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Practica 02: Acondicionamiento desensores resistivosM. en C. Edgardo Adrián Franco dfrancomedgardoadrianfrancom1
ContenidoInstrumentaciónPractica 02: Acondicionamiento de sensores resistivosProf. Edgardo Adrián Franco Martínez Introducción Objetivos Lista de Materiales Actividades Observaciones Reportw2
El acondicionamiento de una señal consiste en lamanipulación electrónica de dicha señal, con los dispositivosadecuados, para obtener rangos de voltajes o corrientesadecuados a las características del diseño.InstrumentaciónPractica 02: Acondicionamiento de sensores resistivosProf. Edgardo Adrián Franco MartínezIntroducción3
InstrumentaciónPractica 02: Acondicionamiento de sensores resistivosProf. Edgardo Adrián Franco Martínez La flexibilidad en el diseño de los acondicionadoresde señal para sensores resistivos, junto con laabundancia de mecanismos y variables que puedenmodificar la resistencia eléctrica de un material,hacen que los sensores resistivos sean el grupo desensores más numeroso.4
Un fotoresistor está hecho de un semiconductor de altaresistencia como el sulfuro de cadmio, CdS. Si la luz que incideen el dispositivo es de alta frecuencia, los fotones sonabsorbidos por la elasticidad del semiconductor dando a loselectrones la suficiente energía para saltar la banda deconducción. El electrón libre que resulta, y su hueco asociado,conducen la electricidad, de tal modo que disminuye laresistencia. Los valores típicos varían entre 1 MΩ, o más, en laoscuridad y 100 Ω con luz brillante.InstrumentaciónPractica 02: Acondicionamiento de sensores resistivosProf. Edgardo Adrián Franco Martínez Una fotoresistencia es un componente electrónico cuyaresistencia disminuye con el aumento de intensidad de luzincidente. Puede también ser llamado célula fotoeléctrica oresistor dependiente de la luz (LDR).5
El puente de Wheatstone se utiliza para medir resistenciasdesconocidas mediante el equilibrio de los brazos delpuente. Estos están constituidos por cuatro resistencias queforman un circuito cerrado, siendo una de ellas la resistenciabajo medida.InstrumentaciónPractica 02: Acondicionamiento de sensores resistivosProf. Edgardo Adrián Franco Martínez El puente de Wheatstone es un instrumento de granprecisión que puede operar en corriente continua o alterna ypermite la medida tanto de resistencias óhmicas como desus equivalentes en circuitos de corriente alterna en los queexisten otros elementos como bobinas o condensadores(impedancias).6
Los amplificadores operacionales se pueden conectarsegún dos circuitos amplificadores básicos: configuracióninversor y no inversor. Casi todos los demás circuitos conamplificadores operacionales están basados, de algunaforma, en estas dos configuraciones básicas. Además,existen variaciones estrechamente relacionadas de estosdos circuitos, más otro circuito básico que es unacombinación de los dos primeros (amplificador diferencial).InstrumentaciónPractica 02: Acondicionamiento de sensores resistivosProf. Edgardo Adrián Franco Martínez El amplificador operacional es un circuito electrónico quetiene dos entradas y una salida. La salida es la diferencia delas dos entradas multiplicada por un factor G( ganancia):Vout G (V V )7
Su utilización es común en aparatos que trabajan con señales muydébiles, tales como equipos médicos (por ejemplo, elelectrocardiograma), para minimizar el error de medida.InstrumentaciónPractica 02: Acondicionamiento de sensores resistivosProf. Edgardo Adrián Franco Martínez Un amplificador de instrumentación es un dispositivo creadoa partir de amplificadores operacionales. Está diseñado paratener una alta impedancia de entrada y un alto rechazo almodo común (CMRR). Se puede construir a base decomponentes discretos o se puede encontrar encapsulado (porejemplo el INA114, INA122, AD623AN, AD620A). La operación que realiza es laresta de sus dos entradas multiplicada por un factor.8
Utilizar un sensor resistivo (LDR) y analizar sus respuestas desalida según diversas configuraciones para comparar ydeterminar un circuito de acondicionamiento adecuado paraeste sensor. Comparar los distintos tipos de configuraciones y analizar lasrespuestas de salida del acondicionamiento para determinarde manera experimental las configuraciones más adecuadaspara este tipo de sensor. Graficar y analizar la linealidad de la señal de salida una vezque se agrega una configuración de acondicionamiento a unsensor resistivo.InstrumentaciónPractica 02: Acondicionamiento de sensores resistivosProf. Edgardo Adrián Franco MartínezObjetivos9
1 Fotorresistencia1 AD6203 Resistencias de 1MΩ3 Resistencias de 10KΩ3 Resistencias de 1KΩ3 Resistencias de 330Ω3 Resistencias de 100ΩResistencias variasMultímetroFuente de alimentaciónInstrumentaciónPractica 02: Acondicionamiento de sensores resistivosProf. Edgardo Adrián Franco MartínezLista de Materiales10
1. Realizar la medición de la resistencia dada por lafotorresistencia para las 5 condiciones siguientes:Luz directalámpara(Aprox. 5000 lux)Luz ambiente(Luz aprox. 2,000Lux)Luz sobre la mesade trabajo (Aprox.600 lux)Semi-obscuridad(Aprox. 40 lux)Obscuridad(Aprox. 0 lux)2. Indicar si es el valor esperado según la hoja de datos deldispositivo, con base en los luxes aproximados de cadacondición (Utilizar una aplicación móvil confiable que midalos luxes de las 5 configuraciones).InstrumentaciónPractica 02: Acondicionamiento de sensores resistivosProf. Edgardo Adrián Franco MartínezActividades11
Luz directalámpara(Aprox. 5000 lux)Luz ambiente(Luz aprox. 2,000Lux)Luz sobre la mesade trabajo (Aprox.600 lux)Semi-obscuridad(Aprox. 40 lux)Obscuridad(Aprox. 0 lux)Donde R1 R2 R3 son iguales y R4 es lafotorresistenciaEl voltaje de alimentación será V 5 VoltsMedir para cada configuración los puntos A yB el valor de voltaje bajo las 5 condiciones𝑉𝐴𝐴𝑅2𝑅4 𝑉𝑅1 𝑅2 𝑅4 𝑅3InstrumentaciónPractica 02: Acondicionamiento de sensores resistivosProf. Edgardo Adrián Franco Martínez3. Realizar cinco configuraciones distintas del puente deWheatstone (1MΩ, 10KΩ, 1KΩ, 330Ω, 100Ω) y probar demanera practica las 5 condiciones siguientes.Calcular de manera teórica y comparar conlos resultados experimentales12
Cada configuración del puente de Wheastone mantiene los valores deresistencia R1 R2 R3, probar con valores de 1MΩ, 10KΩ, 1KΩ, 330Ω,100Ω . Medir entre A y B el voltaje, sometiendo a R4 (Fotoresistencia) a las 5condiciones mencionadas.𝑉𝐴𝐴 𝑅2𝑅4 𝑉𝑅1 𝑅2 𝑅4 𝑅3Observaciones V 5Volts R1 R2 R3 R4 Fotoresistencia 10MΩ o 1MΩInstrumentaciónPractica 02: Acondicionamiento de sensores resistivosProf. Edgardo Adrián Franco Martínez Observaciones de la actividad 313
Graficar la respuesta de voltaje de cada configuración vs. los luxesaproximados de cada condición de luminosidad, tomando como baselos luxes de la aplicación móvil confiable que mida los luxes de las 5configuraciones al mismo tiempo que realizas las mediciones en elcircuito:Luz directa delámparaLuz ambienteLuz sobre la mesade trabajoSemi-obscuridadLux vs. VObscuridadInstrumentaciónPractica 02: Acondicionamiento de sensores resistivosProf. Edgardo Adrián Franco Martínez Llenar una tabla de mediciones para cada configuración indicando losvalores de resistencia del puente de Wheatstone.321-5000-1-2-305001000150020002500V14
Código de MATLAB para realizar aproximación por mínimos cuadradosy [5.7121 5.4756 5.161984 4.937284 4.84 4.227136 4.028049 3.61];x [1.425 1.39 1.32 1.235 1.205 1.105 1.05 0.9];n 3;p polyfit(x,y,n)xi linspace(0.72,1.45,1000);z d;ylabel('f(x)');xlabel('x');title('Ajuste de mínimos cuadrados'); Código de SCILAB para realizar aproximación por mínimos cuadradosx [0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2]';y [4.8 6.2 6.8 7.2 7.8 9.2 8.8 9.2 8.8 9.2 7.8]';m size(x,1);t (x(1):0.01:x(m))';n 1;A zeros(m, n 1);for i 0:nA(:,i 1) x. i;endcf A\y;p poly(cf, 'x', 'c');ft horner(p, t);clf()plot2d(t, ft)pInstrumentaciónPractica 02: Acondicionamiento de sensores resistivosProf. Edgardo Adrián Franco Martínez Encontrar para cada uno de los resultados experimentales unpolinomio que se ajuste al comportamiento obtenido, determine elgrado según su percepción sobre el mejor ajuste y muestre su grafica.15
Utilizar el amplificador de instrumentación AD620, con alimentación de unasola fuente de 5V El Vref 5V para todos los casosLuz directalámpara(Aprox. 5000 lux)Luz ambiente(Luz aprox. 2,000Lux)Luz sobre la mesade trabajo (Aprox.600 lux)Semi-obscuridad(Aprox. 40 lux)Obscuridad(Aprox. 0 lux)InstrumentaciónPractica 02: Acondicionamiento de sensores resistivosProf. Edgardo Adrián Franco Martínez4. Construir la siguiente configuración con cada uno de los 5puente de Wheatstone del punto 3 y probar de manerapractica las 5 condiciones.16
Llenar una tabla de mediciones para cada configuración indicando losvalores de resistencia del puente de Wheatstone. Graficar la respuesta en voltaje de cada configuración vs. los luxesaproximados de cada condición de luminosidad, tomando como base losluxes medidos con la aplicación móvil de apoyo:Luz directalámpara(Aprox. 5000 lux)Luz ambiente(Luz aprox. 2,000Lux)Luz sobre la mesade trabajo (Aprox.600 lux)Semi-obscuridad(Aprox. 40 lux)Obscuridad(Aprox. 0 lux) Cada configuración del puente de Wheatstone genera una grafica derespuesta en voltaje. (Total 5 graficas)InstrumentaciónPractica 02: Acondicionamiento de sensores resistivosProf. Edgardo Adrián Franco Martínez Observaciones de la actividad 4Lux vs. V321-5000-1-2-305001000150020002500V17
InstrumentaciónPractica 02: Acondicionamiento de sensores resistivosProf. Edgardo Adrián Franco Martínez Al igual que en el punto 3 encontrar para cada uno de los resultadosexperimentales un polinomio que se ajuste al comportamientoobtenido en voltaje, determine el grado según su percepción sobre elmejor ajuste y muestre su grafica.18
Justificar las respuestas y comparaciones de la manera mástécnica posible, evite suposiciones o hipótesis, investigue lascaracterísticas de los dispositivos y el funcionamiento de lasconfiguraciones realizadas. Explique el funcionamiento y la utilidad del puente deWheatstone. Explique el funcionamiento y la utilidad del amplificador deinstrumentación. Explique los conceptos de acoplamiento y linealización desensores. Explique porque existe la necesidad de un acondicionamientode la señal después de un circuito basado en un sensorresistivo. Describa los posibles errores de medición en las actividadesrealizadas.InstrumentaciónPractica 02: Acondicionamiento de sensores resistivosProf. Edgardo Adrián Franco MartínezObservaciones19
Portada (Incluir foto del equipo) Introducción (Marco teórico) Actividades y resultados (Incluir fotos de los circuitos) Conclusiones (Por cada integrante del equipo) Anexo (Diagramas, especificaciones técnicas de los dispositivos) Bibliografía (En formato IEEE)InstrumentaciónPractica 02: Acondicionamiento de sensores resistivosProf. Edgardo Adrián Franco MartínezReporte20
acondicionadores de señal para sensores resistivos, junto con la abundancia de mecanismos y variables que pueden modificar la resistencia eléctrica de un material, hacen que los sensores resistivos sean el grupo de sensores más numeroso. 4 Instrumentación Practica 02: Acondicionamiento de sensores resistivos Prof. Edgardo Adrián Franco .
