Sensores Y Acondicionadores De Señal

Sensores Y Acondicionadores De Señal
Pallas Areny, Ramon

Los objetivos de estas prácticas son: que el estudiante utilice algunos sensores; que interprete sus especificaciones; que diseñe acondicionadores de señal para realizar medidas específicas desde una perspectiva de sistema; que interprete algunas de las especificaciones de los componentes empleados y sepa juzgar sobre su adecuación a la finalidad deseada; que resuelva problemas de interferencias en el diseño de acondicionadores de señal; y que se ejercite en el arte de medir correctamente empleando los instrumentos electrónicos ordinarios. A través del uso, también se familiarizará con los formatos de presentación de esquemas de las herramientas de diseño de circuitos impresos con ordenador.


ÍNDICE

• Introducción a los sistemas de medida. 
• Sensores resistivos. 
• Acondicionadores de señal para sensores resistivos
• Sensores de reactancia variable y electromagnéticos. 
• Acondicionadores de señal para sensores de reactancia variable. 
• Sensores generadores. 
• Acondicionadores de señal para sensores generadores. 
• Sensores digitales. 
• Sensores inteligentes e instrumentación digital
• Apéndice. 

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ÍNDICE GENERAL

• Introducción a los sistemas de medida. Conceptos generales y terminología. Sistemas de medida. Transductores, sensores y accionamientos. Acondicionamiento y presentación. Interfaces, dominios de datos y conversiones. Tipos de sensores. Configuración general entrada-salida. Interferencias y perturbaciones internas. Técnicas de compensación. Características estáticas de los sistemas de medida. Exactitud, fidelidad, sensibilidad. Otras características: linealidad, resolución. Errores sistemáticos. Errores aleatorios. Características dinámicas de los sistemas de medida. Sistemas de medida de orden cero. Sistemas de medida de primer orden. Sistemas de medida de segundo orden. Características de entrada: impedancia. Sensores primarios. Sensores de temperatura: bimetales. Sensores de presión. Sensores de flujo y de caudal. Sensores de nivel. Sensores de fuerza y par. Materiales empleados en sensores. Conductores, semiconductores y dieléctricos. Materiales magnéticos. Técnicas de preparación de materiales para microsensores. Técnicas de película gruesa. Técnicas de película fina. Micromecanizado.
• Sensores resistivos. Potenciómetros. Galgas extensométrícas. Fundamento: efecto piezorresistivo. Tipos y aplicaciones. Detectores de temperatura resistivos (RTD). Termistores. Modelos. Tipos y aplicaciones. Linealización. Magnetorresistencias. Fotorresistencias (LDR). Higrómetros resistivos. Resistencias semiconductoras para detección de gases.
• Acondicionadores de señal para sensores resistivos. Medida de resistencias. Divisores de tensión. Potenciómetros. Aplicación a termistores. Medidas dinámicas. Puente de Wheatstone. Medidas por comparación. Puente de Wheatstone. Medidas por deflexión. Sensibilidad y linealidad. Linealización analógica de puentes de sensores resistivos. Calibración y ajuste de puentes de sensores. Medidas diferenciales y medias. Compensaciones. Alimentación del puente de Wheatstone. Alternativas para la detección en el puente de Wheatstone. Amplificadores de instrumentación. Amplificadores diferenciales. Amplificador de instrumentación basado en dos AO. Amplificador de instrumentación basado en tres AO. Amplificadores de instrumentación monolíticos. Interferencias. Tipos de interferencias y su reducción. Puesta a masa de circuitos de señal. Puesta a masa de blindajes. Amplificadores de aislamiento.
• Sensores de reactancia variable y electromagnéticos. Sensores capacitivos. Condensador variable. Condensador diferencial. Sensores inductivos. Sensores basados en una variación de reluctancia. Sensores basados en corrientes de Foucault. Transformadores diferenciales (LVDT). Transformadores variables. Sensores magnetoelásticos. Sensores basados en el efecto Wiegand. Sensores electromagnéticos. Sensores basados en la ley de Faraday  Sensores basados en el efecto Hall.
• Acondicionadores de señal para sensores de reactancia variable. Problemas y alternativas. Puentes y amplificadores de alterna. Sensibilidad y linealidad. Linealización analógica de puentes capacitivos. Amplificadores de alterna. Desacoplamiento. Blindajes electrost áticos. Guardas activas. Convertidores de señal alterna-continua. Amplificadores de portadora y detección coherente. Fundamento y estructura del amplificador de portadora. Detectores de fase. Aplicación al LVDT. Acondicionadores específicos para sensores capacitivos. Convertidores resolver a digital y digital a resolver. Convertidores sincro-resolver. Convertidores digitales a resolver (D/R). Convertidores resolver a digital (R/D).
• Sensores generadores. Sensores termoeléctricos: termopares. Efectos termoeléctricos reversibles. Tipos de termopares. Normas de aplicación práctica para los termopares. Compensación de la unión de referencia en circuitos de termopares. Sensores piezoeléctricos. Efecto piezoeléctrico. Materiales piezoeléctricos. Aplicaciones. Sensores piroeléctricos. Efecto piroeléctrico. Materiales piroeléctricos. Radiación: leyes de Planck, Wien y Stefan-Boltzmann. Aplicaciones. Sensores fotovoltaicos. Efecto fotovoltaico. Materiales y aplicaciones. Sensores electroquímicos.
• Acondicionadores de señal para sensores generadores. Amplificadores con bajas derivas  Desequilibrios y derivas en amplificadores operacionales. Amplificadores operacionales con autocorrección de la deriva. Amplificadores compuestos. Desequilibrios y derivas en amplificadores de instrumentación. Amplificadores electrométricos. Amplificadores de transimpedancia. Electrómetros logarítmicos. Electrómetros con puente de varactores. Medida de corrientes débiles mediante integración. Precauciones en el diseño de circuitos electrométricos. Amplificadores de carga. Ruido en amplificadores. Ruido en amplificadores operacionales. Ruido en amplificadores de instrumentación. Derivas y ruido en resistencias. Derivas en resistencias. Derivasen resistencias variables (potenciómetros). Ruido en resistencias.
• Sensores digitales. Codificadores de posición. Codificadores incrementales. Codificadores absolutos. Sensores autorresonantes. Sensores basados en resonadores de cuarzo. Galgas acústicas. Sensores basados en cilindros vibrantes. Sensores basados en dispositivos de ondas superficiales (SAW). Caudalímetros de vórtices (digitales). Otros métodos de detección. Sensores basados en uniones semiconductoras. Termómetros basados en uniones semiconductoras. Magnetodiodos y magnetotransistores. Fotodiodos y fototransistores. Detectores de radiaciones nucleares basados en uniones p-n. Sensores basados en transistores MOSFET. Sensores basados en dispositivos de acoplamiento de carga (CCD). Fundamentos. Tipos de sensores de imagen CCD y sus aplicaciones. Sensores basados en ultrasonidos. Fundamento. Aplicaciones. Sensores basados en fibras ópticas. Biosensores. Problemas    Referencias.
• Sensores inteligentes e instrumentación digital. Concepto de sensor inteligente. Técnicas de compensación integrables. Osciladores variables. Osciladores senoidales. Osciladores de relajación. Osciladores variables CMOS. Linealidad en osciladores variables. Conversión a frecuencia o periodo. Conversión tensión-frecuencia. Conversión directa a frecuencia o periodo. Interfaces directas sensor-microcontrolador. Medidas de frecuencia. Medidas de periodo y tiempo. Cálculos y compensaciones. Medidas de velocidad. Tacómetros digitales. Sistemas de comunicación para sensores. Telemedida por corriente: bucle 4-2mA. Comunicación simultánea analógica y digital: HART. Instrumentación digital: buses para sensores.
• Apéndice. Soluciones de problemas.