CIRCUITO ELECTRÓNICO PARA UN SENSOR DE PRESIÓN
La presión es una fuerza aplicada por unidad de superficie que frecuentemente debemos manejar en los procesos industriales y con la cual incluso convivimos diariamente al soportar el peso de la atmósfera sobre nuestro cuerpo. Su unidad de medida normalizada por el sistema internacional (si) es el pascal (Pa) pero ya que la misma es muy pequeña normalmente se expresa en kilopascales (kpa).
Los medidores de presión con los que estamos familiarizados son los análogos y poseen indicadores de barra o aguja. Tal es el caso de los usados para medir la presión de las llantas de los vehículos y en los tanques de los compresores. Sin embargo gracias a los avances en la tecnología de estado sólido, es posible construir medidores de presión electrónicos de alta precisión y con resoluciones tan bajas como 0.1kPa tal como este circuito que consume 20mA y está diseñado con el sensor piezorresistivo MPX100AP que es fabricado por motorola y es capaz de medir presión absoluta entre 0 y 100 kPa con linealidad de +/-0.5% y entrega un voltaje de salida diferencial proporcional a la presión.
FUNCIONAMIENTO.
el corazón del sistema es el sensor de presión absoluta piezorresistivo el cual consta de 4 resistencias conectadas en configuración de puente de wheastone embebidas en un diafragma de silicio que al ser expuesto a presión se deforma y altera la magnitud de las resistencias proporcionalmente. Cuando el sensor no detecta presión, las resistencias del puente tienen esencialmente el mismo valor y el puente alcanza el equilibrio entregado en sus salidas un voltaje igual a cero. Cuando se aplica presión al sensor el diafragma se deforma modificando dos de las resistencias del puente causando su desequilibrio y generando por lo tanto un voltaje de salida que es proporcional a la presión medida. El primer bloque recibe el voltaje diferencial del sensor que varía entre 45 mV y 90 mV a máxima escala, lo acopla con alta impedancia y lo amplifica rechazando todas las señales de ruido eléctrico que se introduzcan en modo común (respecto a tierra). El segundo bloque es un nodo de diferencia construido con el amplificador operacional IC3B configurado como circuito diferencial. Este último se encarga de sustraer de la señal del sensor tomada a la salida del amplificador de instrumentación un voltaje ajustable equivalente al nivel de offset que ofrece el sensor cuando se le aplica la mínima presión y el cual oscila entre 20 y 35 mV. este ajuste se hace por medio de un trimmer.
El tercer bloque es un amplificador operacional configurado como no inversor. su objetivo es acoplar con alta impedancia la señal de salida del diferenciador y aplicarla por un factor de ganancia G ajustable entre 1 y 26 por medio de un trimmer 2 con el objetivo de que el nivel de salida alcance 5 voltios. existe un diodo led que monitorea la presión. La salida de 1 voltio por su parte se obtiene a partir de un divisor de tensión conectado a la salida de 5 voltios.
MONTAJE Y CALIBRACIÓN DEL CIRCUITO.
consejo principal: tener todos los componentes a la mano para evitar retrasos en este montaje el módulo se puede conectar a un ADC o un sistema de visualización por displays.
para la calibración del módulo es necesario disponer de una fuente de presión variable conocida, saber la presión atmosférica del lugar y tener un multímetro DC. debe dejar inicialmente abierta la entrada de presión del módulo y variar el offset hasta obtener una lectura de presión en el medidor igual a la presión atmosférica del lugar expresada en KPA. Luego se debe conectar con una manguera flexible la entrada del módulo con la fuente de presión ajustada de 100kpa.
MATERIALES
1 sensor de presión de silicio MPX100AP
2 amplificadores operacionales LF353
10 resistencias de 10k
3 resistencias de 1k
1 resistencia de 2k
1 resistencia de 3.9k
2 trimmer de 50k
1 diodo led rojo 5 mm
DIAGRAMA ESQUEMATICO
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