sensores

Sensores y Actuadores

2014 - I

Pr´ctica 2
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA - SEDE BOGOTA
Facultad de Ingenier´
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Departamento de Ingenier´ Mec´nica y Mecatr´nica
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SENSORES Y ACTUADORES
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PRACTICA 3

Objetivos
Se dise˜an los amplificadores para tener una salida anal´gica de 1 V/kg, el origen de escala
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de 0 V y el fondo de escala 10 V, empleando una celda decarga comercial basada en galgas extensiom´tricas. La salida se mide con un volt´
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ımetro digital, que deber´ dar la lectura directamente
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en kilogramos. La calibraci´n se hace mediante pesas conocidas.
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Interpretar las especificaciones de una celda de carga comercial.
Dise˜ar la interfaz para un sensor resistivo montado en puente completo, incluyendo los
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ajustes de cero ysensibilidad
Dise˜ar un amplificador de instrumentaci´n para baja frecuencia empleando componentes
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discretos.
Reconocer las ventajas de los AO de bajas derivas.

Introducci´n Te´rica
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Las celdas de carga est´n basadas en las galgas extensiom´tricas y son uno de los sensores
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m´s habituales para el pesaje industrial y comercial, y para la medida de fuerzas. Normalmena
te se suelenmontar puentes de 4 galgas, pues as´ se aprovechan las ventajas de linealidad y
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compensaci´n de interferencias que ofrece dicha disposici´n. El puente est´ configurado internao
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mente en la celda de carga, de forma que s´lo se tiene acceso a dos terminales de alimentaci´n
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y otros dos de detecci´n. Como la alimentaci´n del puente tiene un terminal a masa, hace falta
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un amplificadordiferencial.
Para tener una impedancia de entrada mucho mayor que la impedancia de salida del puente,
se emplea un amplificador de instrumentaci´n (AI). Adem´s de los errores de cero y de ganancia
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habituales, en los AI hay que considerar el efecto de su limitado CMRR. Al montar el AI
con componentes discretos, el CMRR depende del apareamiento de dichos componentes. Para
compensar sudesequilibrio, hay que prever un ajuste; pero, antes de decidir qu´ tipo de ajuste,
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hay que analizar c´mo repercute el CMRR finito en la salida, es decir, qu´ tipo de error (cero,
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ganancia o no linealidad) produce.
Si el AI tiene un CMRR finito, la tensi´n de modo com´n a su entrada repercutir´ en su
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salida. Pero en puentes con 4 galgas activas, la tensi´n de modo com´n a lasalida del puente
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es siempre igual a la mitad de la tensi´n de alimentaci´n, que es continua. Por lo tanto, en este
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caso el CMRR produce un error de cero, que es calibrable.
Ya que en estas celdas de carga no se puede ajustar el puente de sensores, y en ausencia
de carga mec´nica el puente est´ desequilibrado, el cero y laganancia hay que ajustarlos en la
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interfaz. El AI permite ambos ajustes, pero dado que la ganancia necesaria es alta, se puede
postponer el ajuste fino de ganancia a una etapa final.
Las celdas de carga disponibles tienen una carga m´xima permitida superior a 10 kg, pero
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s´lo se emplear´n en el margen enunciado. Algunas de sus especificaciones son comunes a todas
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ellas, pero otrasest´n particularizadas para cada unidad.
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Montaje Propuesto
El circuito propuesto es el de la figura 1. AO1 y AO2 forman un AI, cuya ganancia sepuede
ajustar, si fuera necesario, mediante Rg . (AO1 y AO2 debieran estar juntos; para ello lo mejor
es emplear un CI doble de calidad, que incluya especificaciones de juntura. Por ejemplo, el
OP-227. Por razones de coste, sin embargo, aqu´ serealiza con dos componentes distintos). El
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CMRR se puede ajustar, en continua, mediante R4 . La etapa de salida opcional (Va-Vo) permite
distribuir la ganancia entre el AI y ´sta misma. Se puede emplear para formar un filtro o pasa
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bajo adicional mediante R6 y C2.
sistema automatizado, la correcci´n de cero puede ser una simple operaci´n aritm´tica. En
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un sistema no automatizado,...