Acondicionador de señal para un adquisidor de datos

[adriansi11]

Hola qué tal? Estoy haciendo un adquisidor de datos como trabajo final para recibirme en la uni y necesito diseñar las etapas de acondicionamiento de señal para varios sensores (termopares, NTC, sensores de presión), y la duda que tengo es respecto a qué se suele hacer para cumplir con la precisión deseada, por ejemplo +-1°C. Las alternativas que se me ocurren son dos:

1. diseñar el circuito acondicionador con componentes comunes (no de precisión) y dos potenciómetros, uno de ajuste de ganancia y otro de offset y luego calibrar con instrumento patrón.
2. diseñar el acondicionador con componentes de precisión de modo que la suma de todos los errores que introduce cada etapa quede dentro de la banda de error máxima admisible. En este ejemplo, que la suma de todos los errores, en el peor de los casos, sea menor o igual a 1°C, de modo que no serían necesarios los potes de ajuste de ganancia y offset. Para eso usaría resistencias de 1% y bajo coeficiente de temperatura, amplificadores operacionales de precisión (bajo offset), etc.

En un principio, luego de estudiar bien los datasheets , seleccioné todos los componentes para la segunda alternativa y, sumando todos los errores, en teoría cumplo con la precisión y me independizo de los potenciómetros y todo el proceso de calibración. El tema es que me piden que no lo haga así sino como la alternativa 1 (con componentes comunes y dos potenciómetros para calibración de ganancia y offset), para lo cual todo el trabajo que hice hasta ahora habría sido en vano....
Creo que los dos caminos son válidos, pero quisiera saber qué es lo que se estila o qué es lo correcto en este tipo de diseños. Me parece raro que en la Uni no valoren el trabajo que ya hice para la alternativa 2 y tenga que echar todo a la basura y empezar de nuevo... Desde ya agradezco sus comentarios!!

 

[pandacba]

Bien que has conseguido que llevas echo, que elección de materials llevas realizado, bosquejo de tu idea de com lo realizarias para cada caso, que utilizarias, que has investigado al respecto?

 

[Gudino Roberto duberlin]

Hola, cómo corriges la linealidad del termopar?

 

[Scooter]

Publica lo que has hecho porque hay varias formas de acondicionar señales.

 

[Eduardo]

... Las alternativas que se me ocurren son dos:

1. diseñar el circuito acondicionador con componentes comunes (no de precisión) y dos potenciómetros, uno de ajuste de ganancia y otro de offset y luego calibrar con instrumento patrón.
2. diseñar el acondicionador con componentes de precisión de modo que la suma de todos los errores que introduce cada etapa quede dentro de la banda de error máxima admisible. En este ejemplo, que la suma de todos los errores, en el peor de los casos, sea menor o igual a 1°C, de modo que no serían necesarios los potes de ajuste de ganancia y offset. Para eso usaría resistencias de 1% y bajo coeficiente de temperatura, amplificadores operacionales de precisión (bajo offset), etc.

Esas alternativas NO son equivalentes.

- En la (1.) la salida resulta exacta (Bah... dentro de una tolerancia dada) para las especificaciones de entrada/salida dadas.
Lo de componentes comunes comunes no lo es tanto. Según la tolerancia, la temperatura ambiente juega un factor importante --> los potenciómetros no deben ser potenciómetros ni presets con pista de carbón sino los tipo Trimpot con pista de cermet, las resistencias al 1% las que justifique y en los operacionales mas que bajo offset, bajo drift.

- En la (2.) no importa si las resistencias son al 1% o 1ppm La salida va a resultar aproximada a la especificación porque salvo casualidades numéricas, no van a existir comercialmente los valores necesitados.
Si por ejemplo, en una medición de temperatura con PT100 te especifican una salida de 2.5V+10mV/°C @25°C pues calculá qué resistencias te dan esa ganancia y offset.
Otra cosa es si el acondicionador es genérico de ganancias 10,100,etc y offsets fijos --> ahí sí van resistencias fijas toda la vida.

En un principio, luego de estudiar bien los datasheets , seleccioné todos los componentes para la segunda alternativa y, sumando todos los errores, en teoría cumplo con la precisión y me independizo de los potenciómetros y todo el proceso de calibración.

Te independizás durante la fabricación del acondicionador y si se trata de ganancias genéricas es una buena elección, pero si no, tenés que proporcionar las constantes para la corrección de la lectura. Decirle a un cliente-dinosaurio "tiene hacer reprogramar el PLC con estos valores" no tendrá feliz acogida.

El tema es que me piden que no lo haga así sino como la alternativa 1 (con componentes comunes y dos potenciómetros para calibración de ganancia y offset), para lo cual todo el trabajo que hice hasta ahora habría sido en vano....
Creo que los dos caminos son válidos, ...

Como te dije antes, no son equivalentes. El (1) es apropiado para tener una salida "lista para usar" , mientras que la (2), salvo casualidades, necesitará una corrección por software, que en casos de sensores muy alineales es indispensable.

 

[adriansi11]

Antes que nada muchas gracias por sus comentarios y perdón por no haber contestado antes, pasa que estos días estuve con bastante trabajo... El adquisidor que estoy diseñando mide una temperatura con un termopar, entre otras variables que ya las tengo solucionadas. Para el ADC y la comunicación con la PC por USB uso un PIC 18F4550, y en la PC implementé una interfaz gráfica con Labview. Volviendo al circuito del acondicionador, aquí les adjunto una captura de como lo tuve que rediseñar ahora, según la opción 1, con presets para calibración de ganancia y offset:

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Usé un AD8494 que es un amplificador de instrumentación calibrado para termopar J y que incluye compensación de junta fría. Aparte agregué una etapa amplificadora no inversora para que en el rango de temperatura que quiero medir cubra de 0 a 5V para aprovechar al máximo el conversor ADC del PIC. A la corrección de offset la hago desde la entrada REF del AD8494, ya que es para eso esa entrada, y la corrección de ganancia la hago con un preset en las resistencias de ganancia.
Y aquí el mismo circuito pero como lo había diseñado originalmente según la opción 2, con componentes de precisión para evitar los presets de calibración.

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Esas alternativas NO son equivalentes.

- En la (1.) la salida resulta exacta (Bah... dentro de una tolerancia dada) para las especificaciones de entrada/salida dadas.
Lo de componentes comunes comunes no lo es tanto. Según la tolerancia, la temperatura ambiente juega un factor importante --> los potenciómetros no deben ser potenciómetros ni presets con pista de carbón sino los tipo Trimpot con pista de cermet, las resistencias al 1% las que justifique y en los operacionales mas que bajo offset, bajo drift.

Claro, por su puesto. En este caso para las resistencias de ganancia del amplificador no inversor usé del 5% porque igual se puede compensar los errores de ganancia con el preset.

- En la (2.) no importa si las resistencias son al 1% o 1ppm La salida va a resultar aproximada a la especificación porque salvo casualidades numéricas, no van a existir comercialmente los valores necesitados.
Si por ejemplo, en una medición de temperatura con PT100 te especifican una salida de 2.5V+10mV/°C @25°C pues calculá qué resistencias te dan esa ganancia y offset.
Otra cosa es si el acondicionador es genérico de ganancias 10,100,etc y offsets fijos --> ahí sí van resistencias fijas toda la vida.

Entiendo, como los valores calculados no me coincidían con los comerciales, usé los comerciales más próximos, y recalculé la ganancia según los valores comerciales, como para hacer la conversión de Voltios a °C en el software con esa nueva ganancia. Así todo usé componentes del 1% para asegurarme que la ganancia real no se aleje tanto de la teórica y el error esté dentro de las especificaciones.

Como te dije antes, no son equivalentes. El (1) es apropiado para tener una salida "lista para usar" , mientras que la (2), salvo casualidades, necesitará una corrección por software, que en casos de sensores muy alineales es indispensable.

Claro , mi caso sería ese último, ya que hago la conversión de voltios a °C en el Labview. Por lo que me indicás entiendo que las dos opciones son válidas, por eso no entiendo porqué me pidieron rehacer todo según la opción 1 cuando ya tenía todo calculado para la opción 2... Quizá porque usando los presets de calibración no hay que hacer tantos cálculos de propagación de errores (fueron bastantes), pero bueno, YA TENÍA TODO CALCULADO ..

Hola, cómo corriges la linealidad del termopar?

El AD8494 hace una aproximación lineal, te tira una tensión que varía en forma lineal con la temperatura, pero es una aproximación. Si querés el valor más preciso teniendo en cuenta la alinealidad del termopar podés usar tablas de interpolación o las funciones polinómicas que publica la NIST y programarlo en el software
ITS-90 Table for Thermocouples Coefficients of Approximate Inverse Functions
https://www.omega.com/techref/pdf/z198-201.pdf