Acondicionadores De Señal

ACONDICIONADORES DE SEÑAL

David Mauricio Valderrama D. Cod. 49-014600

Oscar Fernando Vera C. Cod. 49-014727

Universidad Pedagógica Y Tecnológica De Colombia

Facultad Seccional Sogamoso

Escuela De Ingeniería Electrónica

davidvalderrama_7@hotmail.com

eddie0703@hotmail.com

RESUMEN: Utilizando los sistemas aplicados en el laboratorio anterior se implementaron circuitos que no tienen su mínimo valor en cero. Aplicando los sistemas de conversión de voltaje a voltaje y voltaje a corriente, agregándoles sumadores para generar el intervalo donde se desea trabajar y por último se implementó un amplificador de instrumentación que va amplificar la diferencia en sus entradas, siendo esta una variación muy pequeñas, esto con el fin de simular el comportamiento de los sensores en los sistemas de instrumentación y realizar un acondicionamiento a dichas señales para tenerlas en un rango de trabajo estándar.

Keywords: linealidad, sensor, sumador, amplificador de instrumentación.

OBJETIVOS

• Verificar el funcionamiento de los convertidores de voltaje a voltaje.

• Diseñar y montar un amplificador de instrumentación.

MARCO TEORICO

CONVERSOR VOLTAJE CORRIENTE

Es necesario en instrumentación industrial entregar una corriente que es proporcional a un cierto voltaje, aun cuando la resistencia de carga pueda variar.

La configuración mas sencilla para desarrollar una fuente de corriente constante es un amplificador operacional en configuración no inversora, como se observa en la figura. En este caso el voltaje de entrada V1 es el voltaje que se aplica a la resistencia R, por lo tanto la corriente de carga de IL es:

El voltaje de salida es:

RL es:

Observe que el voltaje de salida depende de la resistencia de carga, y como este no puede sobrepasar del voltaje de saturación, este limita la máxima resistencia de carga que el circuito puede soportar.

AMPLIFICADORES DE INSTRUMENTACIÓN

La estructura del amplificador operacional es la siguiente:

La última etapa del amplificador de instrumentación (AMPOP 3) es un amplificador diferencial o como restador, o sea que la ganancia de esta parte es la siguiente:

Ahora solo falta calcular los voltajes correspondientes a V1 y V2.

Para V1: Como se puede observar, el pin negativo del AMPOP 1 está Vb, y nos queda la siguiente configuración para el AMPOP 2.

Para V2: En este caso el pin negativo del AMPOP 2 se encuentra referenciado a Va, lo cual produce la siguiente configuración para el AMPOP 1.

De la ecuación del restador sabemos que:

Por lo tanto,

Se asume generalmente que R2 = R1 entonces:

MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS

• Fuente de alimentación

• Amplificadores operacionales LF 353

• Resistencias.

PROCEDIMIENTO

El primer sistema que se trabajo fue un conversor de voltaje a voltaje en el cual se tomó una señal de 200 mV a 500 mV para la entrada y obtener a la salida una señal entre 0 y 5 voltios respectivamente, la señal de entrada (200 mV a 500 mV) se tomó de un circuito como el de la figura 1, el cual funciona como elemento simulador de un sensor a través de divisores de voltaje.

Figura 1: circuito simulador de sensor

Para hallar los valores de las resistencias del divisor de tensión, utilizamos las siguientes ecuaciones:

(1)

(2)

Tomando valores para Vcc = 12 V, Vmáx = 500 mV, Vmín = 200 mV y RP = 1KΩ, podemos solucionar el sistema de ecuaciones formado por (1) y (2), para así obtener los valores de R1 y R2.

R1 = 38.333 kΩ

R2 = 666.667 Ω

El conversor de voltaje a voltaje se implemento con un circuito sumador y un amplificador de ganancia 16.5, en una de las entradas del sumador se coloco la señal del simulador de sensor y en la otra entrada se coloco un voltaje de -200 mV, esto para que a una señal del sensor de 200 mV se cancele y tenga en la salida 0 voltios, para una señal del sensor de 500 mV se tiene una señal de 300 mV a la salida del sumador y este al pasar por el amplificador de ganancia 16.5 obteníamos a la salida del sistema 5 voltios.

Figura 2: circuito conversor de voltaje a voltaje

Para el segundo sistema se diseño un conversor de voltaje a corriente que debía manejar un rango de corriente de 16mA, a partir del cual se obtuvo en valor de la resistencia del conversor y luego se tomo un valor de voltaje necesario para lograr que la corriente se encuentre en un rango de 4mA a 20mA.

El valor de la fuente de voltaje necesaria para correr en rango:

Haciendo la diferencia de los 6.25 voltios y los 5 voltios se obtiene el valor de la fuente necesaria para el corrimiento, es decir un voltaje:

V = 1.25 voltios

Figura 3: circuito conversor de voltaje a corriente

Para el tercer sistema se diseño un amplificador de instrumentación, para obtener una señal de variación muy pequeña en un rango mayor sin perder información, debido a que el sensor esta conectado a un puente de wheastone, para el diseño se primero se diseño el puente de wheastone para garantizar la variación especificada en el planteamiento del problema, es decir una variación entre 5 voltios y 5.1 voltios:

Asumimos una resistencia de 10 kΩ y para hallar el divisor tenemos:

Figura 4: puente de Wheastone

Para el diseño del amplificador de instrumentación partimos de la ecuación:

Como para una variación de 0.1 voltios teníamos que entregar en la salida 10 voltios, entonces:

Asumimos Rf = 50 KΩ

RG = 1 KΩ

Figura 5: amplificador de instrumentación

PREGUNTAS

• Para el primer sistema que problemas se presentaron

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