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Timestamp: 2017-07-26 17:50:22+00:00

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3838277-sensores-varios-tiposUploaded by Carlos_OrozcoRelated InterestsThermocoupleSensorElectrical Resistance And ConductanceTransistorBipolar Junction TransistorRating and Stats0.0 (0)Document ActionsDownloadShare or Embed DocumentEmbedView MoreCopyright: Attribution Non-Commercial (BY-NC)List price: $0.00Download as PDF, TXT or read online from ScribdFlag for inappropriate contentSensores Acondicionadores y Procesadores de señalJordi Mayné
Sensores – Acondicionadores - Procesadores Índice 1. Sensores Electrónicos........................................................................................................................................ 4 1.1 Tipos de Sensores.......................................................................................................................................... 4 1.2 Terminología................................................................................................................................................. 4 1.3 Acondicionadores y Procesadores de señal................................................................................................... 1 2. Sensores de Temperatura ................................................................................................................................. 2 2.1 Introducción .................................................................................................................................................. 2 2.2 Tipos de Sensores de Temperatura................................................................................................................ 2 2.3 Sensores de Temperatura con Termopares.................................................................................................... 2 2.3.1 Acondicionadores de señal para Termopares. AD594 ........................................................................... 3 2.4 Sensores de Temperatura con elementos Resistivos ..................................................................................... 4 2.4.1 RTD (Resistance Temperature Detector) ............................................................................................... 4 2.4.2 Acondicionadores de señal para las RTD............................................................................................... 4 2.4.3 Termistores............................................................................................................................................. 5 2.4.4 NTC (Negative Termal Coefficient) ...................................................................................................... 5 2.5 Sensores de Temperatura con Semiconductores ........................................................................................... 6 2.6.1 Sensores de Temperatura con Salida en Corriente ................................................................................. 7 2.6.2 Sensores de Temperatura con Salida en Tensión ................................................................................... 8 2.6.3 Sensores de Temperatura con Salida Digital.......................................................................................... 8 2.6.4 Sensores de Silicio con efecto Resistivo ................................................................................................ 9 2.6.4 Termostatos.......................................................................................................................................... 11 2.6.5 Aplicación de control de flujo de aire en ventiladores ......................................................................... 14 3. Sensores de Humedad ..................................................................................................................................... 15 3.1 Acondicionadores de señal para sensores de Humedad .......................................................................... 15 4. Sensores de Presión......................................................................................................................................... 16 4.1 Sensores de Presión Resistivos ................................................................................................................... 16 4.1.1 Acondicionadores de señal para una Célula de Carga.......................................................................... 18 4.2 Sensores Piezoeléctricos ............................................................................................................................. 19 4.3 Sensores de Presión con Semiconductor ..................................................................................................... 19 4.3.1 Funcionamiento.................................................................................................................................... 19 4.3.2 Posibilidades de elección ..................................................................................................................... 20 4.3.3 Estructura básica .................................................................................................................................. 20 4.3.4 Tipos de medición ................................................................................................................................ 20 4.3.5 Tipos de complejidad del chip ............................................................................................................. 21 4.3.6 Acondicionador de la señal interno ...................................................................................................... 21 4.3.7 Montaje y opciones de los sensores de Presión de la Serie MPX de Motorola .................................... 22 4.2.8 Aplicaciones de medida de Presión...................................................................................................... 22 5. Sensores de Posición........................................................................................................................................ 23 5.1 Sensores de Posición Inductivos ................................................................................................................. 23 5.2 Sincros y Resolvers..................................................................................................................................... 23 5.2.1 Señales de formato Sincro.................................................................................................................... 23 5.2.2 - Señales de formato Resolver.............................................................................................................. 24 5.2.3 Modelos estándares de Sincros y Resolvers......................................................................................... 25 5.2.4 Convertidores de Resolver a digital ..................................................................................................... 25 5.3 RVDT y LVDT (Rotatory and Lineal Variable Differential Transformers) ............................................... 26 5.3.1 Como trabajan los LVDT..................................................................................................................... 26 5.3.2 Como trabajan los RVDT..................................................................................................................... 27 5.3.4 Acondicionamiento de Señal de los LVDT.......................................................................................... 27 5.3.5 Fabricantes de LVDT........................................................................................................................... 28 5.4 Inductosyns® Lineales y Inductosyn® Rotatorios...................................................................................... 28 5.4.1 Inductosyn Lineal................................................................................................................................. 28 5.4.2 Inductosyn Rotatorio............................................................................................................................ 29 5.5 Sensores de Posición Resistivos.................................................................................................................. 29 5.6 Sensores Magnéticos................................................................................................................................... 30 5.6.1 Sensores Magnetorresistivos ................................................................................................................ 30 5.6.2 Brujula Electrónica............................................................................................................................... 32 5.6.4 Medida de Posición lineal y de Proximidad ......................................................................................... 34 5.6.5 Medición Angular ................................................................................................................................ 35 5.6.6 Sensor Magnetico-Resistivos Gigante (GMR) para la medida de ángulos .......................................... 36 5.7 Sensores de Efecto Hall .............................................................................................................................. 37 5.8 Sensores Ópticos ......................................................................................................................................... 38 5.8.1 Foto-interruptores de barrera................................................................................................................ 38
.......2 Amplificador Operacional “Real” .............................2 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) .............. 39 6.........................................2....... 58 Microcontroladores: .......4 Otras Aplicaciones .............................................................................................5 Otros Desarrollos ............2 Sensores de Imagen.................................1 CCD (Charge-Coupled Device) ............................Sensores – Acondicionadores .......................................................... 58 DSP ... 56 14.................................................................................................................... 51 9..................2...............................1 Acelerómetros Capacitivos ................................................................................................................................................................1................................................................2............................................................. 54 12........ 50 9.4 Giróscopos monolíticos..................................................................... 45 8......................3 Categorias de los Amplificadores............................................................ Sensores de Humo ................. Acondicionadores .....................................................................................................................................................................................................1........................................................................................... Sensores de Luz ....................1..3 Fabricantes de sensores de imagen...........................1.............................................................................................................................................4 Bobina Rogowsky .......... 55 14........................................................................................... 57 15................................ 51 10..2............................................... 56 14......................................................................................1 Sensor de Corriente Inductivo.. 46 8..................................................................1 Consideraciones sobres los Amplificadores Operacionales: .................. 49 9.................................................... 46 8....... 50 9.. Sensores de Gases..................................................................................................................................... 39 6.........2 Selección de la Resistencia Sensor de Corriente (Shunt) .............................................................8..........................................................3 Funcionamiento del sensor micromecanizado...................................................................................................................1.................................. 45 8...........1 Medida de la velocidad angular ........................................................................................Procesadores 5.....2 Sensor de Corriente Resistivo ......1 Medición de la Aceleración .......... 56 14........................3 Formatos de los sensores de imagen ...... 51 9.... 43 6.....1 Fotodiodos....... 39 6...........3 Encoders ópticos ....................... 50 9............................................................................................................................................................. 48 8............ 42 6.................................................................................3 Medida inercial de la velocidad y la posición ..................................................2 Foto interruptores reflectivos ......................... Procesadores en un sistema de adquisición de señal ...............2............................4...............................................................................5 Medición de Energía ...8.................................................... Sensores de Conductividad.......................................................1 Amplificador Operacional “Ideal” ..................................5 Procesado y compresión de video ................................................................................................................... 45 8........ 51 9............................................................................1............................................................. 38 6 Sensores de Movimiento (Posición.................................................................................................................. 40 6.............................................................................................. Sensores de Corriente Eléctrica ................................................................2 Medida de Inclinación........................................2............. 53 11.............................. 41 6............................................................................................................................................................... Sensores Biométricos ......... 54 13............1.................................... 45 8. 59
.......................................1 Acondicionador de Señal de un Shunt ...............................................................2............................................................................................................. 51 9.......................................... 42 6... 41 6......................................... 38 5.................................................. Velocidad y Aceleración) ................3 Sensores de corriente por campo magnético ............................................................................................................................................................................................ 43 8......................................................................................................................................................................... 56 14..............
acondicionadores y procesadores actuales. 1.2 Terminología En general se habla de sensores. ya normalmente los sensores ofrecen una variación de señal muy pequeña y es muy importante equilibrar las características del sensor con las del circuito que le permite medir. Hay que remarcar que dicha recopilación se ha centrado en los productos que distribuye SILICA.
Luz Presión
Sonido Temperatura
1. porque el hombre los tiene incluidos en su cuerpo y de diferentes tipos. Pero no se puede hablar de los sensores sin sus acondicionadores de señal. acondicionar. Además los sensores pueden ser activos o pasivos. templado. para poder medir magnitudes físicas. duro o blando.Sensores – Acondicionadores . El hombre experimenta sensaciones como calor o frío. por lo que hay que consultar en cada momento el estado actual de los mismos. fuerte o flojo. Es decir. • Transductor: Es un convertidor de un tipo de energía a otra. sino a poder operar con dichas medidas. Sensores Electrónicos
Los sensores electrónicos han ayudado no solo a medir con mayor exactitud las magnitudes.. que día a día ha ido necesitando el empleo de magnitudes medibles más exactas.
. pesado o no. o Sensor pasivo: Es un sensor que no requiere una fuente externa de excitación como los termopares o fotodiodos. Por supuesto. la rápida evolución de estos componentes hace que este trabajo nunca esté al día ni terminado. Y poco a poco le ha ido añadiendo adjetivos a estas sensaciones para cuantificarlas como frígido. agradable o desagradable.. Los sensores existen desde siempre. Este trabajo pretende hacer una recopilación de los sensores.
1. procesar y actuar con dichas medidas. tórrido. caliente.1 Tipos de Sensores Existe una gran cantidad de sensores en el mercado. y nunca mejor dicho. así como su evolución.Procesadores
Un sensor es cualquier dispositivo que detecta una determinada acción externa. o Sensor activo: Es un sensor que requiere una fuente externa de excitación como las RTD o células de carga. pero se pueden distinguir las siguientes definiciones: • Sensor: Es un dispositivo que recibe una señal o estímulo y responde con una señal eléctrica. tibio. fresco. de los que se pueden enumerar los siguientes: ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ Temperatura Humedad Presión Posición Movimiento Caudal Luz Imagen Corriente Conductividad ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ ⇒ Resistividad Biométricos Acústicos Imagen Aceleración Velocidad Inclinación Químicos .
Por lo que se tendrán que ver las nuevas tecnologías de adaptación de estos sensores que como parte de una cadena de dispositivos.
. son los amplificadores operacionales en sus diferentes estructuras de montaje.Procesadores 1. forman un sistema. sin ver como se pueden adaptar a un sistema de adquisición y control.
Durante la descripción de los diferentes tipos de sensores se irán viendo los circuitos más apropiados que forman parte de esta cadena.3 Acondicionadores y Procesadores de señal No se puede hablar de los sensores. como componentes electrónicos básicos. convirtiendo estas señales de analógico a digital para posteriormente ser procesados los datos con un DSP o Microcontrolador y actuando por medio de las salidas lógicas del procesador o por medio de un convertidor digital a analógico. como acondicionadores de señal. pasando por filtros o por procesadores analógicos. Estos adaptadores.Sensores – Acondicionadores .
La diversidad de sus aplicaciones ha condicionado igualmente una gran proliferación de dispositivos sensores y transductores. Se puede usar una medida del voltaje del termopar combinada con una temperatura de referencia conocida para calcular la temperatura de la unión medida. desde la sencilla unión bimetálica de los termostatos. se usa una técnica de medida alternativa mostrada en la figura siguiente. están caracterizadas por un coeficiente de resistividad positivo PTC (Positive Termal Coefficient). dan una diferencia de potencial que es una función repetible de la temperatura. este voltaje se añade al voltaje del termopar y entonces la suma corresponde al voltaje normal tabulado para un termopar de referencia de punto de hielo.1 Introducción Probablemente sea la temperatura el parámetro físico más común que se mide en una aplicación electrónica. Los termopares están fabricados de materiales especialmente seleccionados que se han caracterizado exhaustivamente en términos de voltaje con la temperatura de comparación. T1 y T2.2 Tipos de Sensores de Temperatura 1. que se llaman termistores y están caracterizadas por un coeficiente de temperatura negativo. responden rápidamente a los cambios de temperatura. 2. así la temperatura de la otra unión será deducida del voltaje de salida. ésta se ha de medir para incluir indirectamente su efecto en la medida deseada. Funcionan sobre rangos de temperatura criogénos. Semiconductores: Se basan en la variación de la conducción de una unión p-n polarizada directamente.3 Sensores de Temperatura con Termopares Los termopares son baratos y robustos. incluso en muchos casos en que el parámetro de interés no es la temperatura.
. Debido a que el número de electrones libres en un metal depende de la temperatura y de la composición del metal. 3. se necesita una temperatura de referencia conocida para una de las uniones. Resistivos: Lo constituyen las RTD (Resistance Temperature Detector) o PT100 basadas en la dependencia de la resistividad de un conductor con la temperatura. pero es medida cuidadosamente por algún tipo de termómetro absoluto. La temperatura de la unión de referencia se permite cambiar con el entorno del sistema de medida. 2. Puesto que el termopar es básicamente un dispositivo de medida diferencial.Procesadores
2. Voltaje del termopar con Referencia a 0º C. Termopares: Los termopares utilizan la tensión generada en la unión de dos metales en contacto térmico. Debido a su pequeño tamaño. De todas maneras. en las aplicaciones prácticas donde los requisitos de exactitud no necesitan mantener las normas primeras. de una manera repetible. hasta los dispositivos semiconductores más complejos. debido a sus distintos comportamientos eléctricos. tiene una linealidad y exactitud razonable. El voltaje resultante depende de las temperaturas. 2. tienen una estabilidad bastante buena a lo largo del tiempo. en la practica se usa un método termoeléctrico para medir la temperatura de referencia y poner el voltaje de salida para que corresponda a un termopar referido a 0°C. Sensores de Temperatura
2. como se muestra en la figura. Simplemente. Sin embargo. También lo son las NTC (Negative Termal Coefficient).Sensores – Acondicionadores . dos metales de desigual isotermo. que normalmente es la del punto de agua/hielo de 0°C. Substitución de la Temperatura de Referencia para Referencia del Punto de Hielo.
7 16 76 55 39 11. a la vez que de baja impedancia.Sensores – Acondicionadores .Procesadores En la tabla siguiente se muestra los distintos tipos de termopares con su rango típico.
Acondicionador de termopar con el módulo 1B51 de Analog Devices
. donde dan una solución completa. Material de la unión Rango Típico (ºC) Pt6%/Rodio – Pt(30%)/Rodio 38 a 1800 Tungsteno(5%)/Renio–Tungsteno(26%)/Renio 0 a 2300 Cromo.
2. AD594
Analog Devices dispone de unos circuitos integrados acondicionadores de señal para termopares. la linealidad en algunos tipos es pobre. su sensibilidad y la designación estándar. una salida de alarma de rotura o desconexión del termopar.
El hecho de que los termopares sean dispositivos de bajo nivel de tensión. como el AD594. mostrado en la figura siguiente. se alimenta a +5V y suministra una salida de 10mV/ºC.Constantan 0 a 982 Hierro – Constantan 0 a 760 Cromo – Aluminio -184 a 1260 Pt(13%)/Rodio – Pt 0 a 1593 Pt(10%)/Rodio – Pt 0 a 1538 Cobre. aunque el hecho de ser predecible y repetible. Además. hace que el acondicionador de señal sea totalmente imprescindible. para termopares tipo J que tienen un amplificador de instrumentación y un compensador lineal.Constantan -184 a 400 Sensibilidad (µV/ºC) 7.3.7 10. lo que permite que puedan ser compensados analógicamente y/o digitalmente.4 45 Designación B C E J K R S T
En la figura siguiente se muestra la curva de algunos termopares con sus características eléctricas.1 Acondicionadores de señal para Termopares. Acondicionador de señal de un termopar Analog Devices con la división denominada Iomation tiene una serie de acondicionadores de señal en forma de módulos híbridos y en concreto para termopares tiene el módulo 1B51 aislado para aplicaciones industriales.
Procesadores 2.4 Sensores de Temperatura con elementos Resistivos
.39 0. Típicamente tienen una resistencia entre 20Ω y 20kΩ. Material Platino Níquel Cobre Níquel-acero Rango de temperatura (ºC) -200 a + 850 -80 a 320 -200 a +260 -200 a +260 Variación coef (%/ºC a 25ºC) 0.46
La gráfica muestra la respuesta de la resistencia de la RTD con la temperatura y la comparativa respecto a un termopar tipo S. llamadas también PRTD. con una fuente de corriente de 400µA. que entrega una salida de 5mV/ºC cuando se utiliza una RTD de 1kΩ. disponen de una salida serie hacia un microcontrolador o DSP. un amplificador de ganancia programable y un filtro digital.2 Acondicionadores de señal para las RTD
Hay muchas maneras de acondicionar la señal que se recibe de una RTD.67 0.Sensores – Acondicionadores .38 0. figura de la izquierda y la segunda propuesta algo similar con el circuito ADT70 perfectamente adecuado para acondicionar las PRTD de Pt.4.1 RTD (Resistance Temperature Detector)
Los dispositivos RTD más comunes están construidos con una resistencia de platino (Pt). La ventaja más importante es que son lineales dentro del rango de temperatura entre –200ºC y 850ºC.
La tercera propuesta es por medio de una familia de convertidores sigma-delta que incluyen acondicionan la señal de una RTD. aunque también se utilizan otros materiales cuyas características se recogen en la tabla siguiente.4. Texas Instruments dispone de un completo acondicionador de RTD con un transmisor 4-20 mA.
2. La primera propuesta de Analog Devices es con un amplificador de instrumentación y su circuitería adicional.
Ni. como se muestra en el ejemplo con los Microconverters de Analog Devices. la familia AduC8xx que incluye todo un sistema completo de adquisición de precisión. El efecto de Coeficiente Negativo con la Temperatura puede resultar de un cambio externo de la temperatura ambiente o un calentamiento interno debido al efecto Joule de una corriente que fluye a través del termistor.
Los termistores se pueden conectar directamente a la entrada de un convertidor A/D de un microcontrolador cualquiera para procesar la señal.3 Termistores
Otros sensores resistivos mucho más económicos que las RTD son los termistores. así como un microcontrolador con memoria Flash que puede procesar y visualizar los datos.
Características más comunes de los Termistores o NTC y circuito de linealización. Cu.
. Fe y están moldeados en un cuerpo cerámico de varios tamaños.4.Procesadores
2.Sensores – Acondicionadores .4 NTC (Negative Termal Coefficient)
Los termistores NTC son resistencias sensibles a la temperatura. Co.
2. estos últimos son los más usados y se denominan NTC. aunque no son lineales son mucho más sensibles. están fabricados de una mezcla de óxidos de Mn. típicamente tienen una resistencia entre 50Ω y 1M Ω a 25ºC y una sensibilidad del 4%/ºC a 25ºC. pueden tener un coeficiente de temperatura positivo o negativo.4. La curva del termistor se puede linealizar con una resistencia montada en paralelo con la NTC.
Procesadores 2. como lo será igualmente la caída de tensión sobre la resistencia R (que representa la diferencia entre V y Vn de las ecuaciones anteriores).
De esta manera. lo que la conveniente de la no linealidad. la tensión varía a razón de -2. aunque son muy poco utilizados. k = constante de Boltmann. Considerando el diodo formado por la unión base-emisor de un transistor bipolar.
. Si se recuerda la ecuación característica de funcionamiento de un diodo. responde exponencialmente con la tensión de forma directa.2 mV por cada grado centígrado (ºC).4 PTC (Positive Temperature Coefficient) Los termistores PTC son resistencias que principalmente están compuestas de bario y estroncio con titanio. como se muestra en la figura siguiente. e inversa con la temperatura. De esta ecuación se desprende que.
Si se toma la tensión diferencia entre ambos conjuntos. se tendrá una tensión proporcional a la temperatura absoluta pero sin tener dependencia alguna con Isat. un espejo de corriente PNP y una resistencia estable con la temperatura. lo que hace que no sea directamente utilizable debido a la compleja forma de dependencia con la temperatura. puede construirse un circuito conteniendo N+1 transistores NPN. a corriente constante. Si se toman N transistores idénticos al primero sobre los que se reparte igualitariamente la misma corriente Ic.
2. Pero además de la variación con T. la corriente de conducción de una unión p-n polarizada directamente. I = Isat x eq/kT*V Donde : q = carga del electrón. T = temperatura Isat = corriente de saturación. mantiene una fuerte dependencia de Isat con la temperatura.Sensores – Acondicionadores .5 Sensores de Temperatura con Semiconductores Como anteriormente se ha mencionado.4. cuya corriente será proporcional a la temperatura absoluta. La adición de dopantes hace que la componente semiconductora dé una característica de resistencia con respecto a la temperatura.
La figura siguiente se muestra una aplicación típica para medir de -55 a +100ºC con una salida de 100mV/ºC. considerablemente pequeña. Los ruidos pueden afectar la medida y pueden proceder del propio circuito como los transitorios en la alimentación o ruidos digitales. Se deberá proteger cuidadosamente el diseño del circuito impreso (masas analógicas y digitales separadas. que son dispositivos de dos terminales cuya corriente de salida es proporcional a la temperatura.
Configuración básica del circuito sensor de temperatura AD590. pero para un rango de entrada de 10mV/ºC. de 2.2mV para obtener la tensión de 0V a 0ºC (273ºK).1 Sensores de Temperatura con Salida en Corriente
El circuito descrito en la figura anterior es la base del sensor de temperatura “band-gap”.2ºK (0ºC) en el caso del AD590. tanto más cuanto más alejado se encuentre el sensor del circuito de amplificación.).5V a 10V (para temperaturas desde -55ºC a +100ºC con una resolución de 100mV/ºC). puede verse afectada por el ruido. variando a razón de 1µA por cada ºK de variación y un offset de 273.Sensores – Acondicionadores . es dividida por una red de resistencias para fijar un offset de 273.2µA a una temperatura de 273. Esta tensión. La salida de la referencia de tensión AD580. Pero las fuentes de ruido también
. etc.Procesadores
2.6. el AD524 es un amplificador de instrumentación con una ganancia de 10 con lo que el rango de salida se corresponde con una tensión de -5. desacoplos en las alimentaciones.500V. No necesitan calibración alguna o ajuste externo. en el que se apoyan dispositivos tales como el AD590. AD592 y AD2626 de Analog Devices.
la propia red eléctrica o incluso emisiones de radio (y ser “rectificadas” por el propio sensor que se comporta como una fuente de corriente de alta impedancia). 100 mV corresponde a una temperatura de 10ºC y 1000mV corresponde a 100ºC. Los AD22100 y AD22103 con salida radiométrica con la tensión de alimentación.6. lo que eliminan la necesidad de tensiones de alimentación altamente estables o de referencias de precisión cuando se emplea como entrada de un conversor A/D. proporcionan una salida digital serie con modulación de ancho de pulsos.Sensores – Acondicionadores .
b) Incorrecto Conexión del cable apantallado de un sensor. debe hacerse de tal manera para no añadir efectos indeseados. que puede cuantificarse menor que 0.
.3 Sensores de Temperatura con Salida Digital
La incorporación de dispositivos digitales integrados junto con el sensor reduce el número de componentes externos en las aplicaciones. una buena solución puede ser el empleo de cables trenzados. Para reducir todas estas influencias externas.1ºC sobre la temperatura ambiente. con lo que se eliminan los ruidos en modo diferencial o el uso de cable apantallado.
2. debidos a las tensiones generadas en los bucles de masa. Su bajo consumo (menor que 150µA) elimina los efectos indeseados debidos al autocalentamiento. las pantallas solo deben conectarse a masa en uno de los extremos. PWM. Estas fuentes de ruido pueden ser ruidos industriales. para que sea efectivo. Pero el apantallamiento. Así.2 Sensores de Temperatura con Salida en Tensión
El sensor más elemental que entrega directamente una tensión proporcional a la temperatura es el TMP35 de Analog Devices.Procesadores pueden ser externas y acoplarse o inducirse sobre el propio sensor o sobre el cable. es decir. los circuitos de Analog Devices TMP03 con salida colector abierto y el TMP04 con salida lógica CMOS. que puede funcionar a 3V e incorporan el terminal “shutdown” para dejar el dispositivo en muy bajo consumo. No necesita calibración o ajuste externo asegurando una precisión mejor que 1ºC en todo el rango completo de trabajo.
Aplicación de los sensores radiométricos AD22100. La salida es directamente 10mV por grado. Por regla general.6.
. Esto significa que tienen un coeficiente de temperatura qué es casi constante en todo el rango de temperatura.
GND BANDGAP TEMPERATURE SENSOR 10-BIT ANALOG-DIGITAL CONVERTER TEMPERATURE VALUE REGISTER +VDD
B A ND G A P T E M P E R A T UR E SE N SO R G ND
10-BIT AN AL O G / IG ITA L D C O NV E R T E R
A D 7314
T E M P E R A T UR E V A LU E R E G I ER ST
SMBus/I2C INTERFACE SCL SDA
SE R I L A BUS I T E R FA C E N
SC LK SD I SD O
2. Esto significa que las derivas por la temperatura son despreciables durante la vida del equipo. son una alternativa a los sensores más convencionales basados en la tecnología NTC o PTC. Esta característica se puede utilizar cuando el sensor se usa como compensación de temperatura para un microprocesador con conversor de A/D integrado. La construcción básica del chip sensor se muestra en la figura siguiente. Las propiedades de estos sensores de temperatura están basadas en el comportamiento estable del silicio.Procesadores
Otros dispositivos sensores de temperatura pueden tener una salida I2C o pueden incorporar un convertidor A/D sigma-delta. Característica del KTY81.4 Sensores de Silicio con efecto Resistivo
La familia de sensores de temperatura de silicio de Infineon y Philips KTY son de alta exactitud. lineales y con una excelente estabilidad a lo largo del tiempo. como el LM75 de Philips o el AD7415 de Analog Devices o su homologo con SPI el AD7314. Los sensores de temperatura de silicio muestran una característica casi lineal comparada con la característica exponencial de las NTC.Sensores – Acondicionadores . La ventaja de este montaje es que se reduce la dependencia de la tolerancia de fabricación de las resistencias del sensor. El montaje cónico de distribución de la corriente a través del cristal recibe el nombre de ‘resistencia extendida’.6.
pero con polaridad opuesta. su resistencia varía un poco según la dirección de la corriente. por consiguiente. Polaridad: El tipo de montaje de dos sensores en serie. pero con polaridad opuesta. consiste en dos sensores simples conectados en serie. por lo que hay que tener en cuenta la polaridad. estos sensores son. será de nuevo una función casi lineal de la temperatura. Una manera simple de hacer esto. con lo que hay que respetar la polaridad del sensor. se puede conectar una resistencia de linealización en serie con el sensor. pero en algunas aplicaciones es necesario mejorar esta linealización. Si el circuito está alimentado por una fuente de tensión constante. (c) Con una resistencia ‘RS' en serie y una resistencia ‘RP' en paralelo y alimentado por una fuente de tensión constante.Procesadores
Sección transversal de un cristal de un sensor KTY. que tiene la ventaja de tener una resistencia que es independiente de la dirección de la corriente.
Tres formas de linealización: (a) Con una resistencia ‘RL' en paralelo con el sensor. figura (b). por ejemplo.
. El voltaje en el sensor.
Circuito equivalente de los KTY. figura (c).Sensores – Acondicionadores . La resistencia final de la combinación en paralelo. RT) y la resistencia RS es igual a la resistencia RL de linealización óptima. La resistencia de la combinación en paralelo (RP. es en una función lineal con la temperatura y el voltaje de salida será linealmente proporcional a la temperatura. El KTY83/84/85 usan el montaje más básico de un solo sensor. calculada previamente. es poner la resistencia del sensor ‘RT' en paralelo con una resistencia fija ‘RL'. Este montaje es para corrientes altas y temperaturas por encima de 100ºC. figura (a). como en sistemas de control que requieren una alta exactitud. Tipo KTY81-1 KTY81-2 KTY82-1 KTY82-2 KTY83-1 KTY84-1 KTY85-1 R25ºC (Ω) 1000 2 000 1000 2000 1000 1000 (R100) 1000 Tolerancia disponible (∆R) ±1% a ±5% ±1% a ±5% ±1% a ±5% ±1% a ±5% ±1% a ±5 ±3% a ±5% ±1% a ±5% Rango de Temperatura (ºC) -55º a 150º -55º a 150º -55º a 150º -55º a 150º -55º a 175º -40º a 300º -40º a 125º Encapsulado SOD70 SOD70 SOT23 SOT23 SOD68 (DO-34) SOD68 (DO-34) SOD80
Linealización: La característica de resistencia/temperatura de los sensores de temperatura de silicio es casi lineal. El KTY84 esta diseñado específicamente para el funcionamiento a temperaturas de 300 °C. (b) Con una resistencia ‘RL' en serie con el sensor y alimentado por una fuente de tensión constante. una fuente de corriente es demasiado cara. En este caso. se ha aplicado en la serie KTY81/82.
Un segundo montaje. En la práctica. RL x RT / (RL +RT). la linealización se puede conseguir por una combinación de resistencias serie/paralelo con el sensor. entonces se puede usar un voltaje fijo de 5 o 12 V para conseguir una corriente de trabajo de 1mA. no tienen polaridad.
con la VT entre 1. Este voltaje se usa como referencia de tensión para el convertidor A/D. 20mV/K o 1µA/K
2. Los comparadores comparan la VPTAT con los puntos de disparo externos y cuando han superado respectivamente el punto de umbral dan salida a los transistores de colector abierto capaces de entregar 20mA.5V.886 V sobre un rango de temperatura entre 0º y 100°C. combinada con dos comparadores pareados y una tensión proporcional a la temperatura absoluta (VPTAT) con un coeficiente de temperatura de 5mV/ºK.4 Termostatos
Algunos sensores de temperatura han sido especializados en el tipo “termostato” y además programables. son seleccionados por el usuario por tres resistencias externas. el primer fabricante ha sido Analog Devices.Sensores – Acondicionadores . El TMP-01 contiene una tensión de referencia de 2.59 mV /ºK.127 V y 1.
. Ambos puntos de disparo (alta/baja temperatura) y el ciclo de histéresis.
Resumen de sensores
TERMOPARES Rango muy grande: –184ºC a +2300ºC Alta Precisión y Repetibilidad Necesita Unión Fría de Compensación Bajo Voltage de Salida RTDs Rango: –200ºC a +850ºC Buena Linealidad Requiere Excitación Bajo Costo TERMISTORES Poco Rango: 0ºC a +100ºC Pobre Linealidad Requiere Excitación Alta Sensibilidad SEMICONDUCTORES Rango: –55ºC a +150ºC Linealidad: 1ºC Precisión: 1ºC Requiere Excitación Salida Típica 10mV/K. que indican cuando está por encima o por debajo de un rango específico de temperatura.
Diagrama de bloques funcional del TMP01. se requiere una compensación de la temperatura. Este divisor de tensión proporciona un voltaje proporcional y lineal a la temperatura. La figura muestra una configuración típica. La pendiente lineal de VT = 7.Procesadores Compensación de temperatura en un convertidor A/D integrado en un microcontrolador: Cuando un convertidor A/D está integrado en un microcontrolador. La temperatura de trabajo es de -55ºC hasta +150ºC. usando un sensor de temperatura KTY81-210 en serie con una resistencia de linealización RS.6. El TMP-01 contiene un sensor de temperatura que genera una tensión de salida proporcional a la temperatura absoluta y también dos comparadores con dos salidas. que con el TMP01 ha empezado una familia de termostatos programables.
2. que afectará directamente en la precisión del TMP-01 y en este ejemplo hará que el circuito conmute la salida a "OFF" 1. etc. Seleccionar la histéresis de la temperatura. La salida del comparador permanecerá "ON" hasta que la tensión de entrada. Conmutación de cargas con las salidas de colector abierto: En la mayoría de aplicaciones de medición y control de la temperatura se requiere algún tipo de conmutación..Vsethigh) /Ivref = (2. Mosfets. La disipación total con salidas en carga máxima será: Pdiss = 0. la de una resistencia de calentamiento. y tiristores. con los valores SETHIGH y SETLOW.Sensores – Acondicionadores . IGBTs. sin necesidad de ninguna operación matemática. ahora igual a la VPTAT (Tensión de salida del sensor de temperatura) sumada al offset de histéresis.. haya vuelto al punto de tensión programada.
. que son capaces de entregar 20 mA continuamente. 4. Histéresis del TMP-01. la de un relé para la desconexión del equipo. el cual a +25ºC da un valor de 1. no pueden ser gobernadas directamente por el TMP-01. es el número de grados en que ha de sobrepasarse el punto seleccionado de temperatura original que debe ser sensado por el TMP-01 antes que el comparador sea puesto a cero y la salida inhabilitada.012 W x 158 ºC/W = 1. Ivref = 17 µA Seguidamente. Para un fácil cálculo. Todos estos componentes minimizan la corriente de salida. Entonces el comparador pasa a "OFF" desactivando la salida de colector abierto. 2. Darlingtons. para 2 ºC de histéresis.9 ºC en exceso. 3. Programación del TMP-01: Un divisor de tensión con tres resistencias se utilizan para fijar los valores de referencia de la temperatura y se programan de la siguiente manera: 1.Procesadores Histéresis de la temperatura: La histéresis de temperatura. Analog Devices ha creado un software gratuito. sino que se pueden utilizar relés. la de un ventilador. Calcular los valores individuales de las resistencias del divisor de tensión. La figura muestra el ciclo de histéresis para los dos comparadores. 1.15 ). y normalmente son corrientes superiores a 1 A. que permite determinar todos los valores necesarios. Este efecto se puede minimizar haciendo que la potencia se disipe en un transistor externo. Las ecuaciones utilizadas para calcular las resistencias son: Vsethigh = (Tsethigh + 273. Por esto.. Efectos de autocalentamiento: En algunas aplicaciones el usuario debe considerar los efectos de auto calentamiento debido a la potencia disipada por las salidas de colector abierto.5 V -Vsethigh) /Ivref R2(kohm) = Vsethigh Vsetlow)Ivref R3(kohm) =Vsetlow/Ivref Evidentemente el total de las resistencias (R1 + R2 + R3) es igual a la resistencia de carga necesaria para la corriente de histéresis Ivref determinada al principio del procedimiento.15)(5 mV/ºC) R1 (kohm) = (Vref . bajando considerablemente el error producido por el auto calentamiento del TMP-01. utilizando el factor de VPTAT de 5mV/ºK=5mV (ºC + 273.49V.9 ºC (Tja = Resistencia térmica unión-ambiente) Es decir. Seleccionar los valores de referencia de las temperaturas.6 V x 0. La corriente de histéresis se calcula de la siguiente manera: Ihis = Ivref = 5 µA/ºC + 7 µA Por ejemplo.15)(5 mV/ºC) Vsetlow = (Tsetlow + 273.020A = 12 mW El incremento de la temperatura en el encapsulado SOIC debido al auto calentamiento será: ∆T = Pdiss x Tja = 0. Calcular la corriente de histéresis Ivref. para determinar los valores Vsethigh y Vsetlow.
y puede entregar 500 µA a 50 pF (max). por ello es necesario interconectar algunos elementos como amplificadores operacionales que a continuación se muestran:
Salida con “buffer” OP177. es necesario transmitir dicha tensión a una central de procesos. En la mayoría de aplicaciones.
Salida con lazo de corriente 4-20mA
.Sensores – Acondicionadores .Procesadores
A continuación se detallan algunos ejemplos de conexión a diferentes elementos de conmutación:
Salida con relé
Salida con mosfet
Salida con triac
Salida con transistor
Salida con un convertidor tensión/frecuencia. Salida proporcional de la temperatura: La salida en tensión del sensor VPTAT es de baja impedancia con un coeficiente de temperatura de 5 mV/K.
2.Sensores – Acondicionadores .6.5 Aplicación de control de flujo de aire en ventiladores
El TMP12 incluye un sensor de temperatura. Cualquier variación de flujo de aire. dos comparadores y una resistencia de 100 Ohm para producir un calentamiento total del circuito.
Diagrama del TMP12 de Analog Devices
. produce un enfriamiento del circuito que se detecta por el sensor y se puede controlar el ventilador. Se pueden programar con resistencias externas los umbrales de tensión y la histéresis.
El valor de la capacidad se mide como humedad relativa.Sensores – Acondicionadores .
3.. sistemas respiratorios en medicina.1 Acondicionadores de señal para sensores de Humedad
Estos sensores proporcionan una señal de tensión proporcional a la humedad relativa y puede ser acondicionada por la entrada del convertidor A/D de cualquier microcontrolador. Philips fabrica este tipo de sensores.
Sensor de Humedad con acondicionador de señal. en función de la humedad relativa de la atmósfera ambiente. etc.Procesadores
3. Además un circuito acondicionador y linealizador dan una salida estándar. Aplicaciones: Alarmas en lavadoras. incubadoras. acondicionadores de aire. higrómetros. 2. Sensores de Humedad
1. Sensores de Humedad Resistivos: Un electrodo polímero montado en tandem sensa la humedad en el material. Sensores de Humedad Capacitivos: El sensor de los sensores lo forma un condensador de dos láminas de oro como placas y como dieléctrico una lámina no conductora que varia su constante dieléctrica..
. humificadores.
requiere de una tensión estable de excitación y normalmente está formado por un puente de Weatstone (desarrollado por S.Procesadores
4.H. Este simple montaje. Sensores de Presión
. Sensores de Presión Piezo-Cerámicos/Multicapa: La combinación de la tecnología piezo-cerámica y multicapa se utiliza para producir una señal eléctrica.1 Sensores de Presión Resistivos Cualquier sistema de medida de presión tipo resistivo. cuando se aplica una fuerza mecánica en el sensor. Sensores de Presión Resistivos: Una presión sobre una membrana hace variar el valor de las resistencias montadas en puente de Wheatstone apareadas. una fuente de excitación (tensión o corriente) conectada a una de las diagonales y un detector de tensión o corriente conectado en la otra diagonal. Sensores de Presión con Semiconductores: Una variación de presión sobre una membrana.
2.Sensores – Acondicionadores . Motorola fabrica sensores de presión con su familia MPX. y por lo tanto una variación de su resistencia interna. Circuito básico de un puente de Wheatstone.
1. Las Células de Carga y las Galgas Extensiométricas son elementos metálicos que cuando se someten a un esfuerzo sufren una deformación del material. El detector mide la diferencia entre las salidas de dos divisores potenciométricos conectados a través de la fuente de alimentación. hace actuar un único elemento piezo-resistivo semiconductor. Christie en 1833). consiste de cuatro elementos resistivos conectados en forma de puente.
y el máximo valor de X es ± 0. En la figura se muestra como utiliza las resistencias R1 y R3 como variables. Dos Galgas Extensiométricas idénticas. Como la ecuación indica. la naturaleza complementaria de los cambios de resistencia da una salida lineal. la desviación de una o más resistencias en un puente. pero la no linealidad permanece la misma que el ejemplo anterior.
Circuito en Puente de resistencias con todos los elementos variables. La salida se duplica. La salida del puente. Por ejemplo. desde un valor inicial puede ser medido como una indicación de magnitud (o un cambio) de la medida. la salida del puente será lineal entre 0. La sensibilidad puede ser doblada si dos idénticos elementos se utilizan como variables. la relación entre la salida del puente y X no es lineal.002. la sensibilidad será ± 500µV/V y ±5mV/V. si Vb=10V.Sensores – Acondicionadores .Procesadores Para la mayoría de aplicaciones de sensores se emplean puentes.02).1% para el rango de salida de 0 a ±5mV. pero para pequeños rangos de X es suficientemente lineal para algunos de casos. y del 1% para el rango de 0 a ± 50mV (que es un valor X de ± 0. dos de las cuales se incrementan y las otras dos decrece en la misma relación. (1+X). pero una de ellas (R1) es variable por un factor.
Circuito en Puente de resistencias con un solo elemento variable.
Circuito en Puente de resistencias con dos elementos variables. En la figura se muestra un puente con cuatro resistencias variables. se puede volver a doblar la salida. En la siguiente figura se muestra un puente con todas las resistencias iguales. tendrá cuatro veces la salida de un puente con un solo elemento variable y además.
. donde X es una desviación fraccionaria alrededor de cero. montadas en oposición configuran este circuito. Para el ejemplo dado en el parágrafo anterior. La Sensibilidad de un puente es la relación del máximo cambio esperado en el valor de salida a la tensión de excitación. En casos especiales.
La posición del potenciómetro es la medida del fenómeno físico.1. AMP01. En la figura se muestra este circuito.
Circuito en Puente de resistencias activo. AMP04. el amplificador operacional produce un cero añadiendo una tensión en serie con la rama variable. Analog Devices dispone de una gama de amplificadores operaciones de instrumentación como el AD624. y lineal. La ganancia es doble que la salida de un puente con un solo elemento variable. Aplicación típica de una Célula de Carga para pesaje. donde es imprescindible utilizar una referencia de tensión de precisión.1 Acondicionadores de señal para una Célula de Carga
La utilización de un amplificador operacional de instrumentación en modo diferencial. Actualmente con la rápida implantación de los convertidores sigma-delta. tiene baja impedancia de salida.
Circuito en Puente de resistencias con una rama potenciométrica. se puede montar un puente activo. Como que la salida del puente activo es un amplificador operacional. Con un circuito como este se pueden obtener 14 bits. y esta es intrínsecamente lineal con X. AMP02. se han podido integrar en un solo circuito todo un conjunto de elementos que resuelven en la mayoría de casos todos los circuitos externos. el amplificador operacional de instrumentación de alta linealidad y bajo ruido. Por ultimo. y como que es de naturaleza complementaria también será lineal.
4. Puesto que es una versión con dos elementos variables. es el método más comúnmente utilizado para la salida de una Célula de Carga. La tensión de salida es igual en magnitud y opuesta en polaridad para incrementar la tensión a través de Rx. debido a sus buenas prestaciones y a su bajo coste. que nos dará la tolerancia de la sensibilidad. la salida será doble.Sensores – Acondicionadores . En la siguiente figura se muestra una aplicación
.Procesadores En la figura siguiente se muestra un puente empleando un potenciómetro en una de las ramas.
El efecto de la temperatura es típicamente ± 0. La alta sensibilidad y una excelente repetibilidad a largo plazo hacen que sean las unidades más apropiadas para la mayoría de aplicaciones. es de ± 1 mV como máximo. hace que estos dispositivos sean altamente competitivos.Procesadores típica de una célula de carga con un completo acondicionador de señal de Analog Devices.
. el AD7730.3.1 Funcionamiento
El funcionamiento de los sensores de presión de la serie MPX de Motorola está basado en el diseño patentado del calibrador de fuerza. sobre un rango de temperatura similar. La salida es un voltaje analógico proporcional a la presión de entrada y al voltaje de alimentación radiométrico. de una familia de convertidores. dando la medición de presión muy exacta sobre un rango amplio de temperatura.
4. Un diseño único dotado de un ajuste con láser controlado por ordenador. A diferencia de los sensores de presión más convencionales que utilizan las cuatro resistencias exactamente apareadas en una configuración de puente de Wheaststone.5% del fondo de escala sobre un rango de temperatura de 0 a 85 ºC. mientras que el efecto sobre la tensión de offset.
4.2 Sensores Piezoeléctricos Los sensores piezoeléctricos entregan una tensión cuando se les aplica una fuerza y pueden ser acondicionados con un circuito tal como se muestra en la figura siguiente. La precisión es muy buena debido al ajuste de las resistencias de calibración y compensación con láser controlado por ordenador. la serie MPX utiliza solamente un único elemento piezoresistivo implantado en un diafragma de silicio que sensa la tensión mecánica inducida en el diafragma por una presión externa.Sensores – Acondicionadores .3 Sensores de Presión con Semiconductor Infineon y Motorola fabrican una serie de sensores de presión con semiconductores. cuyas prestaciones y su bajo precio son parte de la tecnología asociada. 4.
Aplicación típica de una Célula de Carga con un completo acondicionador de señal AD7730.
No obstante. para que estén preparados para encontrar los requerimientos de compatibilidad biomédica. los parámetros de salida de la galga extensiométrica dependen de la temperatura. Elemento sensor básico. Sensor Absoluto: P1-P(vacío)
. y la presión que se ejerce en el diafragma está aplicada en un ángulo recto con respecto al flujo de corriente. o manométrica (gauge). Elección de la Complejidad del Chip: Los sensores de presión MPX están disponibles como un elemento sensor básico. simplifica el conjunto de circuitos adicionales necesarios para lograr la calibración y compensación en temperatura. 4. con calibración y compensación de temperatura interno o con un circuito de acondicionamiento de señal completo incluido en el chip. se produce un cambio de resistencia en la galga extensiométrica.
4. o en conjunción con uno o dos tubos de conexión de la presión diseñados por Motorola. Al mismo tiempo. se requiere que el dispositivo esté compensado si se utiliza sobre un rango de temperatura extensa. Elección de la Medición: Los dispositivos están disponibles para medición de presiones en modo diferencial. son necesarias redes compensadoras más complejas. diferencial y manométrica. y por lo tanto no se introducen los errores típicos debidos a diferencias de expansiones térmicas. aplicada al otro lado. El “offset” no depende de las resistencias apareadas.Sensores – Acondicionadores . El empleo de unidades sin la compensación de la temperatura permite realizar una compensación externa al grado deseado. puntos 1 y 3 de la siguiente figura. biomedicina y aplicaciones industriales. que está sensando como un voltaje en los puntos 2 y 4. Esta alineación se logra en un único paso fotolitográfico. Altímetros. y a una presión de referencia cero (vacío). fácil de controlar.3.
4. Una corriente de excitación circula longitudinalmente a través de la resistencia. Para rangos de temperatura de -40 ºC a + 125 ºC. Detección de fugas.4 Tipos de medición
Los sensores de presión de Motorola están disponibles en tres diferentes configuraciones que permiten una medición de presión absoluta. Elección del encapsulado: Se puede pedir como un elemento básico para un montaje particular. sino de la exactitud de la alineación de los elementos donde se recoge la tensión. Aplicaciones: Barómetros. sin embargo. Los materiales del encapsulado pueden ser intercambiables.3 Estructura básica
Al aplicar presión al diafragma. La galga extensiométrica es una parte integral del diafragma de silicio..Procesadores
4. Utilizando un único elemento elimina la necesidad de emparejar exactamente las cuatro resistencias de un puente de Wheatstone que son sensibles a la temperatura y a esfuerzos mecánicos. 3. por ejemplo de 0 ºC a 85 ºC. que están localizados en el punto medio de la resistencia.2 Posibilidades de elección
1.. 2. Los sensores de presión absoluta: miden la diferencia entre la presión externa aplicada a un lado del diafragma.3. Los Sensores X-ducer™ es un sistema Patentado por Motorola. que causa a su vez un cambio en el voltaje de salida en proporción directa a la presión aplicada. Elección de las Especificaciones: Los sensores de presión MPX están disponibles en varios rangos de presión para adaptarse a una variedad amplia de sectores tales como automoción. absoluto.3. Una red simple de resistencias se puede utilizar para un rango estrecho de temperatura. La tensión mecánica establece un campo eléctrico transversal en la resistencia.
con acondicionador de señal de salida de 0-5V.Procesadores Los sensores de presión diferencial: son parecidos a la bajada de presión a través de una válvula o filtro en un conducto de aire. Para el MPX200 corresponde 30 PSI. Aire húmedo. MPX5100 Calibrados y Compensados en Temperatura.45 psi) hasta 1000 kPa (150 psi). La sección transversal de la estructura diferencial muestra un gel de silicona que aísla la superficie del “dado” y los hilos de conexión de los entornos duros.
4. Motorola ha integrado circuitos dentro del sensor. Las características de trabajo de los sensores de presión de la serie MPX. Los otros medios que no sean aire seco pueden tener efectos adversos en las características y estabilidad a largo plazo. La salida es proporcional a la diferencia de presión a las dos fuentes.P2 Los sensores de presión manométrica. Control de filtros de aire .3..0)
La familia empieza con el MPX10 que corresponde a una deflexión del diafragma a fondo de escala aproximadamente a 15 PSI.Sensores – Acondicionadores . son como una medición de presión arterial.0 a 11. unas técnicas de metalización de película delgada y un ajuste con láser interactivo que le dan una especial tecnología al sensor. Presión de ruedas. además de la compensación y calibración en temperatura en el chip con la serie MPX2000. ofrece actualmente un acondicionador de la señal con un amplificador que se ha integrado en el chip de la serie MPX5000 para permitir una interconexión directa a cualquier microcontrolador que tenga un convertidor A/D. Nivel de líquidos. Para el MPX700
4. incorporando un proceso bipolar lineal.5 PSI. es un caso especial de presión diferencial..6 Acondicionador de la señal interno
Para hacer más fácil el trabajo. Para el MPX50 corresponde a 7.
. Aire seco.. está diseñado para aceptar simultáneamente dos fuentes de presión independientes. El acondicionamiento de la señal se hace por medio de cuatro etapas de amplificación. Aplicaciones: Flujo de aire. MPX2100 Calibrados y Compensados en Temperatura. mientras que permite que la señal de presión sea transmitida al diafragma de silicio..3. Agua (pH 9. un lado del sensor está abierto a la atmósfera. Para el MPX100 corresponde a 15 PSI (una atmósfera). donde la presión atmosférica se utiliza como referencia. las pruebas de fiabilidad y homologación están basadas en el uso de aire seco como medio de presión. De 10 kPa (1. Sensor Diferencial: P1 .5 Tipos de complejidad del chip
MPX100 Sin Compensar en Temperatura. Sensor Manométrico: P1-P(ambiente)
Sección de un sensor de presión Diferencial. Aplicaciones: Presión sanguínea.
Sensores – Acondicionadores . Todo ello con un sistema de adquisición de datos con microcontrolador.8 Aplicaciones de medida de Presión
Existen muchas aplicaciones donde la medida de la presión es fundamental para controlar un sistema hidráulico o neumático.
4.Procesadores
4. También se puede utilizar como altímetro midiendo la presión atmosférica.
.2.3. tamaño muy común que hace una instalación relativamente simple.7 Montaje y opciones de los sensores de Presión de la Serie MPX de Motorola
Motorola ofrece una variedad amplia de dispositivos sensores de presión que incorporan tubos de conexión con retención y orejas laterales para su sujeción. Los tubos tienen 1/8" (3 mm) de diámetro.
una posición lineal o angular. Los Inductosyn. debido a su tamaño. y se conecta a los terminales exteriores con escobillas.c. los RVDT (Rotatory Variable Differential Transformer) y LVDT (Lineal Variable Differential Transformer).Sensores – Acondicionadores . que contiene tres bobinados conectados en estrella. típicos en aplicaciones industriales.1 Señales de formato Sincro
Un Sincro es un transductor electromagnético rotacional (precursor del Resolver) que detecta el desplazamiento angular. los Sincros y Resolvers.1 Sensores de Posición Inductivos
5. que pueden ser los de Efecto Hall y los Resistivos.2 Sincros y Resolvers Los sincros y los resolvers son transductores para la medida de ángulo de un eje y la posición de un sistema servo. Se sitúan en puntos estratégicos a detectar. Electromecánicos: Lo forman los Finales de Carrera o Microrruptores. separados 120º. Conmutan directamente cualquier señal eléctrica. El Sincro consiste de un estator fijo.Procesadores
5.2. en sistemas industriales y máquinas en general.
5. Solo pueden detectar posiciones determinadas. 5.. Inductivos: Lo forman los Detectores de Proximidad Inductivos. Ópticos: Lo forman las Células fotoeléctricas y los Encoders. Potenciométricos: Lo forman los Potenciómetros lineales o circulares. Magnéticos: Lo forman los Detectores de Proximidad Magnéticos. Sensores de Posición
Los sensores de posición pueden dar según su construcción o montaje.
En la figura se muestra la estructura electromecánica de un sincro y la representación eléctrica equivalente. Tienen una vida limitada. Esencialmente trabajan con el mismo principio que un transformador en rotación. El rotor contiene un bobinado es excitado con una referencia a.
Nota: Las salidas S1.
Los voltajes inducidos (en los secundarios) son modulados en amplitud por el seno y el coseno del ángulo Θ del rotor relativo al del estator.
5. que están localizados en el estator (secundarios). en una vuelta es inducido un voltaje en el rotor que más tarde induce un voltaje en dos bobinados seno y coseno.S2 = AR sen ϖt sen (θ+ 240º) Donde.c. En la figura siguiente se muestra los voltajes de entrada o referencia y salida para dos posiciones diferentes (ángulos) del eje de un Sincro.
Voltajes de salida de un Sincro para dos ángulos distintos (0º y 130º). El voltaje de excitación es de la siguiente forma: A sen ϖt
. Nota: El estándar para la rotación de los Sincros es contar en dirección de las agujas del reloj (CCW).Sensores – Acondicionadores .Procesadores El voltaje inducido en un estator por el rotor.2. sen ϖt = frecuencia de excitación. es de la siguiente forma: A sen ϖt Los voltajes que aparecerán a través de los terminales del estator serán: S3 .Señales de formato Resolver
Un Resolver es un transductor rotacional electromagnético que detecta un desplazamiento angular. θ = ángulo del eje del Sincro. R = relación de transformación del transductor. A = amplitud del voltaje de la señal de excitación. a través de las dos bobinas concernientes. S2 y S3 para Sincros son señales de fase coherente. aplicado a los terminales R1 y R2. se aplica al estator (bobinado del primario).S3 = AR sen ϖt sen (θ+ 120º) S1 . Una señal de excitación de referencia a.2 . Los más modernos Resolvers son sin escobillas “brushless”. será proporcional al seno del ángulo θ entre el eje de la bobina del rotor y el eje de la bobina del estator. El voltaje inducido en un par de terminales del estator será la suma o la diferencia de los voltajes.S1 = AR sen ϖt sen θ S2 . dependiendo de la fase. El voltaje de excitación del rotor. moviendo el eje para un ángulo creciente como viéndolo desde el final del eje del transductor. separados 90º.
5.2. referencia 26 V rms. Los tres más estándares son: (a) Señales de 11.
SERVO POSICION
PWM PETICION POSITION
PETICION VELOCIDAD
POWER PAR y I PETICION I VELOCIDAD ACTUAL V
& ETAPA POTENCIA
POSICION ACTUAL O
“LAZO DE CURRIENTE” conversor Resolver a Digital AD2S8X AD2S9O OSC AD2S99
. frecuencia nominal 400 Hz o 60 Hz. A continuación se muestra un diagrama de un sistema de servo-posición utilizando un Resolver y un convertidor de resolver a digital. referencia 11.8 V rms entre líneas. es contar en dirección de las agujas del reloj (CW).4 Convertidores de Resolver a digital
Analog Devices fabrica una familia de convertidores de Resolver a Digital con el AD2S80. Nota: Las salidas S1. sen ϖt = frecuencia de excitación. frecuencia nominal 400 Hz. referencia 26 V rms. (b) Señales de 11.S4 = AR sen ϖt cos θ donde: R = relación de transformación del transductor. moviendo el eje para un ángulo creciente como viéndolo desde el final del eje del transductor. varias frecuencias entre de 400 Hz a 10.8 V rms entre líneas.Sensores – Acondicionadores . referencia 26 V rms.000 Hz. varias frecuencias entre de 400 Hz a 10.S1 = AR sen ϖt sen θ Coseno : S2 . En la figura se muestra una representación eléctrica equivalente y el diagrama de señales de formatos de salida típica de un Resolver. Los Resolvers están disponibles en una variedad de voltajes. AD2S82. AD2S83 y uno oscilador de referencia para los Resolvers AD2S99.8 V rms.Procesadores Los voltajes que aparecerán a través de los terminales del estator serán: Seno : S3 . θ = ángulo del eje del Resolver. A = amplitud del voltaje de la señal de excitación.000 Hz. referencia 115 V rms.000 Hz
5. (c) Señales de 11. (b) Señales de 26 V rms entre líneas.2.
Nota: El estándar para la rotación de los Resolvers. S2 y S3 para Resolvers son señales de fase coherente.8 V rms entre líneas. varias frecuencias entre de 400 Hz a 10.3 Modelos estándares de Sincros y Resolvers
Los Sincros están disponibles en dos rangos de voltaje estándar: (a) Señales de 90 V rms entre líneas.
Aplicando una señal alterna de excitación al bobinado del primario.25% sobre un rango lineal especificado de recorrido). De este modo. en sistemas industriales y militares. Están muy difundidos en su uso y se pueden explicar por el número de características de las cuales hacen a los transductores estar más cercanos a los ideales: trabajan sin fricción. Aunque los RVDT en construcción son diferentes de los LVDT. son muy robustos. tienen una larga vida mecánica.Sensores – Acondicionadores . resolución esencialmente infinita.
Bobinado del LVDT y voltaje de salida con respecto a la posición. y aislamiento entre entrada y salida. Los LVDT típicamente están diseñados para dar un voltaje de salida lineal alrededor de cero (dentro del ± 0.Procesadores
AD2S80 de Analog Devices conectado a un Resolver 5. Cuando el núcleo está centrado entre los dos secundarios. los voltajes inducidos en ambos son iguales y puesto que están conectados en serie en oposición. y el voltaje del secundario 2 decrece.1 Como trabajan los LVDT
Un LVDT es un dispositivo electromecánico que consiste de dos componentes: Un cuerpo hueco cilíndrico que contiene dos bobinados secundarios idénticos los cuales están posicionados en ambos lados del bobinado central primario y un núcleo de ferrita cilíndrico se mueve libre longitudinalmente dentro de la bobina. el voltaje de salida empieza con una polaridad. como que el núcleo de ferrita se mueve a lo largo de sus eje dentro del LVDT. el rango lineal nominal puede ser desde ± 0.
5. todo de una manera continua y suave. Sencillamente. con cuerpo correspondiente a longitudes desde 1 pulgada hasta 30 pulgadas. Aunque los LVDT son robustos y exactos. el voltaje final será cero. Los secundarios típicamente están conectados en serie en oposición uno de otro. por esto se inducen voltajes en los secundarios. Para una selección de LVDT típica. los LVDT son transformadores con núcleo movible.3 RVDT y LVDT (Rotatory and Lineal Variable Differential Transformers) Son unos transductores muy populares utilizados para medir desplazamientos rotatorios (angulares). después incrementa con polaridad opuesta. genera un campo magnético que se acopla a los bobinados del secundario a través del núcleo de ferrita móvil. Si el núcleo se mueve en dirección opuesta. trabajan con el mismo principio. Si el núcleo se mueve en dirección del secundario 1.05 pulgadas hasta ± 10 pulgadas. de este modo el voltaje neto final V1-V2 será de la misma polaridad (en fase) como el de referencia. el voltaje incrementa. decrece completamente a cero. solo producen salidas de bajo voltaje (la
.3. V1-V2 será de polaridad opuesta (180º de desfase).
El máximo rango de medida de posición angular es aproximadamente ± 60º. El demodulador rectifica a media onda la señal a.3. El modo más común utilizado para acondicionar la señal LVDT es la técnica de demodulación síncrona. El desplazamiento de fase del primario al secundario requiere un ajuste externo: Puesto que la técnica de demodulación síncrona requiere que la excitación del primario sirva como referencia al demodulador. Este desplazamiento de fase ocurre debido a la ligera asimetría interna del bobinado del LVDT y el efecto LRC del cable externo.2% a fondo de escala.3. el desplazamiento de fase entre el primario y el secundario introduce errores. Otras aplicaciones de estos transductores. la excitación del primario sirve como referencia para el demodulador.1% a fondo de escala.3 y 0.08 mV por voltio de excitación por milímetro de desplazamiento) y por lo tanto necesitan mucho cuidado al realizar la amplificación.2 Como trabajan los RVDT
Mientras que los LVDT miden desplazamiento linear. y que pueda tener la carga de la impedancia del primario del LVDT. Puesto que la salida de voltaje del LVDT es directamente proporcional al voltaje del bobinado del primario. la temperatura. Introducción del desplazamiento del ángulo de fase por la entrada amplificador “buffer”: El ángulo de fase del voltaje de salida comparada con el de la entrada desplazada típicamente menos de un grado sobre el rango lineal del LVDT. Es un completo convertidor monolítico de LVDT a salida en voltaje en continua. Los cambios de impedancia con las diferentes posiciones del núcleo o con las fluctuaciones a temperaturas ambientes. cualquier fluctuación natural a la excitación afecta a la salida del LVDT. como se muestra a continuación. El método de conversión de las señales LVDT. es el necesitar un oscilador estable con el tiempo.c. En demodulación sincrona.4 Acondicionamiento de Señal de los LVDT
La mayoría de tareas de un acondicionador de señal LVDT. El eje está soportado por cojinetes de bolas que minimizan la fricción y la histéresis mecánica. después se filtra con pasa bajos para producir una salida d. cualquier desplazamiento de fase causada por la circuitería del primer paso de acondicionamiento de señal. los RVDT miden desplazamiento angular. Como
. que representa la posición longitudinal. No obstante. se dedican a transformar las dos señales a. La impedancia del primario del LVDT varía con la temperatura y la posición del núcleo: La fuente de excitación puede tener una impedancia de salida baja para minimizar cualquier voltaje resultante de los cambios en la impedancia del primario del LVDT. Los transductores LVDT y RVDT son utilizados extensamente en medición y aplicaciones de control de medida de desplazamientos desde micro pulgadas hasta varios pies. desfasadas 180º a un simple voltaje d. hará aumentar el error de salida.c. demodulador y filtro pasa-bajos. Por lo tanto se requiere alguna forma de demodulación para acondicionar la conversión de a. Analog Devices da soporte a las aplicaciones de acondicionamiento de señal de los LVDT. utiliza un número elevado de componentes discretos e integrados. Cuando los RVDT trabajan en el rango de los ± 40º. Hay un número mayor de inconvenientes asociados con los acondicionadores de señal que utilizan la técnica de demodulación en lazo abierto: Requiere un oscilador extremadamente estable: Los más serios inconvenientes de este método de demodulación.
5. sensores de presión utilizando LVDT internamente.
5. en posición de válvulas. a d. como células de carga. cuya magnitud indica el movimiento (posición) lejos de la posición central y cuyo signo indica la dirección. el dispositivo típico tiene un error de linealidad de 0.c.c. donde tiene cuatro secciones: oscilador/excitador..Procesadores sensibilidad está entre 6. Si el desplazamiento angular se mantiene en ± 5º el error de linealidad se reduce por debajo del 0. en actuadores hidráulicos. Con la introducción del AD698. Se encuentran en sistemas de metrología.c.c.Sensores – Acondicionadores .
Solución de acondicionador de señal LVDT con el AD698. amplificador de entrada.
el transportador de una máquina herramienta). 5. Pegado a la base está un circuito impreso formando una forma de onda rectangular continua. está fija a lo largo del eje de medición (por ejemplo. El deslizador y la regla están separados por una brecha cercana a las 0. con repetibilidad de 0.
5. cubierto por una capa aislante.1 segundos de arco y sensibilidad de 0.5 Fabricantes de LVDT
Lucas Schaevitz. basado en los mismos principios que el Inductosyn Lineal.4. Por una parte. Tanto para el Inductosyn Lineal como para el Inductosyn Rotatorio es conveniente añadir a ellos mismos un convertidor a formato digital.5 segundos de arco.. se examina mejor el Inductosyn Lineal.
Relación entre el deslizador y la regla del Inductosyn Lineal.3. este tipo de circuito muchas veces requiere un ajuste manual de la fase. El Inductosyn Rotatorio.0001 pulgadas) y ahora es utilizado por la mayoría de compañías de Control Numérico y Máquinas Herramienta para control y medición de ejes. De hecho la regla está hecha generalmente de secciones de 10 pulgadas que se unen una a continuación de la otra hasta llegar a la longitud a medir. pero una pista está desfasada 1/4 de paso cíclico de la otra. Es conocido como el más exacto. Transcoil. etc.
. El paso cíclico de la forma de onda tiene generalmente 0. Estas dos pistas están formadas por una forma de onda exactamente igual al cíclico que la regla. el acero inoxidable.. El deslizador tiene normalmente 4 pulgadas de largo y tiene dos pistas de circuito impreso idénticas separadas en la superficie que se encara con la regla. añadiendo a la complejidad del diseño un coste. Para entender el principio de operación. la bancada de una máquina herramienta). como su nombre indica. Solartron (Schlumberger Transducer)..005 pulgadas y está situada una pantalla electrostática situada entre ellas.1 Inductosyn Lineal
El sistema Inductosyn Lineal consiste en dos partes acopladas magnéticamente y es similar en operación en un Resolver.05 segundos de arco. 0. y estas pueden también captar ruido.
5. La regla consiste en una base de material tal como el acero.2 pulgadas o 2 mm. Kavlico. la regla. Se ha demostrado que es uno de los más exactos transductores de su tipo (0. está colocado de modo que se pueda mover a lo largo de la regla y está asociado con el dispositivo que va ha ser posicionado (por ejemplo.Procesadores resultado. RDP. Por otra parte. el deslizador. Ruido en las líneas de señal: Si el tratamiento electrónico está localizado a alguna distancia del transductor.4 Inductosyns® Lineales y Inductosyn® Rotatorios Los Inductosyn Lineales lo desarrolló la empresa Farrand Control Inc. 90º. el aluminio. En este capítulo se examinan los principios básicos de los Inductosyn y su papel tradicional. Un diagrama de la relación entre el deslizador y la regla se muestra en la figura siguiente. la excitación y las señales de salida del LVDT se pueden llegar a atenuar a través de las líneas de transmisión.Sensores – Acondicionadores .1 pulgada. Tesa. es un transductor para la medición y el control angular. para la medición y el control exacto de distancias lineales. Sensotec. con una precisión de 0.
Después se encuentra el bobinado. utilizan como elemento resistivo el bobinado que es muy lineal. los voltajes del estator serán: V sen ϖt sen (Nθ/2) y V sen ϖt cos (Nθ/2)
Donde. su vida mecánica. pero tiene un precio superior. el cermet es una combinación de un material CERámico y METal que mejora muchísimo las características del carbón.5 Sensores de Posición Resistivos Los potenciómetros se utilizan también como sensores de posición. tiene dos formas de onda rectangulares impresas radialmente sobre el disco.2 Inductosyn Rotatorio
El estator de un Inductosyn Rotatorio corresponde al deslizador de un Inductosyn Lineal. para calcular la vida del mismo. El rotor corresponde a la regla del Inductosyn Lineal y es un disco con una pista completa con una forma de onda rectangular.
5. 2000 o 2048 polos (2 polos = 1 ciclo). Los Inductosyn vienen en diámetros de 3. 7 y 12 pulgadas y tienen 256. Vsenϖt (normalmente de 5 kHz a 10 kHz). entonces la salida del bobinado del deslizador será: V sen ϖt sen (2πX/S) y V sen ϖt cos (2πX/S)
Donde X es el desplazamiento lineal del deslizador y S es la longitud cíclica.
Rotor y estator de un Inductosyn Rotatorio 5.Procesadores El principio de operación no es muy diferente del Resolver. El funcionamiento es el mismo que en el caso del Resolver.4. 360. A continuación se muestra un Inductosyn Rotatorio. que sus principales ventajas son el bajo coeficiente de temperatura. Otro elemento utilizado es el plástico conductor que mejora en todas las características respecto a los demás elementos. ya que existe un contacto mecánico entre la resistencia y el terminal del cursor. Las consideraciones a tener en cuenta son el número de maniobras que va a realizar. Cuando el rotor del Inductosyn Rotatorio es excitado por un voltaje AC. Existe en el mercado una variedad de elementos resistivos que se utilizan en los potenciómetros. el elemento más popular es el carbón. el cursor da una salida proporcional al ángulo del eje. alta disipación. Bourns fabrica una serie de potenciómetros especializados para este trabajo. 720. θ es el ángulo de rotación del rotor con respecto al del estator y N es el número de polos del rotor. y estabilidad con el tiempo. y también el plástico conductor que a parte de la linealidad ofrece una vida muy larga. bajo ruido. Mediante una tensión DC de referencia muy estable. Si a la regla se le aplica un voltaje AC (que es normalmente entre 5 kHz y 10 kHz) V senωt. pero como inconvenientes tiene las variaciones de temperatura y su vida. Estas unidades se pueden suministrar separadamente estator y motor o completamente montadas.Sensores – Acondicionadores .
. su mejor característica es el precio. 512.
la resistencia ‘R’ del ‘permalloy’ cambiará en función del ángulo de rotación α. con un ‘offset’ muy bajo y estable. tal como detección de velocidad de una rueda para el ABS. Suponiendo que. hay cuatro tiras de
. en un amplio rango de temperatura de trabajo. etc. Un ejemplo donde las propiedades de los sensores magnetorresistivos pueden ser útiles es en las aplicaciones de automoción. levas. son un excelente medio de medida tanto en desplazamiento lineal como en angular. 80% de Ni).1 Sensores Magnetorresistivos
El efecto magneto-resistivo data de 1856. donde Thomson observó este efecto aunque no se encontró ninguna aplicación práctica. Con este material. que la característica de la resistencia/campo magnético no es lineal. Si se aplica un campo magnético externo ‘H’ paralelo al plano del permalloy. con una tira de material ferromagnético llamado permalloy (20% de Fe.25 mTesla (en el aire) 1 mT = 10 Gauss Unidades magnéticas más comunes En la figura se muestra el principio de trabajo básico de un sensor MR.
5. entonces.). el efecto MR se puede utilizar para la medición angular y la velocidad rotacional.6. bajo condiciones ambientales extremas en aplicaciones de automoción o maquinaria (ruedas dentadas. varillas de metal. Debido a su alta sensibilidad los sensores magnetorresistivos pueden medir campos magnéticos muy débiles y son ideales para aplicaciones en brújulas electrónicas. Philips utiliza Ni19Fe81. es decir. y con una baja sensibilidad a la tensión mecánica. en la medición de posición de válvulas o de los pedales. el vector de magnetización interno del permalloy rotará alrededor de un ángulo α. cada valor de R no está asociado necesariamente con un único valor de H. Básicamente. dado por: R = RO + ∆RO cos2α
Efecto Magnetoresistivo del ‘permalloy’. el permalloy tiene un vector de magnetización interno paralelo al flujo de la corriente ‘I’ de izquierda a derecha. que se basa en la propiedad de un material que cambia su resistividad por la presencia de un campo magnético externo (las unidades comunes utilizadas para los campos magnéticos se muestran en la siguiente tabla.6 Sensores Magnéticos Existen dos tipos de sensores magnéticos: Magneto-resistivos y de Efecto Hall. 1 kA/m = 1. Posteriormente con los semiconductores se empezó a utilizar como detectores de movimiento. Como resultado. En la serie de sensores KMZ. Es obvio que es una ecuación cuadrática. cuando no está presente un campo magnético externo.Sensores – Acondicionadores . Los sensores magnetorresistivos (MR) utilizan el efecto magneto-resistivo. es en la instrumentación y control de equipos. Otra aplicación de los sensores magnetorresistivos es la medición de velocidad rotacional.
RO y ∆RO son parámetros del material y para lograr las características óptimas del sensor. Otro ejemplo. corrección del campo de la tierra y detección de tráfico. La gama de sensores magnetorresistivos de Philips está caracterizada por su alta sensibilidad en la detección de los campos magnéticos. Por lo tanto.Procesadores 5. que frecuentemente requieren sensores de posición capaces de detectar desplazamientos en la región de las décimas de milímetro (o a veces menor) y en sistemas de ignición electrónica donde se tiene que poder determinar con gran precisión la posición angular de un motor de combustión. pero perpendicular al flujo de la corriente ‘I’. ∆RO es del orden del 3%. donde no se requiera la linealización de la característica del sensor. el cual tiene un valor alto de RO y una baja magneto-restricción. en sistemas de control de motores y en detectores de posición para la medición de la posición de un chasis.
Resistencia del ‘permalloy’ en función de un campo externo.
3 2.2 -0.5 ±1. 1 kA/m corresponde a 1.5 ±1.25 mTesla.5 ±1. navegación.Procesadores ‘permalloy’ que están ordenadas en forma de laberinto en el silicio.
En la tabla siguiente se muestran las características de la familia de sensores magnetorresistivos KMZ de Philips.5 a + 0.1 1. que tiene las siguientes ventajas: la reducción de la deriva por temperatura.5 2 2 Linealiza el efecto MR Si Si Si Si Si No Si Si Bobina interna No No No No No No Si Si Aplicaciones
Detección de metal.0 -7. En el aire.5 ±1. (2). velocidad rueda Medida angular Control de tráfico.2 1. que son para ajustar el ‘offset’ del sensor casi a cero durante el proceso de producción. junto con sus aplicaciones típicas.2 (V) ≤9 ≤9 ≤12 ≤12 ≤10 ≤12 ≤8 ≤8 Sens.5 H= 100(3) -0.05 -2. (mV/V) (kA/m) 16 22 4 4 1.0 a +2.5 ±8 ±1 ±1 Resistencia del Puente (kΩ) 1. (3).5 2.
Notas : (1). como se muestra en la figura. Tipo
KMZ10A KMZ10A1 KMZ10B KMZ10B1 KMZ10C KMZ41 KMZ50 KMZ51 Rango del Campo (Ka /m)(1) -0. Compass. Además se incluyen dos resistencias RT.
Circuito básico con ajuste de ‘offset’ y compensación de temperatura.0 a +2. metales.5 a + 7.Sensores – Acondicionadores .4 2.2 a + 0. control de tráfico Posición angular y lineal. el que se duplica la señal de salida y que el sensor se puede alinear en fábrica.8 16 16 Volt. Información dada para trabajar con campo auxiliar conmutado.2 a + 0. Están conectadas en una configuración en puente de Wheatstone.0 -2.
.1 2. de Offset (mV/V) ±1. también se muestra la estructura de las cuatro tiras de permalloy. Fuerza del campo recomendada.5 a +0.5 -0.
A. Para esta simple aplicación.Sensores – Acondicionadores .3º 4. que controlan una unidad de ‘display’ a través de un multiplexor.9º 33. cuando un coche está yendo por una cuesta arriba o abajo.).7º
15º 26. Este efecto. determina si la señal del sensor está cambiando positiva o negativamente y se incluye en la comparación. con los sensores midiendo las componentes X e Y del campo medido (terrestre). en conductores de coches que requieren solamente unas indicaciones de su orientación y no una exacta indicación de su dirección. Esto configura una brújula bidimensional. solo es necesario mostrar las ocho direcciones.9º 11.
. etc. las dos señales de salida se pueden comparar unas con otras para lograr tres señales digitales. S.5º 5. por ejemplo. Esta función básica se encuentra típicamente en ayuda a la navegación. para distinguir entre las ocho posiciones de la brújula.5º
Desajustes típicos en sistemas de brújula para diferentes ángulos α En el circuito de control se pueden incorporar diversos niveles de complejidad. es indicar puramente la dirección N. con dos sensores magnetorresistivos de Philips alineados en un mismo plano. mientras que otra señal del sensor invertida. Los sistemas de alta precisión eliminan este problema utilizando una brújula tridimensional y un sensor de gravedad.5º 1. Brújula simple de 8 segmentos La función principal de una aplicación de una simple brújula.7º 12. E y O. para incluir diversas técnicas de compensación.3º 16. SO. Estas dan las informaciones básicas de N.6. Estas dos brújulas dimensionales son sensibles al ángulo α entre la superficie de la Tierra y el plano de medición del sensor: un cambio en este ángulo cambiará la alineación entre el eje de sensibilidad del sensor y el campo de la Tierra y por lo tanto afectará a la salida del sensor.8º 23. similar al visto en brújulas convencionales. se puede observar claramente en aplicaciones de automoción. NE E.
Diagrama de bloques simplificado de una brújula electrónica. Angulo α 10º 18.2 Brujula Electrónica
La brújula electrónica es una aplicación típica de la medición de campos débiles. Se pueden utilizar simples comparadores para obtener tres señales digitales.Procesadores
5. pero a 90º el uno del otro.8º 2. En este caso.2º
Ubicación Zurich Hamburgo Singapur Tokio
5º 9. dependiendo de nivel de precisión requerido y de las influencias ambientales esperadas. Ambos sensores suministran una única onda senoidal cuando rotan giran en el campo geomagnético de la Tierras.
A. desde el lateral de la carretera. el promedio de velocidad y la densidad. primero para medir las señales de diferentes vehículos y después para discriminar valores de señal en tres categorías de vehículos (coches. situando un módulo en el lateral de la carretera. actualmente esta información de entrada se obtiene desde sistemas de detección inductivos. se situó un módulo en la carretera bajo el vehículo y para su comparación se hizo una segunda prueba. Aunque se utilizan sistemas computerizados altamente sofisticados para analizar las diversas entradas en los sistemas de tráfico. También son más vulnerables debido a la tensión térmica del pavimento.Sensores – Acondicionadores . En comparación con los métodos inductivos. En las figuras siguientes se pueden ver la colocación de sensor en la carretera y los espectros detectados al pasar un Opel Kadett. Combinado con el bajo consumo. alto consumo. Incluso con el mayor uso del aluminio en la fabricación de vehículos. También tienen la ventaja de indicar posibles incidentes. También. furgonetas y camiones).
El campo local geomagnético fue calibrado a cero. Estos sistemas de medición inductivos tienen gran número de desventajas: baja sensibilidad. los hacen costosos e ineficientes. puede ser detectado un campo magnético específico para cada modelo de cada fabricante. los sistemas de control de tráfico se están convirtiendo en más necesarios para evitar atascos. tienen mayor sensibilidad magneto-resistiva en la medición y se puede dar una información del tipo de vehículo. utilizando las técnicas de medición de campos débiles con sensores magneto-resistivos. por debajo del promedio. los sistemas pueden ser instalados más fácilmente y rápidamente en cualquier tramo de la carretera o incluso en el lateral de la carretera. en ciertas secciones del camino. con un módulo sensor tridimensional.6. que producen espectros como los de la figura siguiente. Mediciones en la carretera Se montó una prueba de campo. necesitan ocupar una gran área de la carretera durante la instalación.
. creará aún un cambio medible en la fuerza del campo geomagnético y en la densidad del flujo.3 Detección de Tráfico
Como que el número de vehículos utilizando vías ya congestionadas aumenta constantemente. hace que un sistema de control magneto-resistivo sea un método barato y más eficiente para la detección de tráfico. si es necesario. En la primera prueba. El módulo sensor también demostró ser lo suficientemente sensible para detectar y distinguir motos (hasta con motor. de modo que solamente sería registrado el desajuste en el campo provocado por el vehículo cuando pasa. debido al tamaño y la colocación del sensor. marco y ruedas de aluminio). permitiendo que signos indicadores de camino controlen el flujo y la velocidad del tráfico. Como que prácticamente cada vehículo fabricado contiene un alto número de componentes ferromagnéticos.Procesadores
5. Estos sistemas monitorizan el flujo de tráfico. Con simples modificaciones a estos sistemas permiten ser utilizados para mejorar la seguridad y también para monitorizar el tráfico en tierra de los aeropuertos. donde las velocidades bajan rápidamente.
En la figura anterior se muestra uno de los montajes más simples utilizando una combinación de sensor e imán para mediciones de desplazamiento lineal. ya que cuando un imán se mueve sobre el objetivo a detectar. los campos magnéticos externos fuertes pueden perturbar al sensor suficientemente para producir resultados ambiguos. Detector de Proximidad utilizando un sensor magnetoresistivo. En este montaje el sensor tiene una salida negativa. debajo de un cierto nivel.
Salida del Sensor en un campo magnético fuerte. Orientando el eje del sensor a 45º respecto al eje del imán permanente. La salida resultante es claramente indicativa de la distancia ‘d’ entre el imán y el sensor. como fluctuaciones en el campo transversal. para ambos montajes del imán. La región lineal de la salida sinusoidal del sensor.6.Procesadores
5. tal como se muestra en la figura.4 Medida de Posición lineal y de Proximidad
La gran sensibilidad de los sensores magneto-resistivos sirven para los sistemas de medición de posición lineal. que se puede pasar hacia la entrada inversora de un comparador. cambiando así su resistencia. Cuando un sensor magneto-resistivo está situado en un campo magnético permanente. Si se utiliza un campo magnético fuerte o el sensor está situado muy cerca del imán. que se puede igualar a la posición del imán respecto al sensor. el campo axial producido por el imán se hace más débil y cerca de los polos cambian de dirección. figura siguiente. y para la medición de una posición lineal se puede adaptar y modificar fácilmente para producir un sensor de proximidad.
Salida del sensor en el campo de un imán permanente. generalmente está expuesto a campos en ambas direcciones X e Y. está definida aproximadamente por la longitud del imán. como un detector de proximidad. con un gran número de aplicaciones posibles. los cambios en los vectores de magnetización internos de las tiras de ‘permalloy’ del sensor. Fuera de esta área. es posible utilizar el sensor junto con un comparador. hay el peligro que el campo auxiliar excediera al campo requerido y se produciría un cambio en la característica del sensor. El principio es muy similar al que se utiliza para la medición angular. El punto básico puede ser utilizado para la medición de la posición de un punto. produciendo una histéresis en la salida del sensor. se alinean ellos mismos con el campo magnético externo.Sensores – Acondicionadores . Los niveles de conmutación del sensor son muy importantes en esta aplicación. entonces se puede ver que cualquier movimiento en la dirección Y. Si el imán está orientado de tal modo que el eje del campo auxiliar en la dirección X es paralelo a las tiras de permalloy del sensor.
entonces electrónicamente sus señales de salida están desfasados 90°. la deriva magnética con la temperatura. 2α se puede calcular fácilmente. el ángulo se mide directamente detectando la dirección del campo y el montaje es independiente de: la fuerza de campo del imán.6. con los sensores actuales. delante del sensor (y se posiciona para que su vector de magnetización interno esté en paralelo al imán en el punto de referencia). que puede convertir la curva senoidal de salida a una relación lineal) el rango del ángulo se puede extender a ±35°.
Alineación de los Vectores de campo magnético internos del sensor con respecto a diferentes campos externos desde 0 hasta 100 kA/m. Para extender el rango del ángulo.Procesadores
5. La resolución se reduce en los extremos del rango. Cuando el objetivo gira. en el plano del sensor. Por consiguiente. alineándose con el campo externo.5 Medición Angular
El principio de la medición angular con un sensor magneto-resistivo es esencialmente simple. Esto causa que el vector de magnetización interno del sensor ruede con un ángulo α. el imán se pone en el objetivo. Para lograr una medida exacta. que permite reducir las tolerancias del sistema y el ajuste del sensor. En este montaje mecánico. Al usar una combinación de sensor/imán.Sensores – Acondicionadores .
Medición de un ángulo con el sensor KMZ10B. pero no afecta en la mitad del rango. Si se posicionan con precisión mecánicamente entre sí a 45° el uno del otro. una sola rotación del objetivo (360°) se traduce en una señal de salida de 720º (2 ondas senoidales completas). esto normalmente se logra teniendo una fuerza de campo magnético de 100 kA/m. como se explicó anteriormente el efecto magnetorresistivo es de naturaleza angular. aproximadamente. Esto se hace aplicando un campo externo muchísimo mayor que el campo interno para que el sensor sea ‘saturado'. Esto significa que la señal de salida del sensor magneto-resistivo sólo ofrece buena linealidad dentro del rango del ángulo de ±15° (donde sen α = α). si hay un microprocesador en el sistema. se usan dos sensores. el imán rueda delante del sensor y el ángulo del campo externo cambia con relación al campo interno de las tiras del ‘permalloy’. La única precaución que se tiene que tomar con esta técnica. Si se usa un sensor en el modo no-linealizado. Para obtener una solución para ángulos en el rango de ±90°. entonces. la tendencia magnética con el tiempo. Montaje del sensor y el imán. de la relación básica: (R = RO + ∆RO cos2α) se puede mostrar fácilmente que: R ≈ sen2α. Si la señal de salida es aceptable en la aplicación (por ejemplo. La resistencia de las tiras de ‘permalloy’ depende del ángulo α entre el vector de magnetización interno de la tira de ‘permalloy’ y la dirección de la corriente a través de éste. y las tolerancias mecánicas. véase la figura anterior.
. es asegurar las direcciones del campo durante el ajuste las direcciones del campo después del ensamblaje. las señales de salida de los dos sensores representan el sen2α y el cos2α respectivamente y como que sen2α/cos2α = tan2α. la única condición es que el vector de magnetización interno del ‘permalloy’ siga directamente al campo externo. Ésta es la solución adoptada por Philips en los módulos KM110B. en aplicaciones de medida angular.
Maquinas de juego (joysticks). es que es sensible a la orientación del campo magnético y no a su intensidad. conectadas como dos puentes de Wheatstone individuales. control de retorno de los cinturones de seguridad y detección de desgastes).
La excelente característica de este sensor magnético. Esto significa que la señal de salida de este sensor es independiente de la posición relativa del sensor con respecto al imán en dirección lateral. para una resolución de 360 grados. GMR B6. en forma de puente de Wheatstone completo (formado por 4 resistencias). Las aplicaciones típicas de los sensores magnetorresistivos para la medición de ángulos son: Automoción (posición de pedales. esto se logra usando los adelantos en la tecnología de fabricación de los sensores magneto-resistivos. control de válvulas. produciendo los requerimientos de un desfase eléctrico de 90°.Sensores – Acondicionadores . axial o rotatoria. GMR C6.Procesadores
Medición de un ángulo con dos sensores KMZ10B.
. para una resolución de 180 grados y dos medios puentes de Wheatstone (formado por 2 resistencias). pero no a su intensidad. con tal de que el campo esté en un rango entre 5… 15 kA/m.
5.6 Sensor Magnetico-Resistivos Gigante (GMR) para la medida de ángulos
Los sensores de ángulo GMR de Infineon están basados en una tecnología multicapa. Están formados por estructuras del puente monolíticas. etc. unidades de suspensión activa. Son sensibles a la dirección del campo magnético aplicado.6. Como que los sensores tienen que estar alineados mecánicamente a 45º (muy exactamente). Tiene 8 redes de material magneto-resistivo. En la figura se muestra el esquema real del sensor KMZ41 de Philips. en el rango de varios milímetros. donde la precisión del ángulo es vital). Electromedicina (escaners. sistemas de autonivelación. alineados con un desfase de 45° de sus direcciones de sensibilidad magnética. Los resultados óptimos se logran usando imanes permanentes o ruedas dentadas con polos magnéticos. optimizados para la detección de posiciones angulares.
el campo magnético.H.
. lineal o rotatorio. Este fenómeno se denomina Efecto Hall. VH es una función de la densidad de corriente. entonces la combinación de corriente y campo magnético genera un voltaje perpendicular a ambos. con la familia AD22xxx.Sensores – Acondicionadores . may en 1879. Analog Devices ha integrado en un solo dispositivo el sensor y la circuitería de acondicionamiento para minimizar las derivas debidas a la temperatura asociadas a las características de la célula de silicio. Si una corriente fluye en un conductor (o semiconductor) y se le aplica un campo magnético perpendicular a dicha corriente. particularmente en aplicaciones de posición y movimiento. El efecto Hall se usa para hacer sensores de movimiento.7 Sensores de Efecto Hall El fenómeno Efecto Hall fue descubierto por E. y la densidad de carga y movilidad portadora del conductor.Procesadores 5.
reflectivos y los encoders ópticos. La salida será 0 o 1. sobre un elemento mecánico.
5. formados por un disco que tiene dibujados segmentos para ser detectados por los sensores.
5. Existen dos tipos de encoders.8 Sensores Ópticos Los sensores ópticos los forman los fotointerruptores de barrera. La diferencia es que se necesita varios sensores ópticos y el disco debe de tener una codificación tipo Manchester. Encoders Absolutos: permiten conocer la posición exacta en cada momento sin tener que dar una vuelta entera para detectar el punto cero del disco.Procesadores 5.Sensores – Acondicionadores .8.8.
.3 Encoders ópticos
Con los foto-interruptores y los reflectivos se pueden montar los encoders ópticos. Encoder Incrementales: permiten que un sensor óptico detecte el número de segmentos que dispone el disco y otro sensor detecte la posición cero de dicho disco. que por reflexión permiten detectar dos tipos de colores. blanco y negro normalmente.
5. los Encoders Incrementales y Encoders Absolutos.8.2 Foto interruptores reflectivos
Están formados por un emisor y un receptor de infrarrojos situados en el mismo plano de superficie.1 Foto-interruptores de barrera
Están formados por un emisor de infrarrojos y un fototransistor separados por una abertura donde se insertará un elemento mecánico que producirá un corte del haz. por ejemplo.
Muchos acelerómetros operan detectando la fuerza ejercida en una masa por una limitación elástica. Velocidad y Aceleración)
1.Procesadores
6 Sensores de Movimiento (Posición. 5. Actividad sísmica. sistemas antibloqueo de frenos y "airbag". Piezo-eléctricos: Una deformación física del material causa un cambio en la estructura cristalina y así cambian las características eléctricas. este importante desarrollo del acelerómetro no podía haber ocurrido en un tiempo mejor. Capacitivos: El movimiento paralelo de una de las placas del condensador hace variar su capacidad.1. 3. La unidad de medida es: m/s².
Considerando un sistema mecánico simple. cierre de puertas automática. Substituyendo en la ecuación de Newton. La aceleración constante de una masa implica una fuerza (F = m * a). Los sensores de movimiento permiten la medida de la fuerza gravitatoria estática (cambios de inclinación). Aplicaciones: Aceleración / Desaceleración (Air Bag). donde F es la fuerza. Detección y medida de manipulaciones.1 Medición de la Aceleración Las técnicas convencionales para detectar y medir la aceleración se fundamenta en el primer principio descubierto por Newton y descritos en su Principio de Newton en 1687. El elemento sensor estaba complementado con una circuitería de acondicionamiento de señal con salida de voltaje proporcional a la aceleración. se convirtió en la primera compañía que ha fabricó en producción de alto volumen un acelerómetro para aplicaciones en automoción como son los sistemas de suspensión activos. a es la aceleración y m es la masa. que consiste en una masa fija m. Electromecánicos: Una masa con un resorte y un amortiguador. y la medida inercial de la velocidad y la posición (la velocidad midiendo un eje y la posición midiendo los dos ejes). la medida de la aceleración dinámica (aceleración. con un muelle con una rigidez k (constante). Velocidad / Cambio de velocidad. Si la masa se desplaza una distancia x. Solamente la superficie micromecanizada
.Sensores – Acondicionadores . Choques / Vibraciones.8m/s²) 6. La Aceleración es el cambio de la velocidad. g (1g = 9. así también trabajan los modernos acelerómetros micromecanizados. Posteriormente se ha mejorado la circuitería dando una salida digital con el ADXL202. El sensor lo forma una superficie micromecanizada.1 Acelerómetros Capacitivos Analog Devices con el acelerómetro monolítico ADXL50. Piezo-resistivos: Una deformación física del material cambia el valor de las resistencias del puente. encontramos que a=k*x/m y podemos derivar la magnitud de la aceleración observando el desplazamiento x de la masa fija. 6. la aceleración debida a la fuerza restauradora del muelle es F = k * x. Efecto Hall: La corriente que fluye a través de un semiconductor depende de un campo magnético. es un minúsculo sensor de aceleración de movimiento en un circuito integrado de silicio de bajo coste. 4. vibración y choques). 2. Detección prematura de fallos en un equipo en rotación. Este principio fundamental se utiliza hasta en el más sofisticado y caro acelerómetro electromecánico.
ejerce una fuerza a la masa central. está diseñado para hacerse una autocomprobación continua con la aplicación de un comando digital. no obstante están libres para moverse.Procesadores puede dar la combinación de alta seguridad en su funcionamiento y tamaño pequeño. de placas paralelo. cada uno actúa como una placa de un condensador variable. provocando un cambio de capacidad. Estas dimensiones tan pequeñas también dejan sitio para la inclusión de todo el conjunto de circuitos de acondicionamiento de la señal necesaria en el mismo chip. que varía desde 2. Este cambio de capacidad es detectado y procesado para obtener un voltaje de salida fácil de utilizar utilizando una tecnología BiCMOS (BiMOS II).5 a 5 mm de lado. La superficie micromecanizada es una técnica de procesamiento utilizada para fabricar estructuras mecánicas extremadamente pequeñas de silicio. La superficie micromecanizada no se debe confundir con el procesado del volumen micromecanizado utilizado para crear acelerómetros piezorresistivos que hay actualmente en el mercado. Esculpir un volumen micromecanizado a través de un substrato relativamente grueso. única de Analog Devices asegura que el sistema trabajará en el instante necesario. el movimiento del elemento micromecanizado en el acelerómetro es menor de 1 mm². Utilizando los mismos pasos para hacer circuitos electrónicos convencionales. la masa desplaza las minúsculas placas del condensador. Los otros elementos están libres para moverse. Por esto los acelerómetros monolíticos de Analog Devices con su modo de autocomprobación natural. Los delgados y largos brazos de la "H" están fijos al substrato. La aceleración o desaceleración en el eje “SENSOR”. El resultado es un sistema de medición de aceleración completo en un espacio más pequeño de 10 mm². la superficie micromecanizada crea estructuras pequeñas que están cerca de la superficie del silicio. La respuesta es muy simple: no puede.Sensores – Acondicionadores .1.
. El elemento sensor del acelerómetro mide cerca de 1 mm².
6. En realidad. Esta característica esencial. representan un avance muy importante. Al moverse libremente. lo forman una serie de filamentos finos. El silicio que se prueba a sí mismo: ¿Cómo puede probar un sistema "airbag" electromecánico para asegurar que está siempre listo para jugar su papel de salvamento?.3 Funcionamiento del sensor micromecanizado
Cuando se observa el sensor micromecanizado parece una "H". La estructura del sensor se hace una autoprueba. La superficie micromecanizada involucra depositar películas delgadas en el substrato. con una masa central.
y actividad sísmica). abre numerosas aplicaciones para los acelerómetros. Las aplicaciones varían según el tipo de máquina: desde una aeronave. sistemas de calentamiento. exactamente y a bajo coste. un movimiento repentino puede provocar fácilmente un problema. También está en desarrollo una familia de sensores de diferentes rangos. como el ADXL202. También puede ser utilizado para monitorizar máquinas de salud. monitorizando continuamente las vibración de una máquina. Es decir se pueden construir sensores de doble eje. es posible avisar de algún fallo inminente. Este lazo de control evita el movimiento de la masa en aceleración.
6. El delicado mecanismo que lee y escribe información a los discos.. grietas o fatigas de las máquinas. Si una grabadora de mano (que consista de un acelerómetro. permitiendo sensar señales redundantes para detectar fallos en aplicaciones seguras. ¿y de quien es la culpa?. Muchos de nosotros hemos tenido la decepcionante experiencia de abrir un paquete grande y nos hemos encontrado los delicados contenidos totalmente maltratados debido a golpes externos. flota sobre los discos. La continua variación de salida del acelerómetro sería rápidamente analizado. permitiendo medir vectores de aceleración en el plano de superficie del chip y con una salida digital. destruyéndose igualmente la información. vibración.Sensores – Acondicionadores . con una resolución de 10mg. La medición de la aceleración continuamente. un cronómetro y un registro de información) se incluyera en la consignación.
. Tales grabadoras podrían ser la norma para transportar delicados y caros objetos.5 Otros Desarrollos
El ADXL105 forma parte de una familia que incluye una sensibilidad de escala completa de ± 5 g. estableciendo el instante preciso en que la carga explosiva debe ser detonada produciendo el daño máximo sobre el objetivo. Este voltaje aplicado es directamente proporcional a la aceleración. discos duros particularmente. estos son algunos ejemplos. se pueden alinear dos o más sensores en el mismo plano. ¿Cómo ocurrió el daño?. En este caso un acelerómetro forma parte del sistema difuso. con el elemento sensor micromecanizado. Los elementos más dispuestos a dañarse son los dispositivos de almacenamiento masivo (con la consecuente pérdida catastrófica de información almacenada).1. manifestada de muchas maneras (gravedad.Procesadores El dispositivo realmente trabaja en un lazo de control electrónico de fuerza/balanceo. sistemas de ventilación y aire acondicionado. contrarrestar los choques y evitar que se dañe el disco.. Las aplicaciones militares incluyen ingeniosos sistemas de detonación para mísiles y bombas. Los fabricantes de ordenadores portátiles continuamente buscan formas para hacer sus productos más seguros.. Por otra parte. es posible incorporar varios en un mismo chip. maquinas de rotación para mostrar las características de vibración. orientados o no en la misma posición ortogonal..1.
6. por la aplicación de una fuerza igual pero opuesta creada por la aplicación de un voltaje en las placas del condensador. Un acelerómetro puede detectar el "ataque del daño potencial". la detección de impacto por la rápida desaceleración asociada. estas preguntas se podrían responder fácilmente.4 Otras Aplicaciones
La aceleración es una cantidad física fundamental.
pero la exactitud se degrada proporcionalmente al cuadrado del tiempo de integración. Se conoce la aceleración en la tierra. Medida Relativa desde una posición inicial: Velocidad = A * t Distancia = (A / 2) * t^2
Puede ser exacta para periodos cortos de tiempo. Ascensores (mejora la precisión posicional usando la medida inercial entre puntos de localización de referencia conocidos)
. dos veces para la distancia.3 Medida inercial de la velocidad y la posición Midiendo la aceleración se puede determinar la velocidad y la posición. La Aceleración Integrada: una para velocidad. Aplicaciones: Mejora la precisión de los sistemas GPS (determina la posición del coche cuando el GPS pierde la señal en un túnel). Es posible una exactitud Posicional de 2cm sobre un segundo. La exactitud Posicional se degrada a 20m después de 10 segundos de integración. Si se cambia la inclinación (a lo largo del eje sensible de un acelerómetro) se cambia el vector de aceleración: θ = arcsen[(V(out)-V(cero g)) / (1 g x factor de escala factor(V/g))] ! Esto parece complicado. se mide el campo gravitatorio estático de la Tierra.Procesadores
6.8 m/s2 = 1 g. Control dinámico de Vehículos (control de deslizamiento).Sensores – Acondicionadores . que es de 9. pero es muy fácil de hacer usando un acelerómetro ¡
6.2 Medida de Inclinación Para medir la inclinación.
ω es la velocidad angular aplicada
La Velocidad aplicada por medio una estructura rígida resonando a 18KHz acoplada a un marco de un acelerómetro. girando el objeto en un plano ortogonal a su movimiento periódico causa una fuerza de traslación en la otra dirección ortogonal. para ver si el vehículo se está deslizando.4 Giróscopos monolíticos Analog Devices ha fabricado el primer giroscopio monolítico para realizar medidas angulares (mide la velocidad en que gira sobre su propio eje).
.Sensores – Acondicionadores . La familia ADXRS150 usa dos traviesas (masas) resonando en antifase. 6.Procesadores 6. por los sensores de velocidad de las ruedas. con tal que la baja velocidad de vibración externa pueda cancelarse. La velocidad angular se determina por la medida de la aceleración de Coriolis. Integrando la velocidad angular se miden los cambios de inclinación o cambios de dirección.
Aplicaciones: Control Dinámico de un Vehículo (VDC). La mayoría de los sistemas VDC también incluyen acelerómetros de bajos g. La aceleración de Coriolis estará en la misma frecuencia y fase que el resonador. La velocidad angular se mide midiendo la fuerza de Coriolis
¿Cuál es la fuerza de Coriolis?: Cuando un objeto se mueve de una manera periódica (oscilando o girando). Acor = 2 * (ω velocidad de la masa) donde.1 Medida de la velocidad angular La velocidad angular mide la rapidez en que gira un objeto alrededor de un eje. Puede medir cambios de inclinación o cambios de dirección integrando la velocidad angular.4. que se usan para medir si el deslizamiento del vehículo es longitudinal para el control ABS o lateral para detectar perdida de tracción. El funcionamiento diferencial permite el rechazo de muchos errores. Mide la velocidad sobre el eje vertical de un vehículo y compara el valor predictivo.
por vibraciones (un elemento mecánico vibra al paso del caudal y se mide la frecuencia). 3.
Dos montajes para la aplicación de medida de caudal por diferencia de presión. Semiconductores: Por diferencia de presión utilizan un sensor de presión diferencial entre dos puntos separados de medida en un tubo. Sensores de Caudal
Existe una variedad de sistemas para la medición de caudal. por turbina (contando las vueltas).Sensores – Acondicionadores . dependiendo de los líquidos y de los caudales. 1. serie MPX. Ultrasonidos: Aplicando un emisor y un receptor de ultrasonidos. Electromecánicos: Por pistones (midiendo el volumen de cada pistonada). Magnéticos: Aplicando un campo magnético perpendicular al caudal. 2. 4. Motorola fabrica sensores de Presión de medida diferencial.
.Procesadores
7. por turbulencias (mediante el paso del caudal a través de un cilindro donde gira un cuerpo magnético y al dar vueltas conmuta un interruptor magnético exterior y se cuentan los pulsos).
8. Sensores de Corriente Eléctrica
1. Inductivos: Transformadores de Corriente. El cable a medir pasa por medio de un núcleo magnético que tiene bobinado un secundario que proporciona una tensión proporcional a la corriente que circula por el cable. 2. Resistivos: Shunt. Una resistencia provoca una caída de tensión proporcional a la corriente que circula por dicha resistencia Shunt. 3. Magnéticos (Efecto Hall): El sensor mide el campo magnético de un núcleo, generado por la corriente que circula por el cable a medir, que bobina al núcleo. 4. Bobina Rogowsky: Miden los cambios de campo magnético alrededor de un hilo que circula una corriente para producir una señal de voltaje que es proporcional a la derivada de la corriente (di/dt). 8.1 Sensor de Corriente Inductivo Los transformadores de corriente proporcionan además de la medida un aislamiento galvánico.
8.2 Sensor de Corriente Resistivo Las resistencias “shunt” proporcionan una medición precisa y directa de la corriente, pero no ofrece ningún aislamiento galvánico.
8.2.1 Acondicionador de Señal de un Shunt
La aplicación típica de un shunt es para medir la corriente en la red eléctrica para calcular la potencia o para analizar la calidad de la red. También se utilizan para sensar la corriente en un sistema de control de motor por variación de frecuencia.
8.2.2 Selección de la Resistencia Sensor de Corriente (Shunt)
Es importante seleccionar una resistencia “shunt” apropiada de sensor de corriente; debe tener un valor muy bajo de resistencia para minimizar la disipación de potencia, un valor bajo de inductancia y una tolerancia razonablemente pequeña para mantener una precisión global en el circuito. Aunque al bajar el valor de la resistencia sensor de corriente, disminuye la disipación de potencia, también disminuye el voltaje de salida a fondo de escala aplicado. Si la resistencia sensor es demasiada pequeña, el "offset" de entrada se puede hacer porcentualmente grande a fondo de escala. Estas dos consideraciones contradictorias tienen, por lo tanto, que ser sopesadas unas contra las otras en la selección de la resistencia apropiada para cada aplicación particular. En general, hay que seleccionar el valor más bajo de la resistencia para que no impacte substancialmente a la precisión global del circuito. Localizada la resistencia sensor y colocando un amplificador operacional cerca de la misma, ayudará también a minimizar las interferencias electromagnéticas y mantener la precisión del circuito. Aunque es posible adquirir resistencias “shunt” sensor de corriente a fabricantes como: IRC, Dale, Ultronix, Isotek, y K-tronics, que son sólo algunos de los proveedores que fabrican resistencias apropiadas para aplicaciones de sensor de corriente, es también posible hacer una resistencia sensor utilizando diversos materiales, incluyendo un trozo de una pista de circuito impreso. 8.3 Sensores de corriente por campo magnético Otras aplicaciones para los sensores magneto-resistivos de Philips son la medición de corriente eléctrica. El principio de medición de la corriente con un sensor magneto-resistivo es directo. Si una corriente, ‘i’, que fluye a través de un hilo, genera un campo magnético alrededor del mismo que es directamente proporcional a la corriente. Midiendo la intensidad de este campo magnético con un sensor magneto-resistivo, se puede determinar exactamente la corriente. La relación entre la intensidad del campo magnético ’H’, la corriente ‘i’ y la distancia ‘d’ viene dado por:
Ejemplo 1 2 3
i 2π d
Corriente (i) 10 mA 1A 1000 A Distancia (d) 0.5 mm 0.5 mm 10 mm
Campo magnético producido por una corriente a través de un hilo. Campo magnético (H) 3.18 A/m 318 A/m 15.9 kA/m
Valores para el campo magnético ‘H’ generado por una corriente ‘i’ a través de un hilo a diversas distancias ‘d’ y corrientes ‘i’. La tabla anterior indica claramente que la medición de corriente puede involucrar medición de campos magnéticos débiles o fuertes. Como que la sensibilidad de los sensores magneto-resistivos se pueden ajustar fácilmente, utilizando diferentes configuraciones y diferentes electrónicas, un sensor individual se puede optimizar para una aplicación de medición de corriente específica, una clara ventaja sobre los sensores de efecto de Hall. La precisión alcanzable en la medición de corriente utilizando sensores magneto-resistivos es altamente dependiente de la configuración de la aplicación específica. Los factores que afectan a la precisión son las tolerancias mecánicas (tales como la distancia entre el sensor y el hilo), la deriva de la temperatura y la sensibilidad de la electrónica acondicionadora. Sin embargo, con los sensores magnetorresistivos de Philips se acercan a precisiones del 1%. Hay una diferencia general en la configuración utilizada cuando se usan sensores MR para medida de corriente alterna o continua, debida a los efectos perturbadores tales como el campo geomagnético de la Tierra. Para corrientes alternas, los campos perturbadores se pueden eliminar utilizando técnicas de filtrado, mientras que para corrientes continuas, se tienen que utilizar técnicas de compensación (utilizando por ejemplo dos sensores).
Sensores – Acondicionadores - Procesadores Los sensores de Philips se pueden utilizar en un número de configuraciones diferentes para la medición de corriente. La más simple, es un único sensor cerca del hilo portador de corriente, midiendo directamente el campo generado por la corriente. La sensibilidad del sensor varía con la distancia del hilo. El sensor también se puede colocar directamente encima del conductor (una pista de un circuito impreso), dibujo de la derecha de la figura.
Medida de corriente de un conductor y de una pista de circuito impreso utilizando un sensor MR. Ambas configuraciones permiten la medición de la corriente sin tener que cortar el conductor o interferir en él, ofreciendo una ventaja sobre los sistemas basados en resistencias ‘shunt’. Se puede utilizar, por ejemplo, para medir la corriente para una detección de fallo de lámpara en vehículos o como la pinza amperimétrica (sin contacto), como las utilizadas en la industria. Un circuito típico de detección de corriente se muestra en la figura.
Circuito típico de medición de corriente con un sensor magneto-resistivo. La variación de diferentes parámetros se puede medir varios rangos de corriente. La sensibilidad también se puede aumentar enrollando el hilo varias veces a través del núcleo o aumentando la amplificación. Tipo Encapsulado Rango del Campo (Ka /m)(1) -2.0 a +2.0 -2.0 a +2.0 -7.5 a + 7.5 (V) Sensibilidad (mV/V) (kA/m) 4 4 1.5 Voltage Resistencia Linealiza de del Puente el efecto Offset MR (kΩ) (mV/V) 2.1 Si ±1.5 2.1 Si ±1.5 1.4 Si ±1.5 Aplicaciones
KMZ10B SOT195 KMZ10B1 SO8 KMZ10C SOT195
5-12 5-12 5
Medida corriente
r B(t ∝ i t ) ()
Voltaje inducido en una bobina por el cambio del campo magnético: Los cambios del campo magnético dentro de la bobina inducen una fuerza electromotriz.
µ airNL  c di(t ln    b dt 2π
Analog Devices fabrica el acondicionador de bobina Rogowski ADE7759. Buena linealidad. Baja linealidad. Para analizar el funcionamiento de la bobina Rogowski primero hay que ver repasar algunos efectos de la corriente y el campo magnético.1º produce un error en la facturación. Consumo medio. La magnitud del campo magnético es directamente proporcional a la corriente. pero es más barato. Bueno para altas corrientes. Bajo costo.
r dB(t ) EMF ∝ dt
Combinando las dos formulas anteriores da El voltaje de salida es proporcional a di/dt. Tiene todas las ventajas del Transformador de Corriente. Efectos Alta disipación de potencia en forma de calor. Buena linealidad. Un desfase de 0. Necesidad de aislamiento galvánico. La fuerza electromotriz es un voltaje y es proporcional a los cambios del campo magnético dentro de la bobina. se forma un campo magnético alrededor del mismo. Proporciona aislamiento.4 Bobina Rogowsky La bobina Rogowski se basa en un modelo simple. No está aislado. Bajo consumo Son más caros. Tiene problemas de saturación DC. Capaz de medir altas corrientes. Se necesita emparejar la fase. Inmune al problema de la saturación DC. Es difícil tener un integrador que sea muy estable con el tiempo. No útiles para grandes corrientes. Necesita un integrador. Baja disipación comparada con la del Shunt. Sensor de Corriente Shunt Características De 100 a 500µΩ. Inmune a la saturación DC. un inductor con inductancia mutua con la corriente primaria.Sensores – Acondicionadores . Variación alta con la temperatura
Transformador de Corriente Bobina Rogowski (Sensor di/dt) Efecto Hall
.Procesadores 8. Campo magnético inducido por un conductor: Cuando pasa una corriente a través de un conductor.
Estos circuitos pueden mandar las medidas digitalizadas a un microcontrolador.
El siguiente esquema muestra otro circuito que además de medir la corriente y la tensión. la RTC.com
. especialmente preparado para la medición de energía y captura de señal formado por 6 canales con entrada diferencial con amplificador de ganancia programable. http://www.analog. con unos completos circuitos acondicionadores de señal como la familia ADE775x de Analog Devices. se puede medir la potencia energética. utilizando el software PsoC Designer gratis desde la web: www. convertidor sigma/delta de 16 bits. que se denomina AMR (Automatic Meter Reading).Procesadores 8. preparado para ser conectado a un DSP. procesa la medición dando como resultado unos impulsos proporcionales a la potencia para atacar directamente a un contador de energía mecánico. es posible integrar en él una EEPROM. un driver LCD (16x2) y driver de IRDA. con los módulos de usuario configurables del PsoC.cypressmicro.com/energymeter
Usando un microcontrolador PsoC de Cypress.Sensores – Acondicionadores .5 Medición de Energía Aprovechando diversas maneras de medir la corriente y midiendo la tensión de la red eléctrica. que procesará los datos y los mostrará en un visualizador LCD y podrá enviar la lectura medida automáticamente por cualquiera de los sistemas de comunicación actuales. Analog Devices tiene un completo acondicionador de señal trifásico AD73360.
La corriente obtenida para diferentes intensidades de luz se muestra en la tabla siguiente. Ambas tecnologías pueden incorporar sensores “photogate” o “photodiode”. 2. En comunicaciones (receptores de fibra óptica). Resistivos (LDR): Varían la resistencia interna en función de la intensidad luminosa recibida. impresoras láser). Ambas tecnologías convierten la luz incidente (fotones) en carga electrónica (electrones) por el mismo proceso de foto-conversión. En óptica (auto-foco. AD546.
9. los sensores “photodiode” son más sensibles. El modo de trabajo lineal más preciso se obtiene con el sistema denominado fotovoltaico. Un amplificador operacional con entrada FET es la mejor elección para este tipo de aplicación.1 Fotodiodos Los fotodiodos generan una pequeña corriente proporcional al nivel de iluminación.Procesadores
9. de 1000 MΩ para obtener una tensión de 30 mV y para una corriente de 10 nA obtendremos una tensión de salida de 10V.Sensores – Acondicionadores .001 fc CORRIENTE 30 mA 3 mA 0. sobre todo a
. Sensores de Luz
1.1 fc 0. Sensores de Imagen CCD y CMOS: Un conjunto de sensores (píxel)
9. para valores de iluminación superiores se tendrá que reducir el valor de dicha resistencia.2 Sensores de Imagen Existen dos tipos de sensores de imagen (CCD y CMOS). 3. por ejemplo. El circuito equivalente de un fotodiodo se muestra en la figura. Algunas de las aplicaciones típicas son: En la industria (sensores de posición. ILUMINACION Sol directo Cielo nublado Anochecer Noche con Luna llena Noche sin Luna 1000 fc 100 fc 100 fc 0. En medicina (detección de rayos X. AD795 y AD645 de Analog Devices.
Circuito equivalente de un fotodiodo conectado a un opamp. con una muy baja corriente de “Bias” de hasta 1pA. Optoelectrónicos: Un fotodiodo convierte la intensidad luminosa en corriente eléctrica. lector de códigos de barras.03 mA 3000 pA 30 pA
Para detectar una corriente de 30 pA. implica poner una resistencia de realimentación en el amplificador operacional muy alta. control de flash). como el AD549. Generalmente. Entonces. analizador de partículas en la sangre). ambos son de silicio y son similares en cuanto a sensibilidad al espectro visible y cercanos al IR.
Técnicamente es factible pero sería muy caro integrar toda la circuitería de control de una cámara. 1280 x 1024 (1.400 pixels) o XGA.html?ct=hp.2.200 píxels) QQSIF 80 x 60 (4.pl Motorola con la serie MCM2xxxx http://e-www.5 Procesado y compresión de video 51
. El costo es menor por el proceso de fabricación CMOS. Pueden hacerse sensores de colores de la misma manera con ambas tecnologías.micron.
9. 1024 x 768 (786.2. rojo.2 CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor)
Los sensores de imagen CMOS detectan la luz de la misma manera que los sensores CCD.400 pixels) QCIF (Quarter Common Intermediate Format): 176 x 144 (25.336 píxels) VGA (Video Graphics Array): 640 x 480 (307.
9.com/imaging/index.Sensores – Acondicionadores .800 píxels) SVGA (Super Video Graphics Array) tienen varios formatos estándar: 800 x 600 (480.jsp?nodeId=01M938563451529 Philips con la serie OM68xx http://www. Utilizan un bajo voltaje de alimentación. Extended Graphics Array. verde.2. que es una condensada malla de electrodos de polysilicio que se forma en la superficie del sensor. Así que se necesitan varios chips para realizar una cámara con CCD.philips. Los sensores CCD son de bajo ruido. 1600 x 1200 (2-megapixel)
9.2. Permiten la integración de toda la circuitería de control en el propio chip.
9.3 Formatos de los sensores de imagen
SIF 320 x 240 (76.Procesadores la luz azul.motorola. pero necesitan voltajes de alimentación altos y el consumo es alto. normalmente cubriendo cada píxel individualmente con un color de filtro (ej. pero desde el punto vista de la detección. proporcionando una excelente calidad de imagen. El consumo es menor en los dos modos: trabajo y espera.1 CCD (Charge-Coupled Device)
La tecnología CCD tiene ahora casi 25 años y usa un especializado proceso VLSI. El acceso aleatorio permite el “pan/zoom/windowing” electrónico.3 Fabricantes de sensores de imagen
Micron con la serie MI-xxxx http://www.com/
9.000 pixels).semiconductors.com/webapp/sps/site/taxonomy.800 píxels) CIF (Common Intermediate Format): 352 x 288 (101.800 píxels) QSIF 160 x 120 (19.3-megapixel).300 píxels) QQCIF (Quarter Quarter Common Intermediate Format): 88 x 72 (6.200 pixels) QVGA (Quarter Video Graphics Array): 320 x 240 (76. azul). están mucho más avanzados que los CCD.2.
con niveles de calidad de imagen muy altos. Para mayor información: www. 9).Procesadores Los sensores de imagen están teniendo una gran expansión gracias a los mercados de las cámaras fotográficas y de video digitales. visión en automoción. La teoría del Wavelet en que están basados los ADV601.com/US/en/digital/dlc/book3/chapter1/index. Esta teoría se puso muy popular en físicas teóricas y en matemática aplicada.org/ www. como JPEG. OCR.semiconductors.machinevisiononline. video porteros) y las aplicaciones industriales (robótica.analog. se puede procesar la imagen comprimiéndola en una de serie de estándar.shtml
. pueden tener una salida de señal analógica (video compuesto) o digital (USB.Sensores – Acondicionadores .
En el caso de salida con señal analógica. que son circuitos dedicados para compresión y descompresión de video digital CCIR-601SI a 350:1 a tiempo real. JPEG: (Joint Photographic Experts Group) ISO 10918-1 M-JPEG: (Motion JPEG)
Para procesar y comprimir video digital se usan también los ADV601 y ADV601LC de Analog Devices.com www. identificación.com http://www.com http://www. Los sensores se están integrando junto con circuitería adicional de procesado.. que es está basado en la transformada de Wavelet bi-ortogonal (7. etc). cámaras de PC. utilizando el algoritmo de compresión Wavelet.kodak. Más tarde se ha visto un gran crecimiento en aplicaciones de procesado de señal y de imagen. lector de código de barras. por ejemplo). También se está integrando en algunos casos la óptica con el sensor. así como el circuito cerrado de televisión (seguridad. es explícitamente un nuevo aparato matemático introducido por Morlet y Grossman en sus trabajos de geofísica durante los años ochenta. MPEG.philips..imageprocess. imagen en aplicaciones médicas. lápices inteligentes.
con todo tipo de detalles y software. Aplicaciones: Sensor de la huella digital (Fingerprints).cs.engr.us/digital.Sensores – Acondicionadores .sjsu.org Reconocimiento Facial: www.
Organizaciones de Biometría y Forums Consorcio en Biometría: www.nl/~peterkr/FACE/face.htm NIST: www. que posteriormente procesan la imagen obtenida con un DSP para identificar los puntos necesarios para usarlos como identificación. Sensores Biométricos
Los Sensores Biométricos se basan en sensores de imagen CMOS.afb.org BioAPI Consortium (sucesor de HA-API): www.org.ibia.html Connecticut's biometric imaging project: www.dss. También hay disponible una nota de aplicación AN2382. escáner de la Retina (Iris Scans).bioapi.uk National Biometric Test Center: www.gov
. www.nist.org Asociación para Biometría. reconocimiento facial (Facial recognition).rug.biometrics. escáner de la mano (Hand geometry).ct.state.edu/biometrics International Biometric Industry Association: www.Procesadores
Motorola proporciona un diseño de referencia completo con el microprocesador ColdFire de 32 bits MCF5249 (RDM5249FINGERPRINT).
• Iónicos: Los sensores de humo iónicos se basan en una cámara iónica. sensibles al monóxido de carbono. Un fabricante es Humirel. Un fabricante es Figaro Engineering Company. con material radioactivo. Resistivos : El sensor lo forma una resistencia NPC (Negative Pollution Coefficient). que envía una alarma y dispone un driver de led y zumbador. o al propano y metano. CO y CH4. alcohol y gasolina.
12. con coeficiente de polución negativo. que se procesa a través de un circuito de Motorola que envía una alarma y además dispone un “driver” de led y de zumbador.
• Fotoeléctricos: Los sensores de humo fotoeléctricos se basan en una barrera de infrarrojos colocados en una
cámara que cuando entra humo hay una interrupción del haz de infrarrojos. Los diodos los suministra Infineon con el emisor SFH203 y el receptor SFH484. que según sea más alta la concentración de gas en el aire más disminuye dicha resistencia. que cuando entra humo en dicha cámara se produce un cambio de ionización y se procesa la señal a través de un completo circuito integrado de Motorola. 2.Procesadores
11. Los hay de diferentes tipos. Sensores de Gases
1. amoníaco. Semiconductores : La absorción de Oxigeno en la superficie del substrato varía el flujo de electrones.
.Sensores – Acondicionadores .
Los acondicionadores para este tipo de aplicación. se pueden encontrar en Analog Devices. Sensores de Conductividad
Sensores de conductividad. con lo que hay que utilizar un acondicionador de entrada de muy alta impedancia. pH.Procesadores
13. REDOX (Oxidación-Reducción). todos ellos se basan en elementos de muy alta Impedancia.
.1 Amplificador Operacional “Ideal”
Un amplificador operacional “ideal” tiene: .1. así como en Philips Semiconductors. Texas Instruments y BurnBrown (comprada por TI).2 Amplificador Operacional “Real”
Un amplificador operacional “real” tiene un conjunto de parámetros finitos que a veces se denominan como "términos de error"
. . como Analog Devices.Ningún error en DC .Impedancia de salida cero.Rechazo en modo común infinito
14. a un microprocesador o DSP. como dice su palabra prepara la señal que vamos a procesar antes de entrarla a un convertidor A/D. como los amplificadores de instrumentación.
Además se pueden encontrar en una cantidad de circuitos acondicionadores.1 Consideraciones sobres los Amplificadores Operacionales:
14.1.Sensores – Acondicionadores . 14.
También las cadenas de acondicionamiento se han ido reduciendo drásticamente y día a día hay que ir viendo los nuevos productos que compiten en coste con los “actuales” y mejoran sus prestaciones.Ganancia infinita en lazo abierto en todas las frecuencias. ST.Impedancia de entrada infinita. La alta integración de los circuitos está desplazando los montajes con muchos componentes a diminutas placas con mayor precisión en el proceso analógico. de los principales fabricantes de circuitos analógicos. empezando por el uso de amplificadores operacionales integrando varios de ellos en uno sólo. Acondicionadores
Los acondicionadores de señal. .Procesadores
Rail-to-Rail Un verdadero amplificador operacional Rail-to-Rail puede oscilar dentro de unos pocos milivoltios de alimentación.Pequeña señal / ancho de banda .High gain bandwidth product >10 MHz . El rango típico de los voltajes de offset de entrada de los amplificadores operacionales son: • Chopper < 1 µV • Bipolares de Precisión 10 . .Corriente de ruido de entrada. Ib Parámetros típicos en AC.3 Categorias de los Amplificadores
Los amplificadores operacionales se pueden clasificar en las siguientes categorías: Precisión (Precision): Están caracterizados por una baja tensión de “offset” y baja deriva del “offset” por temperatura.Tensión de ruido de entrada.Impedancia de entrada típica de centenaries de Megaohms FET (Field Effect Transistor): .Sensores – Acondicionadores .Slew rate Los valores de estos parámetros determinarán las aplicaciones para las que un amplificador está mejor preparado.Típicamente de 10 nA a 10 mA .Impedancia de entrada típica 1012 ohms Bajo ruido (Low noise) Están caracterizados por una baja densidad de tensión de ruido (<10 nV por raíz de Hz) y una baja densidad de corriente de ruido.8V a 5V).Corriente de “bias” de entrada.25 µV • Bipolares de Propósito General 50 – 500 µV • FET 50 – 1. <10pA por raíz de Hz. Los amplificadores con transistores de efecto de campo (FET) son los que tienen mejor estas características.1.Varía linearmente con al temperatura . EOS o VOS . Alta Velocidad (High speed) Están caracterizados por: . o en la entrada o en la salida o de ambos. El rango típico de corriente de “bias” según la tecnología de los amplificadores operacionales son: BJT (Bipolar Junction Transistor): .
14.Procesadores Parámetros típicos en DC.Tensión de “offset” de entrada.000 µV • Bipolares de Alta Velocidad 100 – 2. En . In .Settling times < 100 ns Alimentación única (Single supply) Los amplificadores operacionales se usan en aplicaciones de muy bajo consumo (5µA a 150µA) y bajo voltaje (1.000 µV Baja corriente de “bias” (Low bias current) Están caracterizados por una muy baja corriente de “bias” y una muy alta impedancia de entrada.Slew rates > 50 V/ms .Típicamente << 1 pA .Dobla por cada 10ºC de incremento en temperatura . .
Microcontroladores: Todos los fabricantes de microcontroladores incluyen periféricos con ADC (Convertidores A/D de 8.
Actualmente se integran convertidores AD de precisión en un microcotrolador. como Amplificadores Operacionales. tanto analógicos como digitales y especialmente se hace referencia a los bloques analógicos que se pueden programar. Comparadores. Philips. 10 o hasta 12 bits) como Hitachi. Pero un caso especial es el de Cypress que ha entrado en la cuarta generación de microcontroladores. Hay muchos a la hora de elegir y se tendrán en cuenta sus características para tener una aplicación adecuada. Motorola. Además se tiene que tener en cuenta el consumo y por supuesto el precio. después se tendrá en cuenta en número de bits y la velocidad de proceso que ha de tener el procesador y por último los periféricos que además deben de contener. especialmente dedicados para la adquisición de señal. ST y Texas Instruments. de Aproximaciones Sucesivas.Procesadores
15. Procesadores en un sistema de adquisición de señal
Una vez vistas la función de los acondicionadores. Convertidores Analógicos Digitales del tipo Sigma/Delta. Hasta los más recientes microcontroladores Flash de Motorola de 8 bits y 8 pins incluyen un ADC de 8 bits. como los Microconverters de Analog Devices y los de Texas Instruments. podemos ver los procesadores avanzados (que incluyen periféricos de precisión para adquisición de datos) que se pueden utilizar dentro de un sistema de adquisición de señal y sobre todo.Sensores – Acondicionadores . con los que se puede integrar un sistema de adquisición de señal completamente integrado. Primero hay ver los tipos de procesadores que se pueden escoger. desarrollando un microcontrolador con periféricos programables. los microcontroladores o los DSP.
DSP Silica es distribuidor de los tres principales fabricantes de DSP.
. especialmente diseñados para el control de motor principalmente. Los DSP incluyen periféricos con ADC de alta precisión y alta velocidad.Sensores – Acondicionadores . Motorola y Texas Instruments. que incluye convertidores A/D de 10 bits.
También el siguiente ejemplo de un medidor de energía con un DSP de Motorola. Analog Devices.
philips.com www. Para más información visitar: www.onsemi.ads.com www.com www.com www.com www.xicor.mot-sps.com www.st.com www.Procesadores
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