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Instrumentación Electrónica
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2.- Sensores de resistencia variable y sus acondicionadores.
3.- Sensores de reactancia variable, electromagnéticos y susacondicionadores.
4.- Sensores generadores y sus acondicionadores.
5.- Otros tipos de sensado.
II.- Las etapas de sensado y acondicionamiento electrónico.
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Sensores de reactancia variable
Sensor Variable no eléctrica
CapacitivosCapacitivos
ElectromagnéticosElectromagnéticos
InductivosInductivos
ZZZ os ∆+=
No están en contacto físico con el medio a medir.
Producen un efecto de carga mínimo.
Respuesta en frecuencia limitada.
Comportamiento no lineal de la impedancia con la variable a medir.
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Sensores de reactancia variable
Capacitivos
(condensador variable)
C=C(geometría, ε)
Pallás Areny, R.; "Sensores y acondicionadores de señal". 2ª ed. Marcombo, Barcelona 1994.
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Presencia de humedad entre las placas → alteración del aislamiento dieléctrico.
Linealidad dependiente.
Si V ∼ Z→ linealidad con x si V ∼ 1/Z→ linealidad con A, ε
Sensores de reactancia variable
Capacitivos
(condensador variable)
Limitaciones
xAC ⋅= ε Cwj
Z⋅⋅
=1
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Sensores de reactancia variableCapacitivos
(condensador variable)
Error por carga mínimo (ausencia de fricción).
Fuerza requerida para desplazar el elemento móvil despreciable.
Alta estabilidad y reproducibilidad.
el estado de las placas no afecta a C.
si ε es aire → gran estabilidad térmica.
Reducción espacial de los campos que generan
→ no producen interferencias preocupantes.
Ventajas
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Sensores de reactancia variableCapacitivos
(condensador variable)
Si varia x ó A
→ medida de desplazamientos angulares y lineales.
→ otra magnitud transducible a desplazamiento.
Si varía ε
→ medida de humedad, cambios de tª, espesores de dieléctrico.
Aplicaciones
Pallás Areny, R.; "Sensores y acondicionadores de señal". 2ª ed. Marcombo, Barcelona 1994.
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Sensores de reactancia variableCapacitivos
(condensador diferencial)
Sistema capacitivo formado por dos condensadores variables dispuestos de forma que
experimentan el mismo cambio con la magnitud medida pero en sentidos opuestos.
CA
d x1 =⋅+
ε
CA
d x2 =⋅−
ε
V VC
C C12
1 2
= ⋅+
V VC
C C21
1 2
= ⋅+
V Vd x
d1 2= ⋅
+⋅
V Vd x
d2 2= ⋅
−⋅
V V Vd x
dd x
dV
xd1 2 2 2
− = ⋅+⋅
−−⋅
⎛⎝⎜
⎞⎠⎟ = ⋅
Pallás Areny, R.; "Sensores y acondicionadores de señal". 2ª ed. Marcombo, Barcelona 1994.
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Inclinómetros
Medida de humedad
Pantallas táctiles Interruptores de proximidad
Aplicaciones
Sensores de reactancia variableCapacitivos
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Sensores de reactancia variableInductivos
(variación de reluctancia)
ℜ ≡⋅N iΦ
LN
=ℜ
2
ℜ = ⋅ + ⋅∑ ∑1 1µ µo
o
o
lA
lA
iviN
≡Φ≡⋅ R≡ℜ
),,,,,,( lAlANLL ooo µµ=
Kassakian, J. G., Schlecht, M. F., Verghese, G. C.; “Principles of power electronics". Addison-Wesley, Reading, MA, 1991.
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Sensores de reactancia variableInductivos
(variación de reluctancia)
Limitaciones
Evitar influencia de campos magnéticos externos.
Linealidad dependiente.
si V ∼ Z→ linealidad con µ.
si V ∼ 1/Z→ linealidad con l
Salida bidireccional → detección de fase.
Siempre tª < tªCurie.
Ventajas
Poca influencia de la humedad.
Alta sensibilidad.
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Sensores de reactancia variableInductivos
(variación de reluctancia)
Materiales
Permite trabajar a f elevadas sin peligro
de saturación.
Influye poco en la deriva del valor de L.
Limitación en frecuencia para no aumentar las pérdidas.
Elevada permeabilidad → amplios rangos de inductancia permisibles.
Permiten mayor confinamiento del circuito magnético → menos interferencias.
Aire
Ferrita
Aplicaciones
Medida de desplazamientos y posición.
Detección de objetos metálicos-férricos.
Medida de espesores.
Pallás Areny, R.; "Sensores y acondicionadores de señal". 2ª ed. Marcombo, Barcelona 1994.
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Sensores de reactancia variableInductivos
(LVDT)
Doebelin, E. O.; “Measurement Systems : Application and Design”, 3ª ed. Mc-Graw-Hill, New York, 1983.
LVDT Transformador con un primario, dos secundarios unidos en oposición serie y un vástago ferromagnético.
Fundamento El vástago, al cambiar su posición hace variar el coeficiente de inductancia mútua entre arrollamientos haciendo aumentar la tensión inducida en uno y disminuyéndola en el otro.
Fundamento
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Sensores de reactancia variableInductivos(LVDT) Función de transferencia
Pallás Areny, R.; "Sensores y acondicionadores de señal". 2ª ed. Marcombo, Barcelona 1994.
( )( )
EE
p M M R E
p L L p R L R L R Ro c
1
2 1 12
1 2 2 1 1 2 1 22 2=
⋅ − ⋅ ⋅
⋅ ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅ ⋅ + ⋅
1ª Ley de Kyrchoff y con las condiciones L2+L2’-2 M3 =2 L2 y 2 L2 L1>>(M2-M1)
Rc : resistencia de carga; M1, M2 : coeficientes de inductancia mutua.L1, L2 : inductancias de primario y secundario; R1, R2 : resistencia de los arrollamientos.
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Sensores de reactancia variableInductivos(LVDT) Función de transferencia
Pallás Areny, R.; "Sensores y acondicionadores de señal". 2ª ed. Marcombo, Barcelona 1994.
Para la frecuencia f a la que: p L L R R21 2 1 22⋅ ⋅ ⋅ = − ⋅ ⋅( )
La salida es independiente con la frecuencia y sólo guarda dependencia con la posición del vástago a través de M2-M1.
La información a sensar (posición del vástago) da lugar a una variación en la amplitud de salida Eo. No se corresponde a un cambio de impedancia o admitancia como ocurría en los tipos anteriores de sensores.
fR R
L Ln = ⋅⋅
⋅⋅ ⋅
⎛⎝⎜
⎞⎠⎟
12 2
1 2
1 2
1 2
π
/
( )EE
M M RR L R L
o c
1
1 2
2 1 1 22=
− ⋅
⋅ + ⋅ ⋅
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Inductivos
(LVDT)
Sensores de reactancia variable
Información Amplitud de una señal eléctrica.
No en un cambio de impedancia.
Ventajas
Alta resolución (0,1% FE).
Bajo rozamiento entre vástago y núcleo → Poca carga mecánica.
Vida casi ilimitada (MTBF ~ 228 años).
Ofrecen aislamiento entre sensor y electrónica → aplicaciones en atmósferas peligrosas.
Alta repetibilidad.
LimitacionesEn posición central salida no nula (1%
F.E.).
Presencia de armónicos de la alimentación a la salida → filtrado adicional.
Dependencia térmica si se alimenta a tensión AC.
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Sensores de reactancia variableInductivos
(LVDT)
Aplicaciones
De tipo directo → Medidas de desplazamiento y posición.
De tipo indirecto → Las que den lugar a un desplazamiento (1ª aplicación, 1930).
Pallás Areny, R.; "Sensores y acondicionadores de señal". 2ª ed. Marcombo, Barcelona 1994.
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88Detección de nivel
Detección activa y pasiva de la carga en
lavadoras
Suspensión activa Medida del espesor del aceite en pistonesObtención de perfiles
Aplicaciones
Sensores de reactancia variableInductivos
(LVDT)
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Sensores de reactancia variableTransformadores
variablesFundamento
Transformadores cuya tensión de salida depende de la inclinación relativa entre los devanados primario y secundario pues varía la inductancia mutua entre ellos.
Pallás Areny, R.; "Sensores y acondicionadores de señal". 2ª ed. Marcombo, Barcelona 1994.
twKe ⋅⋅⋅= coscos2 α
La amplitud que se obtiene es la que contiene la información de la variable a sensar cambiando con la inclinación relativa α, aunque no de forma lineal.
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Sensores de reactancia variableTransformadores
variablesFundamento
221111
221122
IpMIpLEIpLIpME
⋅⋅+⋅⋅=⋅⋅+⋅⋅=Ecuaciones del transformador
(inductores acoplados)
αµ
αµαµα
cos
coscoscos
1
1
2
112
1
2212
⋅⋅
⋅=Φ
⋅⋅⋅
⋅=⋅⋅⋅=⋅⋅=⋅=Φ
Φ=
lSN
dId
Sl
INSHSBSB
dIdNM
)2sin(cos2
)2sin(
cos22
11
22
11
11
21122
1122
tfIl
SNNfe
tfIi
il
SNNfiMfe
IpME
p
p
⋅⋅⋅⋅⋅⋅⋅
⋅⋅⋅⋅⋅=
⋅⋅⋅⋅=
⋅⋅⋅
⋅⋅⋅⋅⋅=⋅⋅⋅⋅=
⋅⋅=
παµπ
π
αµππ
twKe ⋅⋅⋅= coscos2 α
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Sensores de reactancia variableTransformadores
variables Sincro
Configuración básica Un bobinado llamado rotor y tres bobinados de tipo estátor separados 120° respecto del rotor.
Floyd, Th. : “Basic Operational Amplifiers and Linear Integrated Circuits”, Cap. 10, Merrill/McMillan Publ. Comp, N. Y. 1994.
twVS AB ⋅⋅+⋅= sin)º240sin(θ
twVSBC ⋅⋅+⋅= sin)º120sin(θ
twVS AC ⋅⋅⋅= sinsinθ
Formato sincro
twVRAB ⋅⋅= sin
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Sensores de reactancia variableTransformadores
variables
Resolver
Configuración básica Un rotor y dos estátor situados estos dos a 90º.
Floyd, Th. : “Basic Operational Amplifiers and Linear Integrated Circuits”, Cap. 10, Merrill/McMillan Publ. Comp, N. Y. 1994.
twVS AB ⋅⋅⋅= sinsinθ
twVSCD ⋅⋅⋅= sincosθ
twVRAB ⋅⋅= sin
Formato resolver
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Sensores de reactancia variableTransformadores
variablesAplicaciones
En la medida del ángulo de giro de un eje o en la posición angular.
http://aviatechno.free.fr/trans/resolver.php
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Sensores electromagnéticosSensores
Hall
VK B I
ZHH=⋅ ⋅
VH ≡ tensión de efecto Hall (V).KH ≡ constante de efecto Hall (m3/nº de electrones - C ).B ≡ densidad de flujo magnético (Wb/m ó T ).I ≡ corriente circulante por el conductor (A).Z ≡ grosor del conductor (m).
Carstens, J.; "Electrical Sensors and Transducers". Regents/Prentice Hall, New Jersey, 1993.
Efecto Hall
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Sensores electromagnéticosSensores
Hall
Aplicaciones
Medida de campos magnéticos.
Medida de corriente.
Watímetros.
Ventajas
Ausencia de contactos mecánicos → no hay desgaste ni arcos.
Posibilidad de controlar la concentración de impurezas→ alta repetibilidad.
Materiales : SbIn, AsIn, Ge, Si → integración de la electrónica posterior.
Limitaciones VH tiene dependencia térmica → alimentar a corriente constante.
Presencia de tensiones de desequilibrio →incorporar un electrodo adicional.
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Sensores electromagnéticosSensores
Hall
Carstens, J.; "Electrical Sensors and Transducers". Regents/Prentice Hall, New Jersey, 1993.
Watímetro
PRzKKnVI
RzKKn
RV
IzKKV
c
Hloadload
c
H
cload
HH ⋅
⋅⋅⋅
=⋅⋅⋅⋅⋅
=⋅⋅⋅
= sec
Aplicaciones
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Sensores electromagnéticosSensores
Hall Aplicaciones
Pallás Areny, R.; "Sensores y acondicionadores de señal". 2ª ed. Marcombo, Barcelona 1994.
a) se emplea el sensor para la medida de un desplazamiento.b) el sensor actúa como conmutador de proximidad.c) se detecta la velocidad de rotación.
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Sensores electromagnéticosSensores
Hall
http://www.allegromicro.com/techpub2/vehicle_safety/
Seguridad en automoción
Sensado de corriente
Medida de velocidad y posición
Aplicaciones
Instrumentación Electrónica
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2.- Sensores de resistencia variable y sus acondicionadores.
3.- Sensores de reactancia variable, electromagnéticos y susacondicionadores.
4.- Sensores generadores y sus acondicionadores.
5.- Otros tipos de sensado.
II.- Las etapas de sensado y acondicionamiento electrónico.
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Acondicionadores para sensores de reactancia variable
Basados en la Ley de Ohm y por divisor de
tensión
Basados en la Ley de Ohm y por divisor de
tensión
Puentes de AC y posteriores
Puentes de AC y posteriores
Detección coherenteDetección coherente
Instrumentación Electrónica
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Acondicionadores para sensores de reactancia variable
Ley de Ohm
C Cxx o= ⋅
+1
1
( )v vZZ
vCC
xox
o
= − ⋅ ⋅ = − ⋅ ⋅ ⋅ +( ) ( ) 1
Pallás Areny, R.; "Sensores y acondicionadores de señal". 2ª ed. Marcombo, Barcelona 1994.Se mide V a I cte.
Se mide I a V cte.
CC
vv xo ⋅⋅−= )(
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Acondicionadores para sensores de reactancia variable
División de tensión
xxvvs +
+⋅=21
v vx
s = ⋅+12
Pallás Areny, R.; "Sensores y acondicionadores de señal". 2ª ed. Marcombo, Barcelona 1994.
Para sensor diferencial
Respuesta no lineal
Con un solo sensor
Presencia de un offset
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Acondicionadores para sensores de reactancia variablePuentes de AC
( )v vx
xs = ⋅⋅ +2 2 2
xvvs ⋅−=
Pallás Areny, R.; "Sensores y acondicionadores de señal". 2ª ed. Marcombo, Barcelona 1994.
Para sensor diferencialCon un solo sensor Para sensor diferencial
¿?
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Acondicionadores para sensores de reactancia variable
Pseudopuentes
v v
ZZ
ZZ
ZZ
s = ⋅−
+
3
4
2
1
3
4
1
Si C=C(ε) o C=C(A) → para salida lineal → sensor en Z1.Si C=C(x) → sensor en Z2
Z3 y Z4 → R’s y Z2 ó Z1 →un condensador fijo.
Pallás Areny, R.; "Sensores y acondicionadores de señal". 2ª ed. Marcombo, Barcelona 1994.
Muy útiles cuando se trata de acondicionar sensores capacitivos.
Para sensor capacitivo simple Para sensor
capacitivo simple y diferencial
)(4
3
1
2
ZZ
ZZvvs −⋅=
Para Csimple sensor en Z1 ó en Z2.Para Cdiferencial sensor en Z1 y Z4 ó en Z2 y Z3.
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Acondicionadores para sensores de reactancia variable
Amplificadores de AC
Pallás Areny, R.; Webster, J. G.: “Analog Signal Processing”. Wiley-Interscience, N. Y., 1999.
Poseen dos frecuencias de corte entre las que se debe acondicionar la(s) componente frecuencialque contenga la información sensada.
Red de acoplo AC + amplif. DC.Amplif. AC unipolar.Amplif. AC con entrada diferencial.Amplif. AC totalmente diferencial.
Amplificadores AC
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Acondicionadores para sensores de reactancia variable
Amplificadores de AC Amplificador DC
Su estudio se aborda teniendo en cuenta la ganancia en lazo abierto finita del A.O a(jf).
a
o
ffj
afja
⋅+=⋅
1)( aot faf ⋅=
Para el 741:ao = 200.000fa = 5 Hzft = 1 MHz
Instrumentación Electrónica
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Acondicionadores para sensores de reactancia variable
Amplificadores de AC Amplificador DC no inversor
A
o
ffj
AfjA
⋅+=⋅
1)(
)1( baff oaA ⋅+⋅=
bab
A
o
o
⋅+
⋅=11
11
21
1
RRRb+
=
Franco, S.; “Design with Operational Amplifiers and Analog Integrated Circuits”, McGraw-Hill 2ond. Ed., New York, 1998.
La ganancia “ideal” no se extiende más allá de fA.
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Acondicionadores para sensores de reactancia variable
Amplificadores de AC Red de acoplo AC + amplif. DC
fjff
fjffjG
fjGH
H
L
o
⋅+⋅
⋅+⋅⋅
=⋅ )(
Aparece una frecuencia inferior de corte asociada a la red de acoplo. Pallás Areny, R.; Webster, J. G.: “Analog Signal Processing”. Wiley-
Interscience, N. Y., 1999.
fH = frec. de corte del amplif. DCfL = frec. de corte de la red de acoplo AC.
Instrumentación Electrónica
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Acondicionadores para sensores de reactancia variable
Amplificadores de AC
Amplif. AC unipolar
Pallás Areny, R.; Webster, J. G.: “Analog Signal Processing”. Wiley-Interscience, N. Y., 1999.bfja
fjffj
RR
bfja
ZZ
fjG
⋅⋅+
⋅⋅+
⋅⋅=
⋅⋅+
⋅−=⋅
)(11
1
)(11
)(11
212
111 2
1CR
f⋅⋅⋅
=π
1
211
1)(
RRRfjf
fjffjb+
⋅⋅+
⋅+=⋅
21
1
RRRfa
f aoG +
⋅⋅=
Determinada por el A.O.
Si se considera C GfCRf >
⋅⋅⋅=
22 2
1π
La banda pasante [f1..fG] queda muy reducida.
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Acondicionadores para sensores de reactancia variable
Amplificadores de AC Amplif. AC con entrada diferencial
Pallás Areny, R.; Webster, J. G.: “Analog Signal Processing”. Wiley-Interscience, N. Y., 1999.
CRpCRpGfjG o ⋅⋅+⋅⋅
⋅=⋅1
)(CR
fc ⋅⋅⋅=
π21
Ausencia de respuesta en DC (filtrado PB integrador).
| G(j·f) |
Admitiendo A.O. ideal
Go : Ganancia A.I.
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Acondicionadores para sensores de reactancia variable
Amplificadores de AC Amplif. AC totalmente diferencial
Pallás Areny, R.; Webster, J. G.: “Analog Signal Processing”. Wiley-Interscience, N. Y., 1999.
1
12
1)2(1)(
RCpRRCppG
⋅⋅++⋅⋅⋅+
=
CRRf z ⋅+⋅⋅⋅=
)2(21
12πPresencia de ganancia en DC.
| G(j·f) |
Admitiendo A.O.s ideales
CRf p ⋅⋅⋅
=12
1π
Instrumentación Electrónica
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Acondicionadores para sensores de reactancia variable
Convertidores AC/DC
De valor eficaz (método térmico)
Pallás Areny, R.; "Sensores y acondicionadores de señal". 2ª ed. Marcombo, Barcelona 1994.
Se compara el calentamiento en dos resistencias idénticas situadas en el puerto de entrada y de salida hasta llegar al equilibrio.
La tensión DC en el puerto de salida es el valor rms de la señal en el puerto de entrada.
Representante integrado LT1088.
vT
v t dts eff s
T
,
/
( )≡ ⋅ ⋅⎡
⎣⎢
⎤
⎦⎥∫
1 2
0
1 2
Instrumentación Electrónica
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Acondicionadores para sensores de reactancia variable
Convertidores AC/DC
Pallás Areny, R.; "Sensores y acondicionadores de señal". 2ª ed. Marcombo, Barcelona 1994.
Directo Implícito (con realimentación)
De valor eficaz (método matemático)
vT
v t dts eff s
T
,
/
( )≡ ⋅ ⋅⎡
⎣⎢
⎤
⎦⎥∫
1 2
0
1 2
De escaso margen dinámico.Al calcularse el cuadrado de la señal, los valores que se obtienen han de ser en todo
momento inferiores a la saturación.Representante integrado AD736.
Instrumentación Electrónica
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Acondicionadores para sensores de reactancia variable
Convertidores AC/DC
Pallás Areny, R.; "Sensores y acondicionadores de señal". 2ª ed. Marcombo, Barcelona 1994.
Detector de pico
Rectificador activo de onda completa
Los diodos empleados se incluyen dentro del lazo de realimentación del operacional para reducir el efecto de su caída directa.
La misión de R es permitir un camino de descarga para C y así poder seguir las fluctuaciones de la tensión de entrada.
Instrumentación Electrónica
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Acondicionadores para sensores de reactancia variable
Convertidores AC/DC De valor medio
VT
V t dtavg
T
= ⋅ ⋅∫1
0
( )
Franco, S.; “Design with Operational Amplifiers and Analog Integrated Circuits”, McGraw-Hill 2ond. Ed., New York, 1998.
La señal AC se rectifica en onda completa y después se filtra pasa-baja para obtener su componente DC, esta es en realidad el valor medio (average) de la señal rectificada.
Instrumentación Electrónica
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Acondicionadores para sensores de reactancia variable
Amplificadores de portadora
Pallás Areny, R.; "Sensores y acondicionadores de señal". 2ª ed. Marcombo, Barcelona 1994.
Acondicionamiento obligatorio para aquellos sensores en los que la información que proporcionan incluye valores positivos y negativos, existiendo un cambio de signo de la magnitud medida.
El acondicionador a utilizar en estos casos recibe el nombre de amplificador de portadora y se aplica a aquellos sensores montados en un divisor de tensión o puente de alterna así como en los sensores LVDT.
Amplificador de AC.Demodulador. Filtro paso-bajo.Generador de oscilación.
Partesconstituyentes
Instrumentación Electrónica
117
Acondicionadores para sensores de reactancia variable
Amplificadores de portadora
Evidencia de la modulación
v t v tx t
s ( ) ( )( )
= ⋅4
twVtv oo ⋅⋅= cos)(
( )Φ+⋅⋅= twAtx scos)(
( )[ ] ( )[ ]{ }Φ+⋅++Φ−⋅−⋅⋅
= twwtwwAVtv sosoo
s coscos8
)(
En el espectro de la onda de salida, la portadora no está presente y sí sus bandas laterales ωo-ωs y ωo+ωs Señal modulada en amplitud con supresión de portadora.
Pallás Areny, R.; "Sensores y acondicionadores de señal". 2ª ed. Marcombo, Barcelona 1994.
Con Z1 = Zo · (1+x) ; Z2 = Z3 = Z4 = Zo
Si :
Puente de Wheatstone con un sensor.
(Modulada)
(Moduladora)
Instrumentación Electrónica
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Acondicionadores para sensores de reactancia variable
Amplificadores de portadora Evidencia de la modulación
Instrumentación Electrónica
119
Acondicionadores para sensores de reactancia variable
Demodulación coherente
Amplificadores de portadora
Señal modulada X Señal de referencia + F. P. B. Recuperación de la amplitud y el signo.
Senoidal. Cuadrada.
(En fase con la portadora y de la misma frecuencia.)
Instrumentación Electrónica
120
Acondicionadores para sensores de reactancia variable
Demodulación coherente
( )[ ] ( )[ ]{ }[ ] [ ] ( )[ ]{ }
v t v t V w tV A V
w w t w w t w t
V A Vw t w t w w t
m s r o
o ro s o s o
o rs s o s
( ) ( ) cos
cos cos cos
cos cos ( ) cos
= ⋅ ⋅ ⋅ =
=⋅ ⋅
⋅ − ⋅ − + + ⋅ + ⋅ ⋅ =
=⋅ ⋅
⋅ ⋅ + + − ⋅ − + ⋅ ± ⋅ ±
8
162
Φ Φ
Φ Φ ϕ
[ ]v tV A V
w tV V
x tdo r
so r( ) cos ( )=
⋅ ⋅⋅ ⋅ + =
⋅⋅
8 8Φ
Pallás Areny, R.; "Sensores y acondicionadores de señal". 2ª ed. Marcombo, Barcelona 1994.
Amplificadores de portadora
Señal de referencia senoidal.
F. P. B.
Instrumentación Electrónica
121
Acondicionadores para sensores de reactancia variable
Demodulación coherente (detectores de fase conmutados)
[ ]
( )∑∞
=
⋅⋅+⋅⋅+⋅
−⋅
⋅=
=⋅⋅=
0
12cos12
)(4
cossgn)(
no
nor
twnn
V
twVtv
π
( )v t V A V w t V V x td s( ) cos ( )=⋅ ⋅⋅
⋅ ⋅ + =⋅⋅
⋅0 0
2 2π πΦ
Pallás Areny, R.; "Sensores y acondicionadores de señal". 2ª ed. Marcombo, Barcelona 1994.
Amplificadores de portadora
Señal de referencia cuadrada.
( )[ ]⎭⎬⎫
⎩⎨⎧
Φ±⋅±⋅⋅⋅−⋅
−+Φ+⋅⋅
⋅⋅⋅
=⋅= ∑∞
=
+
12
1
2cos14
)()cos(2
)()()(n
so
n
so
rsm tnn
tVAVtvtvtv ωωωπ
F. P. B.
Instrumentación Electrónica
122
Acondicionadores para sensores de reactancia variable
Demodulación coherente
Amplificadores de portadora
El demodulador conmutado tiene las ventajas de una mayor estabilidad de la onda cuadrada respecto a la senoidal y de poder implementar el producto mediante un interruptor de polaridad (ganancia +1 ó -1) en lugar de un multiplicador analógico.
Instrumentación Electrónica
123
Acondicionadores para sensores de reactancia variable
Amplificadores de portadora
Aplicación al LVDT
Doebelin, E. O.; “Measurement Systems : Application and Design”, 3ª ed. Mc-Graw-Hill, New York, 1983.
Instrumentación Electrónica
124
Acondicionadores para sensores de reactancia variable
Amplificadores de portadora
Demoduladores integrados (AD630)
Instrumentación Electrónica
125
Acondicionadores para sensores de reactancia variable
Amplificadores de portadora
Demoduladores integrados (AD630)
Medida de resistencias de bajo valor
Medida de cargas de bajo valor
Instrumentación Electrónica
126
Acondicionadores para sensores de reactancia variableConversión RDC/SDC Conversión RDC/SDC
Son los acondicionadores específicos para los transformadores variables sincro y resolver.
Convierten las tensiones formato sincro y resolver en información digital. Estos acondicionadores pueden considerarse en realidad como una versión especializada de convertidores analógico - digital.
Los acondicionadores SDC o RDC trabajan internamente con tensiones en formato resolver. Ello supone que se ha de cambiar de formato sincro a resolver para su correcto acondicionamiento, esta transformación se lleva a cabo mediante el transformador en T de Scott.
Transformador de Scott
Instrumentación Electrónica
127
Acondicionadores para sensores de reactancia variable
Conversión RDC Conversión resolver-digital
Floyd, Th. : “Basic Operational Amplifiers and Linear Integrated Circuits”, Cap. 10, Merrill/McMillan Publ. Comp, N. Y. 1994.
Buffers de entrada
Multiplicadores sin y cos
Contador up/down
Detector sensible a la fase
Integrador
VCO
Amplif. de error
Instrumentación Electrónica
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Las dos tensiones en formato resolver se aplican a los buffers de entrada del convertidor. Existe un contador up/down que tiene almacenada una lectura digital de cierto ángulo Φ. La
posición angular actual del eje viene indicada por el ángulo θ. El convertidor RDC posee dos multiplicadores con factores característicos cos Φ y sin Φ
respectivamente. Estos multiplicadores actúan sobre las tensiones de entrada en formato resolver para proporcionar unas salidas de la forma
Acondicionadores para sensores de reactancia variableConversión RDC
V V w t1 ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅cos sin sin cosΦ Φθ V V w t2 ⋅ = ⋅ ⋅ ⋅ ⋅sin sin cos sinΦ Φθ
Estas dos tensiones son restadas a través de un amplificador de error para producir una tensión de error ( )V w t⋅ ⋅ ⋅ −sin sin θ Φ
La tensión de error es proporcional al seno de la diferencia θ-Φ. Esta señal se aplica a un integrador el cual conduce un VCO que proporciona pulsos para que el contador up/down trabaje correctamente.
Cuando la cuenta digital almacenada alcanza el valor del ángulo actual del eje θ, entonces Φ = θ con lo cual ( )sin θ − =Φ 0 º0=Φ−θ
El ángulo almacenado en la memoria del contador iguala el ángulo de giro del eje. Si el ángulo del eje ha cambiado, el contador iniciará una cuenta up o down hasta igualarse con el ángulo actual.
El RDC realiza la función de seguimiento del ángulo de posición del eje produciendo una salida digital que iguala al ángulo del eje en cualquier instante.
Conversión resolver-digital
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Acondicionadores para sensores de reactancia variableConversión RDC/SDC Conversión RDC/SDC
Peso de los distintos bits en la codificación a digital de posiciones angulares.
Floyd, Th. : “Basic Operational Amplifiers and Linear Integrated Circuits”, Cap. 10, Merrill/McMillan Publ. Comp, N. Y. 1994.
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Acondicionadores para sensores de reactancia variableAcondicionadores para sensores de reactancia variable
Conversión RDC Modelos integrados (AD2S83)
Instrumentación Electrónica
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Acondicionadores para sensores de reactancia variable
Referencias
[1] Pallás, R. : “Sensores y acondicionadores de señal”. Marcombo, Barcelona, 1994.
[2] Carstens, J. : “Electrical Sensors and Transducers”. Regents/Prentice-Hall N. J., 1993.
[3] Doebelin, E. O.: “Measurement Systems: Applications and Design”. McGraw-Hill, N.Y., 1983.
[4] Floyd, Th. : “Basic Operational Amplifiers and Linear Integrated Circuits”. Merrill/McMillan Publ. Comp, N. Y. 1994.