Acondicionamiento De Sensores
Introducción
La salida de un sensor no puede ser medida directamente para efectos prácticos. Esta debe ser acondicionada a través de un circuito electrónico que permita su posterior visualización y transmisión, entre otros. En la presente práctica se efectuó el acondicionamiento de la señal de salida de un sensor de presión, con miras a una posterior digitalización y visualización. Los resultados de dicha préctica se presentan a continuación.
Objetivos
- Analizar la importancia del amplificador de instrumentación como interfaz para sensores.
- Calcular los errores obtenidos diferenciando el de cero, ganancia y no linealidad.
Fundamento Teórico
En la presente práctica se empleó un amplificador de instrumentación implementado con amplificadores operacionales. La descripción de este circuito, su diagrama, función de transferencia y ecuaciones descriptivas fueron discutidas en el informe de prelaboratorio.
Descripción del Circuito Utilizado
El circuito empleado finalmente se describe a continuación
Nótese que fue implementado el ajuste del cero antes de la etapa de ganancia, a diferencia del circuito expuesto en el informe de prelaboratorio. Las razones para esto se explicarán mas adelante.
Procedimiento Experimental
Se alimento el circuito y se vació el tanque. Acto seguido se procedió al ajuste del cero, ajustando el potenciómetro de 1M, según la configuración proporcionada por el profesor. 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, a fin de llenar la tabla solicitada en la práctica.
Resultados Experimentales
Los resultados medidos se presentan en la tabla que sigue:
Cálculo de Errores
A partir de esta última grafica sabemos que la ecuación de la recta linealizada viene dada por:
Eclineal = 1.1685x + 0.014
Eclineal = 1.1685x + 0.014
El Error de cero viene dado por
Ecero = 0 – 0.014 = 0.014
El error de ganancia viene dado por:
Eganacia = [ (M ideal –M real)/ M ideal ] * 100 = [ (1-1.1685) / 1 ] * 100 = 16.85%
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
Ecero = 0 – 0.014 = 0.014
El error de ganancia viene dado por:
Eganacia = [ (M ideal –M real)/ M ideal ] * 100 = [ (1-1.1685) / 1 ] * 100 = 16.85%
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 = ( 0.116 / 0.67 ) * 100 = 17.313 %
Con estos datos construimos la gráfica del error de no linealidad:
Con estos datos construimos la gráfica del error de no linealidad:
Análisis de errores
Efectuados los cálculos de errores, podemos hacer algunas lecturas. El error de ganancia no es demasiado elevado, pero puede considerarse implementar algún mecanismo que lo minimice. El error de cero es bastante satisfactorio, el desfase que presenta el sistema a este respecto es mínimo. La curva linealizada exhibe un comportamiento bastante cercano al de real, la cual, a su vez, es bastante cercana a la ideal. Sin embargo, es evidente (y de suponerse) que a medida que aumentan los valores medidos, los errores aumentan considerablemente su magnitud.
Conclusiones y recomendaciones
Los amplificadores de instrumentación implementados a base de opamp’s son muy eficientes en el tratamiento de señales de sensores moduladores resistivos, especialmente aquellos con voltajes de salida muy pequeños. Esto se debe a algunas de sus características, tales como altas ganancia e impedancia de entrada.
Sin embargos, ciertos modelos encapsulados no permiten hacer ajustes con respecto a los voltajes y corrientes de offset, típicos de los operacionales reales. Se recomienda entonces implementar el circuito con modelos que sí lo permitan, a fin de obtener mejoras en los errores de ganancia y de cero.
El circuito implementado en la práctica difiere del planteado en el prelaboratorio. Esto se debe a que resulta más efectivo hacer el ajuste del cero antes de entrar en la etapa de ganancia, el procedimiento opuesto es demasiado engorroso. La conexión fue indicada por el profesor, y se obtuvieron excelentes resultados al aplicarla.
Efectuados los cálculos de errores, podemos hacer algunas lecturas. El error de ganancia no es demasiado elevado, pero puede considerarse implementar algún mecanismo que lo minimice. El error de cero es bastante satisfactorio, el desfase que presenta el sistema a este respecto es mínimo. La curva linealizada exhibe un comportamiento bastante cercano al de real, la cual, a su vez, es bastante cercana a la ideal. Sin embargo, es evidente (y de suponerse) que a medida que aumentan los valores medidos, los errores aumentan considerablemente su magnitud.
Conclusiones y recomendaciones
Los amplificadores de instrumentación implementados a base de opamp’s son muy eficientes en el tratamiento de señales de sensores moduladores resistivos, especialmente aquellos con voltajes de salida muy pequeños. Esto se debe a algunas de sus características, tales como altas ganancia e impedancia de entrada.
Sin embargos, ciertos modelos encapsulados no permiten hacer ajustes con respecto a los voltajes y corrientes de offset, típicos de los operacionales reales. Se recomienda entonces implementar el circuito con modelos que sí lo permitan, a fin de obtener mejoras en los errores de ganancia y de cero.
El circuito implementado en la práctica difiere del planteado en el prelaboratorio. Esto se debe a que resulta más efectivo hacer el ajuste del cero antes de entrar en la etapa de ganancia, el procedimiento opuesto es demasiado engorroso. La conexión fue indicada por el profesor, y se obtuvieron excelentes resultados al aplicarla.
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