Instrumentos electrónicos de medida

Instrumentos electrónicos de medida

Para una completa comprención de como funcionan y la confiabilidad de un instrumento de medida, el fabricante de dicho instrumento proporciona una hoja de especificaciones o "Datasheet" en el que podemos encontrar el número de digitos en los que representa la medida, la resolucion, el rango de valores en los que puede operar el instrumento, impedancia de entrada, factor de escala, entre otras que se aclararán más adelante.

Antes de adquirir un instrumento de medición, debemos antes conocer su hoja de especificaciones para determinar si este es idoneo para desarrolar la tarea en el que necesitamos que se desenvuelva correctamente, por ejemplo, si vamos a medir voltajes superiores a 200V D.C. y en la hoja de especificaciones del instrumento que nos ofrece el vendedor nos informa que puede medir hasta voltajes de 100V D.C. es mejor no adquirir dicho instrumento.

Rango: Son las distintas escalas que tiene el instrumento con el fin de dar una lectura adecuada con la mejor resolución establecida.

Resolución: Es el menor cambio de la variable que se necesita para que el instrumento muestre un cambio a la salida, por ejemplo, si un voltímetro tiene una resolucion de 10mV en determinado rango, y el voltaje de entrada cambia de 210mV a 217mV, el instrumento mostrala la misma salida, a menos de que el voltaje cambie de 210mV a 220mV.

Factor de escala: Es la razón del rango en el que el instrumento esta ubicado y el número de rangos que tiene el instrumento.

Número de digitos: Un instrumento electrónico digital, representa el mesurado de una variable por medio de digitos, generalmente cada digito suele ser un display de siete segmentos, entonces podria decirce que el número de digitos es el número de displays de siete segmentos con los que cuenta el instrumento.

Impedancia de entrada: Generalmente, en circuitos electrónicos, se necesita medir variables, pero cuando disponemos de un instrumento de medida que necesite ser parte del circuito para mostrar el mesurado, necesitamos que dicho instrumento afecte en menor medida el circuito, en la hoja de datos se debe especificar como conectar el instrumento para medir determinada variable, si se conecta en paralelo, la impedancia de entrada tiene que ser supremamente alta, y si por el contrario, se conecta en serie, la impedancia de entrada tiene que se supremamente baja.

Condiciones ambientales de uso:  Para que el instrumento opere de manera correcta, este debe someterse a condiciones ambientales adecuadas especificadas por el fabricante, para que el mesurado no se vea afectado.

Precisión: Es el mayor error permitido, expresado como un porcentaje o un valor
absoluto.

Con el fin de un ejemplo de una hoja de datos, seleccionamos el instrumento "UT33C" cuyo fabricante es "UNI-T", el manual se puede encontrar en el este link.
 

En la hoja de especificaciones de este intrumento, el fabricante nos informa que el multimetro cuenta con 3 + 1/2 digitos, quiere decir que el instrumento cuenta con 4 displays de siete segmentos, pero el cuarto de dechera a izquierda solo permite mostrar 1 o 0, los otros digitos de 0 a 9, esto quiere decir que el valor maximo que puede mostrar el instrumento sera de 1999.

En las especificaciones de los mesurados, tenemos voltaje DC, voltaje AC, corriente DC, resistencia, diodos y continuidad, temperatura (UT33C), Test de bateria (UT33B) y onda adecuada de salida (UT33D).

En las especificaciones del voltaje AC, nos encontramos con que tiene 5 escalas, cuyos rangos son de 200mV, 2000mV, 20V, 200V y 500V, al frente de cada escala nos muesta la resolución y despues la precisión. Tambien podemos encontrar la temperatura y la humedad relativa en la que opera el dispositivo, la resolución y la ecuación de la resolucion y en la parte inferior, la impedancia de entrada.

Cuando usamos una escala mayor a la adecuada, perdemos presición en el mesurado, por ejemplo, si queremos medir en voltaje de 1.264V DC, la escala ideal será para este multimetro de 2000mV, y no se mostrara en V sino en mV.

Tambien se especifica una ecuación en cuanto a la temperatura, generalmente a esta ecuación se le llama "Coeficiente de temperatura"; cuando la temperatura se encuentra por de bajo, o supera el rango especificado, la precisión sufre un cambio con respecto a la ecuación, por ejemplo, en cuanto al multímetro usado como ejemplo, la ecuación del coeficiente de temperatura es la siguiente:

 

Lo que nos dice esta ecuación, es que se toma la ecuación de precisión normal y se multiplica por 0.1 y se divide por el número de grados centigrados, despues le sumamos el resultado a la ecuación de precisión verdadera, para obtener nuevos valores apropiados de a y b para la temperatura a la que se encuentra la medida. Como se ilustra en la grafica siguiente:

En la pagina 29 de las especificaciones, encontramos especificaciones generales del instrumento, como velocidad del mesurado, temperatura, humedad relativa, maximo valor del display, entre otras.

Puntas de prueba:

En las sondas de osciloscopios (o puntas de prueba), nos encontramos con un selector de ganancia, el circuito para realizar a atenuación, en realidad es un filtro pasa bajas poco selectivo, y lo que normalmente se selecciona son las frecuencias de corte; existen puntas de prueba activas y pasivas.

La gráfica de impedancias respectoa frecuencia seria de la siguiente forma:

Amplificador de Instrumentación

Instrumentación electrónica

Amplificador de Instrumentación

 Un amplificador de instrumentación contra de tres amplificadores operacionales y varias resistores. los fabricantes de circuitos integrados proporcionan estos circuitos en un solo chip y los encapsulan como si fuesen un solo dispositivo. Sus caractrísticas comunes son alta impedancia de entrada (típicamente de 300 Mohm), elevada ganancia de voltaje y excelente RRMC (típicamente mayor de 100dB). Los amplificadores de instrumentación suelen usarse en sistemas de adquisición de datos en los cuales se requiere la detección a control remoto de variables de entrada.

Operación básica:

En la figura se muestra una versión simplificada de un amplificador de instrumentación. los amplificadores operacionales A1 y A2 son etapas amplificadas no inversoreas que proporcionan alta impedancia de entrada y alta ganancia devoltaje. El amplificador operacional A3 es un amplificador con ganancia unitaria. Cuando RG se conecta externamente, como generalmente se hace en los circuitos empaquetados por los fabricantes, el amplificador operacional A1 recibe la señal de entrada diferencial V1 en su entrada no inversora y la amplifica con una ganancia de (1 + RF1/RG). El amplificador operacional A1 recibe tambienla señan de entrada V2 a travéz del amplificador operacional A2, RF2 y RG. V2 aparece sobre la entrada inversora del amplificador operacional A1 y es amplificado por una ganancia de RF1/RG. Además, se amplifica el voltaje en modo común en la entrada no inversora por la ganancia en modo común de A1. El voltaje de salida del amplificador operacional A1 es como sigue:

 Vsal1=(1 + RF1/RG)V1 - (RF1/RG)V2

Es posible aplicar un análisis semejante al amplificador operacional A2, obteniéndose la siguiente expresión:

Vsal2=(1 + RF2/RG)V2 - (RF2/RG)V1

 

El voltaje de entrada diferencial al amplificador operacional A3 es Vsal2 - Vsal1:

Vo=(1 + RF1/RG + RF2/RG)(V2 - V1)

Para RF1=RF2=RF:

Vo=(1 + 2RF/RG)(V2 - V1)

 

La ganancia en lazo cerrado es:

Acl = 1 + 2RF/RG

 La ecuación anterior muestra que la ganancia en modo diferencial del amplificador de instrumentación puede establecerse por medio del valor de RG, RF1 y RF2, suelen ser internos al chip del circuito integrado y su valor es fijado por el fabricante. por ejemplo, para el LH0036, RF1 = RF2 = 25Kohm.

Reordenando la ecuacion Acl, se obtiene una expresión para calcular el valor de RG necesario para un valor deseado de ganancia en lazo cerrado si se conoce RF.

Acl = (RG + 2RF)/RG

Acl*RG = RG + 2RF

RG = 2RF/(Acl - 1)

Aplicaciones:

El amplificador de instrumentación se usa normalmente para medir pequeños voltajes en modo diferencial de la señal, que se superponen a un voltaje en modo común, a menudo mayor que el voltaje de la señal. Las aplicaciones incluyen comúnmente una situación donde se mide una cantidad mediante un dispositivo sensor remoto (transconductor) y la pequeña señal eléctrica resultante se envia sobre una línea larga, sujeta a grandes voltajes en modo común. El amplificador de instrumentación al final se la línea debe amplificar la señal pequeña y rechaza el gran voltaje en modo común, como se ilustra en la figura anterior.

INFORMACIÓN TOMADA DE
Dispositivos electrónicos
Thomas Floyd
Capitulo 14

Puentes de medición

Instrumentos electrónicos de medición

Puentes de medición DC:

  Puente de Wheatstone:

 La forma basica del puente de Wheatstone tiene una fuente de c.c. y cada uno de los cuatro brazos del puente es una resistencia. Las 4 resistencias (o brazos) se ajustan de tal manera, que la salida de la diferencia de potencial Vo sea cero, para que esto se cumpla, la siguiente igualdad debe coincidir:

& 

Así que:

 

 Puente de Kelvin:

Proporciona un gran incremento en la axactitud de la medida de las resistencias de bajo valor, según la imagen, R5 y R6, son las resistencias de pequeño valor que se usan como elementos de comparacion,  y R7 es la resistencia desconocida, la condicion de equilibrio se debe cumplir la siguiente ecuación:

 

Puente Doble de Kelvin:

 Una modificacion del puente de Wheatstone que puede ser utilizada para la medida de resistencias de pequeño valor, inferiores a 1 ohm, es el puente doble de kelvin. Con las pequeñas resistencias es necesario obener una definicion precisa de la resistencia medida mediante resistencias de cuatro terminales, dos de estas terminales definen los puntos entre los que se suministra la corriente y los otros dos terminales determinan la diferencia de potencial. Las resistencias R3, R4, RR3 y RR4 son R3 y RR3 o R4 y RR4 variables con la relacion entre sus resistencias según: 

 

Puentes de medición AC:

 Puente de Maxwell:

Se utiliza para la determinacion de la inductancia y la resistencia de los inductores y es utilizado, sobre todo, para aquellos que tienen un factor de Q medio, es decir, entre 1 y 10. Para escribir la ecuacion de equilibrio, el primer paso es escribir cada impedancia en notacion compleja, por tanto:

Asi pues, para las impedancias en equilibrio, tendremos:

El factor Q se calculara de la siguiente forma:

 Puente de Hay:

Se utiliza para la determinacion de la inductancia y resistencia de inductores y se utiliza, sobre todo, para aquellos que tienen un factor Q elevado, es decir, mayor de 10. El puente difiere del puente de Maxwell en que tiene una resistencia variable en serie con el condensador en logar de un paralelo. Al igual en el puente de Maxwell, para mayor facilidad, se denotan los capacitores y los inductores en forma de impedancias, asi, la ecuacion que permite balancear el circuito es la siguiente:

Puente de Wien:

Se utiliza para la medida de condensadores cuando están consideradon como una capacidad pura en paralelo con un resistencia. El puente tambien se utiliza en osciladores como el circuito dependiente de la frecuencia. Las condiciones de equilibrio se derivan de la misma forma que los puentes anteriores, y son: 

Puente de Schering:

Se utiliza para la medida de condensadores en terminos de una capacidad pura en serie con una resistencia y, generalmente, se utiliza para condensadores con factores de disipacion muy bajos. Las condiciones de equilibrio se derivan de la misma manera que para olos puentes anteriores, y son:

• Información extraida de :
  

  Mediciones y Pruebas Eléctricas y Electrónicas - William Bolton