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ESCUELA TECNICA SUPERIOR DE INGENIEROS INDUSTRIALES Y DE TELECOMUNICACION
UNIVERSIDAD DE CANTABRIA

INSTRUMENTACION ELECTRÓNICA DE COMUNICACIONES

(5º Curso Ingeniería de Telecomunicación)

Tema II: Introducción a los sistemas de instrumentación

(Ejercicios resueltos)

José María Drake Moyano Dpto. de Electrónica y Computadores Santander, 2005

Tema II: MODELO DEL AMPLIFICADOROPERACIONAL REAL. ____________________________________________________________

__________ Ejemplo 1: Medida de la potencia consumida por un equipo. Se necesita monitorizar con precisión el consumo de potencia activa y reactiva de un equipo que se encuentra alimentado con una línea monofásica de 125 Vrms y 50 Hz y tierra. La impedancia resistiva del instrumento está en el rango entre 40 y 60 Ω y lareactancia entre 0 y 10 Ω. La tensión instantánea de alimentación del equipo Sensor de intensidad 12 V se adapta a la tensión de entrada del convertidor A/D mediante un circuito activo lineal basado en 1 vi un amplificador AD741que transforma los niveles 2 7.4 V Pro5 de tensión. La intensidad se mide mediante un 6V sensor de corriente basado en efecto may del 3 vi 4.6 V modelo PRO-5 de la casaAMPLOC cuyas hojas características se adjuntan al examen. Se utiliza un -5 A -5 A i circuito lineal basado el amplificador AD741 para adaptar la señal de salida del sensor a la entrada del convertidor A/D y poder medir la corriente instantánea de la intensidad desde el computador. Los convertidores A/D que se utilizan son bipolares y tienen un rango de entrada entre -5 y +5 V. Así mismo las fuentesde alimentación de continua disponibles para el circuito electrónico de adaptación es de ±12 V.
Vi(t) i(t) 125 Vrms v(t) Adaptador lineal de intensidad

Pro5

Equipo
50 Hz

Adaptador lineal de tensión

VADi(t) VADv(t)
AD1 AD0

Para este sistema de medida: 1º) Proponer y diseñar los circuitos de adaptación de la señal de tensión y de intensidad para que el sistema tenga la funcionalidadrequerida. 2º) Proponer el código del programa que implementa el procedimiento que realiza la medida de potencia activa y reactiva en el equipo cuando se le invoca. procedure Calcula_Potencias(var Pot_Activa: Real; var Pot_Reactiva :real); Considerar que se dispone de una función que permite leer los convertidores A/D. function Lee_AD(ch: Channel): real; (* Retorna la tension entre ±5V*) Solución: 1)Diseño y calculo de los adaptadores lineales. Adaptador de la señal de intensidad. La tensión instantánea máxima de la tensión es: Vcc=12 V vmax = 2 Vrms = 2 *125 = 177 V
R3 R1 R2

La intensidad instantánea máxima es: imax = v max / Rmin = 177 / 40 = 4.42 A
vADi

R4 R5 vi

LM741 +

La señal de salida que produce el sensor Pro5 para una entrada de ±5 A es de +6 ± 1.4 V, esto es enel rango 4.6 a 7.4 V.

Se propone un circuito con una ganancia de 5/1.4= 3.57 y un offset de –6 V.

vADi
5 0.0 -5 4.6 6 7.4

v ADi =

vi

  R2 R4 R2 5   vi − Vcc ( v i − 6) = 1 .4 R1 + R3 // R4  R3 + R4 R1 * R3 // R4   

lo que se puede conseguir con: R1=10K, R2=25.7K, R3=4.14K, R4=1K y R5=8K Aunque la tensión instantánea de entrada máxima esperada es de 177 V, dejamos unmargen de seguridad y establecemos el factor de amortiguamiento de forma que una entrada de 200 v genere una tensión de 5 V.

Adaptador de la señal de tensión:
v R6 LM741 + R7 vADv

A=

R7 5 = 0.025 = 200 R6 + R7

Esto puede conseguirse con R7=1K, y R6=39K

2) Programa de medida. Calculamos las potencias, muestreando las señales de tensión y de intensidad a razón de 32 muestras/s. Para elcálculo de las potencias activas y reactivas utilizamos las expresiones: T 1 1 31 Pot _ Activa = ∫ v(t )i (t )dt = ∑ v[n]i[n] T0 31 n=0

1 1 31 Pot _ Re activa = ∫ v(t )i (t + Tseñal / 4)dt = ∑ v[n][n + 8] i T0 32 n =0

T

Ecuaciones inverses: vi = 40 × v ADv i = 1.0( A / V ) × v ADi
procedure Calcula_Potencias(var Pot_Activa:real;var Pot_Reactiva:real); const T=20/32.0; (* periodo de...
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