Introducción INSTRUMENTACIÓN. PRÁCTICA 1 Medidas de tensión eléctrica y circuitos potenciométricos Los circuitos potenciométricos se emplean frecuentemente para convertir las variaciones de impedancia (resistencia, inductancia, capacitancia) de un transductor en una variación de la tensión o de corriente eléctrica. Constituyen por lo tanto el primer eslabón en la mayoría de los sistemas de acondicionamiento de señales. Cuando se diseña o se debe seleccionar un circuito potenciométrico para el acondicionamiento de señales, existen propiedades y características del circuitos tales como la sensibilidad y la resolución del circuito, la impedancia, la linealidad y la histéresis de la señal de salida (la tensión eléctrica) que deben ser convenientemente analizadas. Objetivos Los objetivos del presente trabajo práctico son introducir al alumno en las técnicas y procedimientos utilizados para la medida de la tensión eléctrica en circuitos potenciométricos y en la determinación de las propiedades mas relevantes de tales circuitos. Circuito potenciométrico y aparatos de medida Para el desarrollo de la práctica se utilizará un circuito potenciométrico constituido por una fuente de 5 voltios de tensión continua (Ve), 4 resistencias variables de a KΩ (R1 R2, R3 y R4) y una resistencia fija de KΩ (R). Además de la fuente y las resistencias, integran el circuito 3 terminales de salida (A, B y C) para la medida de la tensión eléctrica y dos llaves de dos puntos (I y II) mediante las cuales se puede modificar la configuración del circuito. En la figura se muestra un esquema del circuito. En el circuito que se empleará, las resistencias variables R1 y R2 son complementarias de manera que cuando una de ellas aumenta la otra disminuye en igual medida. En nuestro caso se cumple que R1+R2=cte=KΩ. Lo mismo ocurre con las resistencias R3 y R4. Para medir la tensión diferencial (tensión de salida) entre los distintos terminales de salida se emplearán: a) un voltímetro analógico con un rango medida de a voltios, una resolución de.5 voltios y una impedancia interna de KΩ y b) un sistemas de adquisición de datos por ordenador basado en una tarjeta de 12 bits y GΩ de impedancia de entrada. Configuración del circuito Modificando la posición de las llaves I y II se pueden obtener distintas configuraciones del circuito. En la tabla 1 se describen las tres configuraciones que se utilizarán en la práctica. En la misma se indica la posición de las llaves I y II y los terminales que se emplearán para medir la señal de salida Vs. En todos los casos se tomará como variable interna del circuito la resistencia R1. Configuración Posición llaves I y II Terminales Variable Llave I Llave II tensión de salida interna C1 2 2 A y B R1 C2 2 1 A y B R1 C3 1 1 B y C R1 Página 1
Circuito C1 a) Identificar el tipo de circuito. b) Determinar la curva de transferencia (expresión teórica que relaciona la diferencia de tensión Vs entre los terminales de salida en función del valor de la resistencia R1). c) Calcular los valores límites de la señal de salida. d) Determinar la curva de calibración de la señal de salida y compararla con la curva de transferencia. Para la obtención de la curva de calibración se recomienda medir la señal de salida para incrementos de la resistencia R1 de KΩ a partir de R1=. Para medir la señal de salida se emplearán un voltímetro analógico y el sistema de adquisición de datos (con cada uno de ellos se determinará una curva de calibración diferente). e) Determinar Histéresis en la señal de salida. f) Determinar la Linealidad. g) Calcular la Resolución la Sensibilidad y la Impedancia de salida del circuito. h) Teniendo en cuenta la impedancia interna del aparato de medida calcular el error debido al fenómeno de carga que se produce al acoplar el aparato de medida con el circuito. Página 2
Tipo de circuito: Esquema Circuito C1 Subida R (KΩ) V analógico V digital V teorico 4 6 7 9 Bajada R (KΩ) V analógico V digital V teorico 4 6 7 9 Página 3
Circuito C2 i) Identificar el tipo de circuito. j) Determinar la curva de transferencia (expresión teórica que relaciona la diferencia de tensión Vs entre los terminales de salida en función del valor de la resistencia R1). k) Calcular los valores límites de la señal de salida. l) Determinar la curva de calibración de la señal de salida y compararla con la curva de transferencia. Para la obtención de la curva de calibración se recomienda medir la señal de salida para incrementos de la resistencia R1 de KΩ a partir de R1=. Para medir la señal de salida se emplearán un voltímetro analógico y el sistema de adquisición de datos (con cada uno de ellos se determinará una curva de calibración diferente). m) Determinar Histéresis en la señal de salida. n) Determinar la Linealidad. o) Calcular la Resolución la Sensibilidad y la Impedancia de salida del circuito. p) Teniendo en cuenta la impedancia interna del aparato de medida calcular el error debido al fenómeno de carga que se produce al acoplar el aparato de medida con el circuito. Página 4
Tipo de circuito: Circuito C2 Esquema R (KΩ) V analógico V digital V teorico 4 6 7 9 Página 5
Circuito C3 q) Identificar el tipo de circuito. r) Determinar la curva de transferencia (expresión teórica que relaciona la diferencia de tensión Vs entre los terminales de salida en función del valor de la resistencia R1). s) Calcular los valores límites de la señal de salida. t) Determinar la curva de calibración de la señal de salida y compararla con la curva de transferencia. Para la obtención de la curva de calibración se recomienda medir la señal de salida para incrementos de la resistencia R1 de KΩ a partir de R1=. Para medir la señal de salida se emplearán un voltímetro analógico y el sistema de adquisición de datos (con cada uno de ellos se determinará una curva de calibración diferente). u) Determinar Histéresis en la señal de salida. v) Determinar la Linealidad. w) Calcular la Resolución la Sensibilidad y la Impedancia de salida del circuito. x) Teniendo en cuenta la impedancia interna del aparato de medida calcular el error debido al fenómeno de carga que se produce al acoplar el aparato de medida con el circuito. Página 6
Tipo de circuito: Circuito C3 Esquema R (KΩ) V analógico V digital V teorico 4 6 7 9 Página 7