Acondicionamiento de sensores: ajuste de cero, ganancia y visualización.Introducción
En el informe de laboratorio nº tres, explicábamos la necesidad de un adecuado acondicionamiento de la señal de salida de un sensor, debido a que era, en la práctica totalidad de los casos, inútil en su estado original. Entre las aplicaciones que requerían el acondicionamiento de dicha señal, mencionamos la transmisión y la visualización de los datos.
En el actual informe presentamos los resultados de la visualización de los resultados en una pantalla lcd. Se mostrarán los respectivos cálculos de errores y se plantearán las conclusiones respectivas.
Objetivos
- Lograr el ajuste del error de cero.
- Lograr el ajuste del error de ganancia.
- Visualizar los resultados en display.
Marco Teórico
Resolución del CAD: es el número de bits que posee la salida del conversor analógico digital. El numero de estados que esta podrá tomar viene dado por: D = 2 ^ N, donde N es la resolución.
Error de cuantización: es el error intrínseco que presenta la conversión analógico digital, y depende del número de bits que este posea. De este modo, a mayor resolución, menor error de cuantización.
Aproximaciones sucesivas: es un modelo de circuito electrónico que permite la obtención de un número digital a partir de (y equivalente a) un voltaje continuo. Es un método de conversión analógico digital.
Descripción del circuito empleado
La representación esquemática del circuito implementado es la siguiente:

Para la práctica se implementó un convertidor AD con una resolución de 10 bits, que viene como un módulo periférico del microcontrolador 16f877, el cual emplea el método de conversión por aproximaciones sucesivas y presenta un máximo error de cuantización de ½ LSB. Se empleó una pantalla lcd de 16x2, controlada mediante el microncontrolador. La programación del mismo se realizó en lengaje C, y se usó el compilador CCS S, de PIC-C.
Procedimiento experimental
Se alimento el circuito y se vació el tanque. Acto seguido se procedió al ajuste del cero, ajustando el potenciómetro de 1M. Acto seguido se tomó un valor como referencia y se empleó la tabla de resultados teóricos presentada en el informe de prelaboratorio para ajustar la ganancia. Finalmente se tomaron las medidas correspondientes (indicadas en la pantalla lcd) a fin de llenar la tabla solicitada en la práctica.
Resultados experimentales
Las medidas obtenidas se expresan en las tablas siguientes.
Medidas Subiendo:

Medidas Bajando:

Cálculo de Errores:
Subiendo:

Bajando:

Usando las medidas que generaron mayor error, construímos las siguientes gráficas:


De esta última sabemos que la ecuación de la recta linealizada viene dada por:
Eclineal = 1.1673x
El error de cero en este caso es nulo, ya que para una medida del 0% de la variable patrón, el sistema arrojó una lectura de 0.000 m. (Ver tablas de medidas)
El error de ganancia viene dado por:
Eganacia = [ (M ideal –M real)/ M ideal ] * 100 = [ (1-1.1673) / 1 ] * 100 = 16.73%
A continuación construimos una tabla de valores de la recta linealizada, para luego compararla con la recta real y hacer el cálculo de error de no linealidad
Error_no_linealidad_max = ( 0.112/ 0.67 ) * 100 = 16.85 %
Con estos datos construimos la gráfica del error de no linealidad:
Análisis de errores
Aunque muy sensible, es posible percibir la mejora con respecto a la experiencia anterior. Todos los errores se vieron minimizados, y en el caso de las lecturas a 0% y 100% de la variable patrón, fueron de precisión y exactitud casi impecables. Esto podría atribuirse a la reducción de la ganancia del amplificador de instrumentación a aproximadamente la mitad del valor original, condición necesaria para la conexión del CAD.
Conclusiones y recomendaciones.
Se recomienda que, en la etapa de acondicionamiento, se reduzca la amplificación tanto como sea posible, esto minimizará los errores que arroja la salida del sensor, obteniéndose así medidas más cercanas a la realidad.
Si se implementa la conversión analógico digital con un microcontrolador, es recomendable – sino necesario – incluir un retardo vía software para la actualización de las conversiones, de lo contrario se hará demasiado rápido y la salida del sistema oscilará, haciéndose ininteligible.