lunes, 2 de junio de 2008

1.8. Acondicionamiento: Puente de Wheastone, Amplificador de Instrumentación.

Circuito de acondicionamiento para potenciómetros

Para el caso de los potenciómetros se suele emplear para su acondicionamiento una interfaz formada por una combinación serie de un resistor y el mismo Sensor (potenciómetro), alimentados por una fuente de fija de tensión o corriente, a este circuito de acondicionamiento se le conoce como divisor de tensión. Puede darse el caso que el Sensor forme conforme la asociación serie de estos dos dispositivos.En la siguiente figura se puede observar la aplicación de esta interfaz al caso de Potenciómetros.
Acondicionamiento para Señales de Galgas Extensiométrica

Las mediciones de galgas extensiométricas involucran sensar cambios muy pequeños de resistencia. Es por esto que una selección apropiada y el uso de un puente, acondicionamiento de señal, cableado y adquisición de datos son componentes requeridos para lograr mediciones precisas.
Completar el Puente

A menos que esté usando un sensor de puente completo con cuatro galgas activas, entonces va a necesitar completar el puente con resistencias de referencia. Es por esta razón que los dispositivos de acondicionamiento para galgas típicamente proveen redes para completar medio puente, las cuales consisten de dos resistencias de referencia de alta precisión. El diagrama de la Figura 1 muestra el cableado de un circuito de una galga extensiométrica de medio puente a un acondicionador con resistencias para completar R1 y R2. El valor nominal de las resistencias es menos importante comparado con qué tan bien las dos resistencias se igualan. Idealmente, los resistors se igualan y proven un voltaje de referencia estable de VEX/2 a la punta de entrada negativa del canal de medición. Por ejemplo, las resistencias de complemento de medio puente incluídas en el módulo de acondicionamiento de señales SCXI-1122 son de 2.5 kW con una tolerancia de 0.02%. La resistencia alta de los resistores de complemento ayudan a minimizar la corriente que tomaría del voltaje de excitación.Exitación del Puente

Acondicionadores de señal para galgas típicamente proveen una fuente de voltaje constante para energizar el puente. Aunque no hay un nivel de voltaje estándar reconocido en la industria, niveles de voltaje de exitación de entre 3 V y 10 V son comunes. Mientras un voltaje de exitación mayor genera proporcionalmente un voltaje de salida mayor, el mayor voltaje puede causar errors debido a sobrecalentamiento. Es importante recalcar que el voltaje de exitación debe ser muy preciso y estable. De modo alternativo, se puede usar un voltaje menos preciso o estable y medir o sensar el voltaje de exitación para calcular la presión correcta.

Medición de Excitación

Si el circuito de la galga de presión esta localizado a una distancia larga del acondicionador de señal y la fuente de exitación puede generarse un error debido a la caída de voltaje causada por la resistencia en los cables que conectan el voltaje de exitación al puente. Para estos casos algunos acondicionadores de señal incluyen una función llamada sensor remoto la cual compensa por este error. Existen dos métodos communes para sensar remotamente. Con el sensor remoto con retroalimentación, usted conecta cables extra con sensores en el punto donde los cables del voltaje de exitación se conectan con el circuito del puente. Los cables con sensores extra sirven para regular la fuente de exitación para compensar por pérdidas en las puntas y así entregar el voltaje necesario al puente. Este esquema se usa en el modulo SCXI-1122.Una manera alterna de sensar remotamente usa un canal separado para medir directamente el voltaje de exitación que se le entrega al puente. Ya que las puntas del canal de medición llevan una corriente muy pequeña, la resistencia en las puntas es despreciable y no afectan a la medición. El voltaje de exitación medido es despues usado en la conversión voltaje-presión para compensar por las pérdidas en las puntas.

Amplificación de Señal

Las salidas de las galgas de presión y los puentes son relativamente pequeñas. En la práctica, la mayoría de los puentes de galgas y transductores de presión tienen salidas de menos de 10 mV/V (10 mV de salida por volt de voltaje de excitación). Con un voltaje de exitación de 10 V , la señal de salida será de 100 mV. Es por esto que los acondicionadores de señal para galgas incuyen amplificadores para aumentar el nivel de la señal, para incrementar la resolución de la medición y mejorar las relaciones de señal a ruido. Los modulos SCXI por ejemplo incluyen amplificadores de ganancia programmable, con ganancias de hasta 2000.Circuito de acondicionamiento para termorresistencias

Para adaptar las variaciones de resistencia que se producen en un RTD (termoresistencia) al circuito que va a tratar la información, se suelen utilizar los mismos montajes o circuitos que en los demás transductores que también varían su resistencia con el fenómeno a medir: puente de Wheatstone, amplificadores de instrumentación, acondicionadores integrados, etc.



En dicho circuito, se hace circular una corriente constante por el RTD, por lo que las variaciones de resistencia (debido a los cambios de temperatura) provocarán variaciones proporcionales de la tensión VRTD

Circuito de acondicionamiento del temistor

Son semejantes para los RTD, con la importante salvedad que supone la condición "no lineal" de los termistores. Por ello, se ha de hacer una linealización de su comportamiento. La forma más cómoda y fácil es colocarle una resistencia en paralelo, tal como muestra la figura 1.22. Con esto, el valor del paralelo RT _R para las diferentes temperaturas,sigue una variación bastante lineal, en comparación con como variaba RT sola.

Puente de Wheastone

El puente Wheatstone es un circuito muy interesante y se utiliza para medir el valor de componentes pasivos como las resistencias .

En la disposición eléctrica del circuito de abajo vemos que, Rx es la resistencia cuyo valor queremos determinar, R1, R2 y R3 son resistencias de valores conocidos, además la resistencia R2 es ajustable. Si la relación de las dos resistencias del brazo conocido R2/R1) es igual a la relación de las dos del brazo desconocido (Rx/R3), el voltaje entre los dos puntos medios será nulo y por tanto no circulará corriente alguna entre esos dos puntos. Para efectuar la medida lo que se hace es variar la resistencia R2 hasta alcanzar el punto de equilibrio.

Una aplicación muy interesante del puente Wheatstone en la industria es como sensor de temperatura, presión, etc. (dispositivos que varían el valor de sus resistencia de acuerdo a la variación de las variables antes mencionadas).
Es en el amperímetro donde se ve el nivel o grado de desbalance o diferencia que hay entre el valor normal a medir y la medida real.
También se utiliza en los sistemas de distribución de energía eléctrica donde se lo utiliza para detectar roturas o fallas en la líneas de distribución

Amplificador de Instrumentacion

El amplificador de instrumentación es un amplificador diferencial tensión-tensión cuya
ganancia puede establecerse de forma muy precisa y que ha sido optimizado para que
opere de acuerdo a su propia especificación aún en un entorno hostil. Es un elemento
esencial de los sistemas de medida, en los que se ensambla como un bloque funcional que
ofrece características funcionales propias e independientes de los restantes elementos con
los que interacciona. Para ello, se le requiere:
a) Tengan unas características funcionales que sean precisas y estables.
b) Sus características no se modifiquen cuando se ensambla con otros elementos.

En la siguiente figura se muestra la estructura de un amplificador de instrumentación: es muy utilizado para amplificarseñales debiles en hospitales y centros de urgencia, EJ: ELECTROCARDIOGRAMA y en muchas aplicaciones industriales. Aplicaciones
*Para acondicionar la salida de un puente de wheastone
*Para amplificar señales eléctricas biológicas (por ejemplo en electrocardiogramas).
*Como parte de circuitos para proporcionar alimentación a corriente constante.
*En fuentes de alimentación
Un amplificador de instrumentación se caracteriza por tener:
*Alta impedancia de entrada.
*Alto rechazo de de señales en modo comun CMRR, superior a 100 dB.
*Ganancia estable y que pueda ser variable con una única resistencia y sin que se contrapongan directamente ganancia y ancho de banda.
*Tensión y corriente de desequilibrio (offset) bajas y con pocas derivas.
*Impedancia de salida baja.
*Existen convencionalmente dos tipos de amplificadores de instrumentación
*Amplificador de instrumentación basado en dos amplificadores y
*Amplificador basado en tres amplificadores.
*El amplificador de instrumentación cuenta con tres amplificadores dos seguidores de tensión para mejorar la impedancia de entrada del amplificador y un amplificador diferencial para rechazar las señales en modo común