UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERÍA
Facultad de Electrotecnia y Computación
Ingeniería Electrónica
Departamento de Electrónica
Guía de laboratorio 2: Elemento convertidor y procesador de variable.
 El puente de Wheastone.
 El amplificador de instrumentación.
Asignatura: Sistema de medición
Elaborado por: Prof. Eliar Rizo
1. Objetivos:
 Identificar los parámetros que caracterizan a los elementos convertidor y
procesador de variable para la adecuada medición de una magnitud física.
 Simular la medición de temperatura que ofrece una RTD PT-1000 con el
empleo conjunto del elemento convertidor de variable y del elemento
procesador de variable.
2. Marco teórico:
Un sistema de medición está formado por un conjunto de elementos o etapas que
interactúan mutuamente, de tal forma que su propósito es procesar la magnitud de
medida utilizando las características particulares que presentan los componentes
electrónicos y programas de computadores para facilitar al operador el
comportamiento y análisis de una determinada variable física.
El primer elemento en los sistemas de medida es el sensor primario, éste ofrece
una salida que es proporcional a la medición de una magnitud natural. El elemento
convertidor de variable son requeridos cuando la variable de salida de un
transductor primario está en una forma inconveniente y tiene que ser convertida en
una forma más conveniente. Los circuitos puente son comúnmente muy usados
como un elemento convertidor de variable en los sistemas de medición y produce
una salida en forma de niveles de voltajes que cambian conforme a la medición en
los cambios de las cantidades físicas [1].
Debido a su sensibilidad, el puente de Wheastone es un circuito usado
normalmente para la medición de pequeños cambios en la resistencia eléctrica.
Está constituido por cuatro elementos resistivos y puede estar excitado por
cualquier fuente de voltaje o corriente [2].
Figura 2.1. Configuración básica de un
puente de W heastone.
Cuando es excitado por un voltaje de entrada (V EX), normalmente de 1V, el
voltaje de salida indicado por el puente está dada por la ecuación:


VsVEX R1  R3 
 R1  R2 R3  R4 
Donde el valor de tres de los elementos resistivos son del mismo valor.
Cuando un elemento resistivo cambia en su resistencia en respuesta a los
parámetros físicos al que está siendo medido es llamado elemento activo (sensor).
Si R1 (RT para el caso de un sensor RTD) es un elemento activo, entonces un
incremento en la resistencia del elemento activo R1 provoca un incremento en el
voltaje de salida. Así mismo, un decremento en su resistencia conllevará a un
decremento del voltaje aplicado a la salida [2].
Dentro de las técnicas para el procesamiento de señales analógicas está la
amplificación de la señal. La amplificación de la señal es llevada a cabo cuando el
nivel de salida de la medición de un transductor de una determina señal es
considerado muy bajo [3]. La amplificación de señales analógicas es realizada por
amplificadores operacionales.
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En algunas aplicaciones que se requiere de la amplificación de niveles de señales
muy bajo, es usado un tipo especial de amplificador conocido como amplificador
de instrumentación. Éste consiste de un circuito que comprende tres
amplificadores operacionales básicos [3], mostrado en la figura 2.2.
Figura 2.2. Amplificador de instrumentación
La ventaja de un amplificador de instrumentación comparado con un amplificador
operacional básico es que su impedancia de entrada diferencial es muy alta. En
consecuencia, su capacidad de relación de modo común es mucho mejor [3].
La característica primordial de los amplificadores de instrumentación es que la
ganancia está definida por el conjunto de resistencia RG, R1 y R2, definiendo
valores iguales para R1 y R2. La magnitud de las demás resistencias deben ser
del mismo valor; de tal forma que el voltaje de salida del amplificador de
instrumentación está dado por:


Vo (V2 V1)1 2R1  , o bien VoVSGAI
 RG 
2.1. Actividades previas.
a) Investigue las características principales de una RTD.
b) Con la conexión del puente de Wheastone y el amplificador de
instrumentación, deduzca la ecuación que define la temperatura del sensor
a partir del voltaje de salida del amplificador de instrumentación dado por:
 


Vo VEX RT  R3 1 2R1 
  RT  R2 R3  R4  RG 
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3. Desarrollo experimental
3.1. Materiales
a) Computadora personal.
b) Programa de simulación Proteus 8 professional.
3.2. Actividad 1
Un sensor RTD PT-1000 es empleado para la medición de temperatura en un
determinado ambiente, para lo cual se requiere que la variación en su resistencia
sea presentada a valores de voltajes convenientes para el operario quien analizará
el comportamiento de la variable en estudio. Ante esta situación, se ha empleado
un elemento convertidor de variable y un elemento procesador de variable,
utilizando para esto el puente de Wheastone y el amplificador de instrumentación
los que proveen niveles de voltaje a la salida del amplificador de instrumentación
que son proporcional a la temperatura obtenida por el sensor.
Figura 3.1. Configuración del puente de W heastone y del
amplificador de instrumentación.
a) Construya el circuito mostrado en la figura 3.1.
b) Determine la ganancia del amplificador de instrumentación.
GA.I.=
c) Determine la temperatura que muestra la salida del amplificador de
instrumentación con los valores mostrados en la tabla:
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Tabla 1: Valores de Vo y temperaturas.
Valor de la RTD PT-1000
1 500 Ω
1 700 Ω
800 Ω
400 Ω
Vo
Temperatura (oC)
d) Varíe la ganancia del Amplificador de Instrumentación según la tabla 2,
escriba los valores de R1 y RG utilizado para obtener las ganancias
indicadas. Anote el voltaje de salida del A.I. y calcule la temperatura.
Tabla 2: Valores obtenidos
Ganancia del
A.I.
20
30
40
50
R1
RG
Valor de la RTD
PT-1000
1 500 Ω
1 700 Ω
800 Ω
400 Ω
Vo
Temperatura
(oC)
4. Conclusiones.
A partir de las mediciones observadas y de los datos obtenidos en la tabla 1 y 2,
argumente sus conclusiones analizando los valores obtenidos en dichas tablas.
5. Informe
El informe consistirá en la entrega completa de la guía de laboratorio y la
argumentación de las conclusiones en base al aprendizaje adquirido en el
desarrollo de la práctica. Recuerde que la forma en que se expresan las ideas son
distintas, por lo que se tomará mucho en cuenta la originalidad en sus
conclusiones.
6. Referencias bibliográficas.
[1] A. Morris y R. Langari, Measurement and instrumentation. Theory and
application, San Diego, California: Academic Press, 2012.
[2] J. Park y S. Mackay, Data acquisition for instrumentation and control systems,
Oxford: Newnes, 2003.
[3] A. Morris, Measurement and instrumentation principles, Oxford: Butterworth
Heinemann, 2001.
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