sábado, 16 de junio de 2007

Post - Laboratorio #3


ACONDICIONAMIENTO DE SENSORES:
Ajuste de Cero y de Ganancia


Introducción:

Todo sensor necesita un circuito acondicionador que regularice y amplifique la señal que este toma del campo, para poderla establecer en rangos de voltajes si se quiere apreciables por el operador, para así realizar un posterior análisis.

El circuito de acondicionamiento que utilizamos para el sensor, 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 presente 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. En esta etapa especifica del laboratorio la salida del puente debe ser amplificada para ser operativa y realizándole los ajustes de ganancia y cero necesarios para visualizar correctamente los valores de presión en una pantalla.





OBJETIVOS
•Lograr el ajuste del error de cero.
•Lograr el ajuste del error de ganancia.



FUNDAMENTO TEÓRICO

Un puente de Wheatstone es un instrumento eléctrico de medida inventado por Samuel Christie en 1833, mejorado y popularizado por Sir Charles Wheatstone en 1843, este circuito es usado como interfaz para los sensores resistivos y se aprovecha para medir el parámetro variado.







En la mayoria de los casos la salida de estos puentes es una señal analógica de un nivel de tensión muy bajo; este hecho hace necesario el uso de 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 aceptable de voltaje, generalmente por el orden de los 5 a 20V y digital 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.

El circuito propuesto tuvo que ser modificado para lograr un acondicionamiento adecuado de la señal, la modificación fue la siguiente:


Resusltados de las medidas



Subiendo:

Bajando:


DESCRIPCION DEL CIRCUITO

Una vez generada la señal eléctrica de salida del sensor, ésta es amplificada dado que la salida del mismo es muy baja, es preciso amplificar introduciendo el menor ruido e interferencia posibles, así como bajo offset. Se deben utilizar por tanto técnicas de amplificación de bajo ruido y se sitúa el amplificador lo antes posible para evitar la degradación propia de la transmisión de señales muy débiles, para esto se usa un amplificador de instrumentación creado a partir de amplificadores operacionales el cual esta diseñado para tener una alta impedancia de entrada y un buen rechazo en modo común, el circuito fue diseñado para obtener una salida de 0v para 0cm y 5v para 67cm.


El circuito (maqueta) consta de 2 tubos cilíndricos conectados a través de una llave por medio de una tubería; cada tubo posee un metro el cual nos proporciona el margen de medida de la variable con una resolución de 1mm y las medidas de máximo y mínimo nivel varían desde 0 – 67 cm.


A) Inicialmente se llena el primer tubo.
B) Se va abriendo poco a poco la llave para dejar pasar una cantidad de agua al otro tubo.
C) Al Ingresar el agua al tubo 2, en donde se encuentra el sensor RS216-6253 que al ser excitado, comienza a censar las variaciones de nivel, arrojando una salida analógica la cual es introducida al circuito de acondicionamiento diseñado, allí la señal se amplifica y se hacen los ajustes de cero y de ganancia registrándose los datos de la medida de presión para cada porcentaje. (0%,25%,50%,75% y 100%)

Errores:

Error de cero


Error de cero= (Valor teorico - valor experimetal)

Subiendo:

Error de cero= (0 - 0,0024) = 0,0024

Bajando:

Error de cero= (0 - 0,0028) = 0,0028

Error de Ganancia


Analisis de Errores
•Se puede decir que el sensor RS216-6253 utilizado para la medición de nivel es altamente confiable para el rango de nivel estudiado, obteniendose un error de cero aproximadamente igual a cero, además al observar la gráfica de no linealidad se puede percibir que los valores esperados y experimentales difieren entre ellos a lo largo del rango de medición y por lo que algún error puede atribuirse a la medición efectuada en el laboratorio, es decir, a los errores sistemáticos y casuales.

• El error de ganancia demuestra una buena aproximación a los valores reales deseados ya que se obtuvo una pendiente muy próxima a la identidad, pendiente deseada.

Conclusiones y Recomendaciones
•Con la realización de ésta practica se pudo comprobar la aplicabilidad de los amplificadores de instrumentación como circuitos de acondicionamiento para sensores resistivos observándose que estos sirven para aumentar la sensibilidad de los circuitos y poder llevar los voltajes de salida de los sensores a niveles mayores que puedan ser manejados mas fácilmente.
•Se recomienda calibrar bien la salida del puente para que la salida del amplificador sea correcta y anexar a la salida un ajuste de cero , de igual modo se recomienda ser cuidadoso al momento de las mediciones para evitar los errores.

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