Informe Sensores Resistivos

DEPARTAMENTO DE INGENIER´IA MECATRO´ NICA[pic 1]

[pic 2]

Sensores resistivos y celda de carga

Lory Stephanie Achury Alvarado est.lory.achury@unimilitar.edu.co Daniel Felipe Castan˜eda Ovalle est.danielf.castan1@unimilitar.edu.co Luis Manuel Escorcia Montero Est.luis.escorcia@unimilitar.edu.co

Resumen—En la presente practica se tiene como fin realizar la adecuacio´n de una celda de carga, en la cual se usaron tres etapas de acondicionamiento que consta de un circuito seguidor de voltaje y dos amplificadores inversores con los cuales se amplifica la sen˜al del sensor, a parte se acondiciono´  un sensor RTD el cual

ca´lculos y componentes empleados como lo fueron los ampli- ficadores operacionales, que permitieron que la sensibilidad de salida cumpliera con los criterios pactados; los cuales eran que por medio de un mult´ımetro se mostrara 1 voltio por cada 100 gramos de peso que midiera la celda.

va a medir la temperatura del material que se este´ pesando,

esto se hizo gracias a la utilizacio´n de un puente de Wheatstone para medir la diferencia en el voltaje cuando var´ıa la RTD, adema´s  de  que  el  acondicionamiento  del  RTD  tiene  un  sistema de alerta conformado por un OpAmp restador que realiza 2.56V- Vout seguido de un OpAmp comparador que compara el voltaje que entrega el restador con un voltaje de referencia de 1.28V para identificar temperaturas bajas en las cuales la alarma se activa.

Palabras clave—Sensor, celda de carga, RTD, Acondiciona- miento,Amplificador de instrumentacion, Amplificadores opera- cionales y Sensibilidad.

1. INTRODUCCIO´ N

Las galgas extensome´tricas son resistencias que se emplean para  la  deteccio´n  de  fuerzas,  presiones,  torques  y  flexiones. Estas  var´ıan  su  valor  o´hmico  cuando  son  sometidas  a  un  es- fuerzo meca´nico que causan deformacio´n alguna, permitiendo as´ı  medir  la  expansio´n  y  contraccio´n.  Las  variaciones  de  su resistencia  al  igual  que  las  RTD  son  muy  pequen˜as,  por  lo que es necesario hacer uso de un voltaje de activacio´n que las clasifica dentro de la categor´ıa de sensores activos.

Para la siguiente pra´ctica de laboratorio se desea disen˜ar un sistema que permita realizar la medicio´n de peso y temperatura que posee un sistema de seguridad que permita en cierto rango de  valores  emitir  una  alerta  en  funcio´n  del  cambio  te´rmico. Para la medicio´n de su temperatura se hace uso de una RTD la cual a medida que aumentan las temperaturas, aumenta la  resistencia  ele´ctrica  del  metal  y  a  medida  que  bajan  las temperaturas, la resistencia ele´ctrica disminuye, caracter´ıstica base que usa este tipo de dispositivos para realizar la respectiva medicio´n.

1. MATERIALES Y ME´TODOS

Se procedio´  a realizar el respectivo disen˜o y simulacio´n de un sistema de medicio´n de peso y temperatura con seguridad por  alto  y  por  bajo  en  funcio´n  de  un  cambio  te´rmico.  Para ello  se  procedio´  a  realizar  el  debido  acondicionamiento  a  la celda de carga para as´ı poder determinar el peso ejercido sobre ella, dicho acondicionamiento se logro´  gracias a una serie de

Adema´s  de  eso  como  segundo  aspecto  se  hizo  uso  de  un detector de temperatura resistivo como lo es la RTD-PT100, a la cual se le realizo un respectivo acondicionamiento para que realice la correcta medicio´n de temperatura de un material pesado y as´ı llegar a emitir una alerta correspondiente cuando la temperatura se encuentre por encima de los 60 ◦C y cuando esta sea inferior a los 15◦C . Para ello se realizaron una serie de ca´lculos y se emplearon componentes como lo fueron los amplificadores operaciones, los cuales nos permitieron realizar el respectivo acondicionamiento y poder emitir la alerta correspondiente por medio de dos leds que se clasifican segu´n sea el caso.

1. PROCEDIMIENTO

Para realizar el acondicionamiento de la celda de carga se eligio la TAL220 para la cual se eligio un peso maximo de 5Kg, un voltaje de alimentacion de 10V, una salida de un milivoltio sobre volito y una resistencia de 1000 ohmios, y se pueden ver todastodas las especificaciones de la TAL220 en la figura 1.

[pic 3]

Figura 1. Data sheet de la celda de carga TAL220.

Ya  que  el  voltaje  de  alimentacio´n  es  10V,  entonces  el voltaje  entregado  cuando  se  tiene  el  peso  ma´ximo  (5000g) se encuentra usando la ecuacio´n 1:

Configuracio´n de la celda:

mV        1[pic 4]

1 V    ∗ (10V ) = ( 1000 ∗ 10)V = 0,01V        (1)[pic 5][pic 6]

Para que cada 100g tengamos 1V necesitamos amplificar el voltaje que entrega la celda:

Ganacia =

1V

0,0002V[pic 7]

(2)

Ganacia = 5000        (3) Al aumentar el circuito 5000 veces:

El circuito entregar´ıa 1V cada 2 % es decir, cada 100 g.

Figura 3. Configuracion de la celda de carga en Proteus.

Configuracio´n comercial:

Para   amplificar   el   voltaje   5000   veces,   se   escogio´   una[pic 8]

configuracio´n  con  un  seguidor  de  voltaje  y  2  amplificadores inversores de esta manera:

Figura 4. Configuracion de la celda de carga en Proteus.[pic 9]

Tabla I

TABLA  COMPARACION  DE  VOLTAJES

Figura 2. Etapas de acondicionamiento para la Celda de carga TAL220.

Con la formula de la ecuacio´n 4:

5000 = R2 ∗ R4

R1 ∗ R3

Si se asume: R1=1KΩ

R3=10KΩ

R2=500KΩ.

Se puede despejar: R4=100KΩ

(4)

      5000        50.05        50        0.1        

Se eligieron los OpAmp LT1013CN8 y LT1028 al ser los

que entregaban un valor ma´s cercano al ideal.

Se agrego una resistencia en serie a la resistencia R4 igual a

680Ω. Para reducir el error del OpAmp comercial.

[pic 10]

Figura 5.   Comparacio´n de voltajes.

Teniendo en cuenta los resultados obtenidos por la grafica, se puede observar que el comportamiento que se obtiene entre el voltaje y el peso medido por la celda de carga es lineal, por lo que se puede inferir que estas dos variables son directamente proporcionales.

...