Sensores

TEMA 8: CIRCUITOS DE ACONDICIONAMIENTO PARA SENSORES GENERADORES

Bibliografía: Sensores y acondicionadores de señal Pallás Areny, R. Marcombo, 1994 Instrumentación electrónica moderna y técnicas de medición Cooper, W.D. y otro Prentice-Hall, 1990 Componentes electrónicos Siemens Marcombo,1987 Hojas de características de los fabricantes Juan Enrique García Sánchez, Febrero 2003 Dpto. de Ing.Eléctrica, Electrónica y Automática. Universidad de Castilla – La Mancha

Circuitos de acondicionamiento para sensores generadores

Juan Enrique García Sánchez, Febrero 2003

INTRODUCCIÓN
Los sensores generadores ofrecen una tensión o una corriente cuya magnitud e impedancia de salida determinan las características requeridas en la etapa de acondicionamiento. Normalmente, las tensiones ycorrientes ofrecidas por estos sensores son muy débiles y requieren unos amplificadores distintos a los utilizados hasta el momento. Las señales de estos sensores suelen ser continuas o de muy baja frecuencia. En los amplificadores de continua se presenta el problema de su tensión de desequilibrio (offset), sus corrientes de polarización y desequilibrio y las derivas de todas ellas, principalmente conel tiempo y la temperatura. En otros casos la señal a acondicionar no es débil, pero procede de un sensor con alta impedancia de salida. La consideración de las impedancias parásitas impone la necesidad de utilizar amplificadores especiales con una estructura distinta a la convencional. Se comentarán en este capítulo los amplificadores de bajas derivas, los amplificadores electrométricos y losamplificadores de carga. El objetivo no es el diseño de este tipo de amplificadores, que están comercialmente disponibles, si no la comprensión de los hechos que determinan la necesidad de su existencia y la descripción de sus características más relevantes.

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Circuitos de acondicionamiento para sensores generadores

Juan Enrique García Sánchez, Febrero 2003

DESEQUILIBRIOS Y DERIVAS ENAMPLIFICADORES OPERACIONALES
Los amplificadores para sensores generadores están basados en el uso de amplificadores operacionales. En un amplificador operacional (AO) real la tensión de salida NO es nula cuando lo son las de entrada, es preciso someter a las entradas a una determinada diferencia de tensión (tensión de offset VOS) para anular la tensión de salida. Las corrientes de entrada NO sonnulas y además son diferentes, a la diferencia se le llama corriente de offset o de desequilibrio IOS. Además, en estos desequilibrios, se producen derivas con el tiempo y la temperatura principalmente. El efecto de los desequilibrios se puede analizar estudiando el amplificador inversor de la figura, también se podría utilizar la configuración no inversora. Se supone que el AO es ideal, lapolaridad de VOS, I1 e I2 puede ser cualquiera, se a tomado una de las posibles para el análisis.
R1 R2

 R  R VS = − 2 Ve + 1 + 2  VOS + IOSR2  R  R1 1 

I2

R3

Aparece un término de error debido a la tensión de offset (VOS) y otro debido a la corriente de desequilibrio (IOS). Al ser IOS 1, VS = 1 + R(C + CP A )ωj 1 + RCωj

I

CP (a)

VS

CP

Con el circuito de la figura (a)no se pueden medir fenómenos dinámicos, pues CP (suma de la capacidad del sensor, la del cable y la de entrada del amplificador) limita la respuesta. Si, por ejemplo, R=1TΩ y CP=100pF, la frecuencia de corte es fC=1/2πRCP=1.6x10-3 Hz. El tiempo de respuesta es, pues, tR=0.35/fC=220s. Con el convertidor corriente-tensión de la figura (b), la respuesta es mucho más rápida. La función detransferencia es también paso bajo con fC=1/ 2πRC. Para R= 1TΩ, la capacidad asociada sería mas o menos de 1pF. Con estos valores fC=0.16Hz, y tR=0.35/fC=2.2s. El efecto del AO ha sido eliminar prácticamente la capacidad parásita al quedar dividido su valor por A en la función de transferencia. Si la impedancia de entrada del AO se supone infinita, la impedancia de entrada del circuito (a) es R mientras...