesario hacer un arreglo de resistencias que permita ajustar los errores de cero y de ganancia del sistema.
A la hora de querer mostrar en algún tipo de dispositivo como por ejemplo en una pantalla LCD es necesario convertir los valores de salida del amplificador que están en analógico a un voltaje digital para ello se usa un convertidor analógico digital que puede ser un PIC.
Descripción del circuito propuesto.
El circuito que se muestra en la siguiente figura se puede dividir en dos partes, el circuito acondicionador de la termorresistencia (parte superior), y el circuito acondicionador del termistor (parte inferior izquierda).
El circuito acondicionador de la termorresistencia (parte superior) comienza con un puente de wheatstone, donde el divisor de tensión que contiene la termorresistencia se le resta un valor de voltaje con un potenciómetro para reducir el error de cero. Luego las entradas del puente de wheatstone son pasadas por un amplificador instrumental y esta salida es amplificada por amplificador no inversor cuya ganancia puede variar según el valor de resistencia de otro potenciómetro.
El circuito acondicionador del termistor (parte inferior izquierda) comienza con un divisor de tensión que contiene al termistor. La salida del divisor de voltaje se le resta un voltaje que depende de un potenciómetro para reducir el error de cero. Luego esta salida pasa por un amplificador no inversor cuya ganancia varía según el valor de la resistencia de otro potenciómetro.
Las dos salidas acondicionadas son enviadas al CAD de un microprocesador el cual procesa la señal para después ser mostrada en una LCD de 16x4.
Para poder compensar el sistema es necesario hacer un arreglo de resistencias que permita ajustar los errores de cero y de ganancia del sistema.
A la hora de querer mostrar en algún tipo de dispositivo como por ejemplo en una pantalla LCD es necesario convertir los valores de salida del amplificador que están en analógico a un voltaje digital para ello se usa un convertidor analógico digital que puede ser un PIC.
Descripción del circuito propuesto.
El circuito que se muestra en la siguiente figura se puede dividir en dos partes, el circuito acondicionador de la termorresistencia (parte superior), y el circuito acondicionador del termistor (parte inferior izquierda).
El circuito acondicionador de la termorresistencia (parte superior) comienza con un puente de wheatstone, donde el divisor de tensión que contiene la termorresistencia se le resta un valor de voltaje con un potenciómetro para reducir el error de cero. Luego las entradas del puente de wheatstone son pasadas por un amplificador instrumental y esta salida es amplificada por amplificador no inversor cuya ganancia puede variar según el valor de resistencia de otro potenciómetro.
El circuito acondicionador del termistor (parte inferior izquierda) comienza con un divisor de tensión que contiene al termistor. La salida del divisor de voltaje se le resta un voltaje que depende de un potenciómetro para reducir el error de cero. Luego esta salida pasa por un amplificador no inversor cuya ganancia varía según el valor de la resistencia de otro potenciómetro.
Las dos salidas acondicionadas son enviadas al CAD de un microprocesador el cual procesa la señal para después ser mostrada en una LCD de 16x4.
Procedimiento experimental.
Se debe primero determinar el margen de medida del sistema.
Luego se calculan los valores de las variable asignadas a los porcentajes establecidos, (0 %, 25%, 50%, 75%, 100% del margen de medida).
Se procede a medir la variable desde el valor mayor al menor, registrando los resultados en la tabla anexa. Se toma nota de los cinco valores para cada sensor, en cada parada de medición.
Medidas obtenidas.
Se debe primero determinar el margen de medida del sistema.
Luego se calculan los valores de las variable asignadas a los porcentajes establecidos, (0 %, 25%, 50%, 75%, 100% del margen de medida).
Se procede a medir la variable desde el valor mayor al menor, registrando los resultados en la tabla anexa. Se toma nota de los cinco valores para cada sensor, en cada parada de medición.
Medidas obtenidas.
Cálculo de errores.
Primero se calculan los valores promedios y sus desviaciones estándar respectivas:
Primero se calculan los valores promedios y sus desviaciones estándar respectivas:
Luego se grafican las curvas de calibración:
Para calcular el Error de Cero:
Termistor:
12Ecero=Vminexp-Vminpatron=9.2-3= 6.2'>
Termorresistencia:
12Ecero=Vminexp-Vminpatron=12.8-3= 9.8'>
Para calcular el Error de Ganancia se linealizan las curvas experimentales mediante el método de minimos cuadrados y se calculan sus pendientes:
Termistor:
Termistor:
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Termorresistencia:
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Para calcular el Error de Ganancia se linealizan las curvas experimentales mediante el método de minimos cuadrados y se calculan sus pendientes:
Termistor:
Entonces:
12Eganancia=mexp-mpatronmpatron=0.8971-11= 10.29%'>
Termorresistencia:
12Eganancia=mexp-mpatronmpatron=0.8971-11= 10.29%'>
Termorresistencia:
Entonces:
12Eganancia=mexp-mpatronmpatron=0.8849-11= 11.51%'>
Para el Error de No Linealidad se calculan los errores absolutos de cada medida y se toma el mayor error:
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Para el Error de No Linealidad se calculan los errores absolutos de cada medida y se toma el mayor error:
Termistor:
Entonces:
12Eno linealidad=10.7'>
Termorresistencia:
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Termorresistencia:
Entonces:
12Eno linealidad=9.8'>
Análisis de errores.
Estos errores se deben a la falta de estabilidad de las fuentes utilizadas y también se deben a las aproximaciones o tolerancias de las resistencias.
Conclusiónes
Se comprobó la aplicabilidad de los sensores de presión, los cuales permiten medir de una manera casi precisa un rango de presión establecido. Además, permitió conocer y aprender a utilizar dichos sensores con el fin de poner en práctica en un futuro los conocimientos adquiridos.
Se logró comprobar el error de cero y de ganancia y de igual modo, se pudo visualizar los resultados en este caso en un lcd.
Recomendaciones
Calibrar bien la salida del puente para que la salida del amplificador sea correcta y anexar a la salida un ajuste de cero, y ser cuidadoso al momento de las mediciones para evitar los errores.
Verificar la alimentación de los convertidores digitales y dispositivos de salida como el PIC y la pantalla LCD ya que si no se alimentan correctamente se pueden quemar, y estos son dispositivos muy sensibles y costosos.
Estar pendiente de cada una de las conexiones que se haga entre el amplificador, los convertidores A/D y los dispositivos de salida.
12Eno linealidad=9.8'>
Análisis de errores.
Estos errores se deben a la falta de estabilidad de las fuentes utilizadas y también se deben a las aproximaciones o tolerancias de las resistencias.
Conclusiónes
Se comprobó la aplicabilidad de los sensores de presión, los cuales permiten medir de una manera casi precisa un rango de presión establecido. Además, permitió conocer y aprender a utilizar dichos sensores con el fin de poner en práctica en un futuro los conocimientos adquiridos.
Se logró comprobar el error de cero y de ganancia y de igual modo, se pudo visualizar los resultados en este caso en un lcd.
Recomendaciones
Calibrar bien la salida del puente para que la salida del amplificador sea correcta y anexar a la salida un ajuste de cero, y ser cuidadoso al momento de las mediciones para evitar los errores.
Verificar la alimentación de los convertidores digitales y dispositivos de salida como el PIC y la pantalla LCD ya que si no se alimentan correctamente se pueden quemar, y estos son dispositivos muy sensibles y costosos.
Estar pendiente de cada una de las conexiones que se haga entre el amplificador, los convertidores A/D y los dispositivos de salida.
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