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ACONDICIONADORES DE SEAL PARA TRANSDUCTORES RESISTIVOSJuan A. Montiel-Nelson

Escuela Tcnica Superior de Ingenieros de Telecomunicacin Universidad de Las Palmas de Gran Canaria

IndiceMedida de Resistencias. Mrgenes de Variacin . Consideraciones. Tcnicas de Medida. Mtodos de Deflexin. Mtodos de Comparacin.

Divisores de Tensin. Potencimetros. Modelo y Circuito Equivalente. Linealidad en Carga. Medida a Dos y Cuatro Hilos. Alimentacin.

Termistores. Modelo y Circuito Equivalente. Linealidad.

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Acondicionadores para Transductores Resistivos

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IndiceDivisores de Tensin. Medidas Dinmicas. Acoplamiento. Sensibilidad.

Puentes. Medidas por Comparacin. Principios Bsicos. Mtodo Siemens. Ajuste Automtico del Cero.

Medidas por Deflexin. Sensibilidad. Linealidad. Linealizacin Analgica. Calibracin.

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IndicePuentes. Medidas por Deflexin. Medidas Diferenciales y Medias. Incremento de Sensibilidad. Incremento de Linealidad. Compensacin de Temperaturas. Ajuste de Cero. Media de Valores. Alimentacin.

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Medida de resistenciasIntroduccinR = R0 f ( x ); f (0) = 1;[0,-1] [10-5,10-2] Valores intermedios

Comportamiento general de un transductor Relacin lineal Potencimetros lineales

Mrgenes de variacin Consideraciones Consideraciones generales Necesidad de alimentacin Autocalentamiento

Galgas extensomtricas RTD y Termistores

Consideraciones especficas Linealizacin de un termistor Compensacin de perturbaciones/interferencias en galgas extensomtricas

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Medidas de resistenciasMtodos para la medida de resistencias Mtodo de deflexin Mtodo ms simple Alimentar al transductor con una fuente de tensin o corriente constantes, y medir la corriente a travs del circuito o la cada de tensin en el resistor Mtodo de la doble lectura

VP =

V RP ; RP + RX

V VX = RX ; RP + RX RX = RP28/10/2004 Acondicionadores para Transductores Resistivos

VX ; VP6

Medidas de resistenciasMtodos para la medida de resistencias Mtodo de deflexin Mtodo del divisor de tensin

VX =

V RX ; RP + RX VX ; V VX

RX = RP

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Medidas de resistenciasMtodos para la medida de resistencias Mtodo de comparacin Puente de Wheatstone

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Divisores de tensinPotencimetros Acondicionamiento de la seal de un potencimetro como transductor de desplazamientos

VS = V (1 x); RS = Rn x(1 x); Vm = R V V (1 x) Rm = ; k = m ; = 1 x; (1 ) Rn x(1 x) + Rm Rn +1 kAcondicionadores para Transductores Resistivos 9

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Divisores de tensinPotencimetros Variacin de la tensin entre contacto mvil y el contacto fijo de un potencimetro en funcin de la posicin del cursor, para distintos valores de k.

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Divisores de tensinPotencimetros Variacin del error relativo en funcin de la posicin del cursor y del factor k

Vm Vs x (1 x ) = = ; (1 x ) Vs k+x d = 0; dx 1 2 x = 0; 0,25 max= ; k + 0,25

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Divisores de tensinPotencimetros Variacin del error absoluto en funcin de la posicin del cursor y del factor k

V Vs x(1 x ) = ; e= m V k + x(1 x ) de = 0; dx 0,15 e max ; k2

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Divisores de tensinPotencimetros Circuito para corregir la no linealidad debida a la carga al medir con un potencimetro

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Divisores de tensinPotencimetros Evolucin del error absoluto referido al fondo de escala

Vm = V

(1 x)(k + x) 2 x(1 x) + k Vm Vs x(1 x )(2 x 1) e= = ; V 2 x(1 x ) + k de = 0; dx e max ?;

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Divisores de tensinPotencimetros Problema de aplicacin para el ajuste fino de una tensin Vs alrededor de un punto determinado Se ha de elegir R1 y R2 El objetivo es que la variacin de la posicin del cursor, alrededor de la posicin del fondo de escala, suponga un cambio de la tensin de salida

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Divisores de tensinPotencimetros Problema de aplicacin para el ajuste fino de una tensin Vs alrededor de un punto determinado Determinar R1 y R2 para que la variacin en la posicin del cursos en 15% del recorrido, alrededor de la posicin correspondiente a del fondo de escala, suponga un cambio de la tensin de salida de slo un 10% respecto a la tensin de fondo de escala.

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Divisores de tensinPotencimetros Fuente de error adicional Resistencia de los hilos de conexin si el potencimetro est alejado de la fuente de alimentacin y del dispositivo de lectura

Problema de los hilos de conexin en un potencimetro

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Divisores de tensinPotencimetros Problema de los hilos de conexin en un potencimetro

k >> 1; x = 0 => Vm 0 Rn + Rh =V ; Rn + 2 Rh

Rh x = 1 => Vm1 = V ; Rn + 2 Rh28/10/2004 Acondicionadores para Transductores Resistivos 18

Divisores de tensinPotencimetros Circuito de medida a cuatro hilos para un potencimetro

k >> 1; x = 0 => Vm 0 Rn =V ; Rn + 2 Rh

x = 1 => Vm1 = 0;28/10/2004 Acondicionadores para Transductores Resistivos 19

Divisores de tensinPotencimetros Alimentacin Aparte de requerir una resistencia interna lo ms pequea posible Coeficiente bajo de temperatura

Alimentacin simtrica

1 x (1 x )(1 2 x ) e= ; 2 k + x (1 x )Error absoluto referido a fondo de escala

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Divisores de tensinPotencimetros Alimentacin simtrica Error absoluto referido a fondo de escala La evolucin de este error con la posicin del cursor, para el caso k = 10

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Divisores de tensinTermistores Diseo de un divisor resistivo lineal con la temperatura1 1 B T T 0

RT = R0 eVs = V

= R0 f (T );

R V = ; RT RT + R 1 + R RT R0 R f (T ) = s f (T ); s = 0 R ; = R R V Vs = = V F (T ); 1 + s f (T )28/10/2004 Acondicionadores para Transductores Resistivos 22

Divisores de tensinTermistores Aplicacin al problema de linealizar un termistor mediante una resistencia R en paralelo.

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Divisores de tensinTermistores Aplicacin al problema de linealizar un termistor mediante una resistencia R en paralelo. La eleccin del valor de s depende del margen de temperaturas. De 10 a 50 , s = 1,5 De 90 a 100C, s= 20,0.

V Vs = = V F (T ); 1 + s f (T )

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Divisores de tensinTermistores Aplicacin al problema de linealizar un termistor mediante una resistencia R en paralelo.

Vs = V [1 F (T )];

1 R RT = R 1 Rp = R + RT 1 + RT R R p = R[1 F (T )];

;

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Divisores de tensinTermistores Medidas dinmicas Cuando la variable a medir, x, vara con el tiempo de una forma rpida, peridica o no, aunque sus valores sean pequeos, si lo que interesa es slo la componente alterna. Divisor de tensin: Acoplamiento mediante condensador que junto con la resistencia de entrada constituya un filtro paso alto, con frecuencia de corte apropiada Sensibilidad

Rp dVx dS V ; . S= =V = 0 R p = Rx ; S = 2 4Rp dRx (R p + Rx ) dR p

Divisor de tensin alimentado con tensin alterna Frecuencia de alimentacin al menos diez veces mayor que la frecuencia de variacin de la magnitud que interesa medir

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Puente de WheatstoneMedidas por comparacin Sistema de realimentacin Condicin de equilibrio independiente: Del valor de la tensin de alimentacin del puente y de sus posibles cambios Tipo de detector, ni siquiera hace falta que sea lineal

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Puente de WheatstoneMedidas por comparacin Disposicin del puente de Wheatstone para reducir la influencia de la resistencia de contacto en la posicin de equilibrio

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Puente de WheatstoneMedidas por comparacin Transductor dispuesto en una zona alejada del puente Mtodo de conexin de Siemens o de los tres hilos Los cables 1 y 3 deben ser iguales y experimentar la misma variacin trmica Las caractersticas del cable 2 son irrelevantes

=

R3 R4 R3

R2

R1

Rh R4 1; = R3 R1

Error relativo en la media de R328/10/2004 Acondicionadores para Transductores Resistivos 29

Puente de WheatstoneMedidas por comparacin Transductor dispuesto en una zona alejada del puente Error relativo en la medida de R3 Montaje alternativo Mtodo de medida con ms de un transductor

Mtodos dinmicos Puente de Wheatstone funcionando por el mtodo de comparacin con ajuste automtico y salida digital

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Puente de WheatstoneMedidas por comparacin Mtodos dinmicos Puente de Wheatstone funcionando por el mtodo de comparacin con ajuste automtico y salida digital

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Puente de WheatstoneMedidas por deflexin Sensibilidad y linealidad Puente de Wheatstone funcionando por el mtodo de deflexin

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Puente de WheatstoneMedidas por deflexin Sensibilidad y linealidad Condiciones ptimas de diseo para un puente resistivo

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Puente de WheatstoneSensibilidad Variacin de la sensibilidad de un puente resistivo alimentado a tensin constante Sensibilidad en funcin de k para el caso de x = 0,001

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Puente de WheatstoneLinealidad Condicin no necesaria Aunque la linealidad no es una condicin necesaria para tener buena exactitud, sino que lo importante es que los resultados sean reproducibles, la interpretacin del resultado siempre es ms fcil si la salida es proporcional a la magnitud medida Valores no superiores a 0,01 Limitacin de la medida a mrgenes pequeos Perder sensibilidad Linealizar, analgica o digitalmente

Galgas extensomtricas

Termistores resistivos

Efecto del valor de k

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Puente de WheatstoneMedidas diferenciales Error de linealidad

k ( x1 x2 ) Vs = V ; (k + 1 + x1 )(k + 1 + x2 ) k (x1 x2 ); x1 , x2

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