Acondicionamiento Señales Sensor Capacitivo EBonilla

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  Acondicionamiento de un sensor capacitivo con puentes de CA
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  CATEDRA: INSTRUMENTACIÓN Y SENSORES. ESTUDIANTE: Edison Bonilla. CURSO:  Quinto - Electrónica e Instrumentación. FECHA:  06-02-2017. ACONDICIONAMIENTO CON PUENTES PARA SENSORES CAPACITIVOS   Hoy en día, existen multitud de sensores capacitivos en sistemas de detección de posición, velocidad y aceleración, así como presión, humedad, niveles de líquido y propiedades dieléctricas de los materiales, entre otros. Las propiedades más atractivas de este tipo de sensores son su bajo consumo de energía y su elevada precisión y resolución, de tal manera que los circuitos de lectura son la parte determinante del desempeño global del sistema en lo que a nivel de ruido, linealidad, distorsión, rango dinámico y disipación de potencia se refiere. Existen básicamente dos tipos de circuitos de acondicionamiento para este tipo de sensores: los basados en el método de transferencia de carga y los osciladores.  Para el acondicionamiento de los sensores capacitivos se utiliza puentes de alternas vistos  para los sensores inductivos. Divisores de tensión:  medida de tensión en un sistema excitado por corriente o de corriente en un sistema excitado por tensión). Puentes de alterna:  es el más adecuado cuando se utilizan topologías diferenciales. En ambos casos la salida que se obtiene no suele ser lineal. 1.   PUENTE DE SCHERING  El puente de Schering se utiliza para la medición de capacitores, siendo de suma utilidad  para la medición de algunas de las propiedades de aislamiento (tgδ) , con ángulos de fase muy cercanos a 90°. En la figura, se muestra el circuito típico del puente Schering, nótese que la rama patrón (rama 3) solo contiene un capacitor. Por lo general, el capacitor patrón es de mica de alta calidad para las mediciones generales de capacidad, o puede ser de un capacitor de aire  para mediciones de aislamiento. Los capacitores de mica de buena calidad, poseen pérdidas muy bajas y por consiguiente un ángulo aproximado de 90°, en cambio un capacitor de aire tiene un valor muy estable y un campo eléctrico muy pequeño, por lo tanto el material aislante se puede conservar fuera de cualquier campo fuerte. Puesto que el capacitor patrón está en la rama 3, las sumas de los ángulos de fase de las ramas 2 y 3 será 0° + 90° = 90°, para cumplir con la ecuación de equilibrio, se necesita que los ángulos de fase de las ramas 1 y 4 sea de 90°. La conexión en paralelo del capacitor C1 con el resistor R1 proporciona a la rama 1 un ángulo de fase pequeño, ya que en general la medición desconocida Zx posee un ángulo de fase menor de 90°. Planteando la ecuación general de equilibrio de los puentes de CA.    2.   PUENTE DE WIEN Un circuito de CA, en el que una rama consta de una resistencia y una capacitancia en serie, y la contigua de una resistencia y una capacitancia en paralelo, siendo las dos ramas restantes puramente resistivas. El puente indicado en la figura, se usa para medida de capacitancias en términos de resistencia y frecuencia.  BIBLIOGRAFÍA    [1] “ZeptoFarad capacitance detection with a miniaturized CMOS current front - end for nanoscale sensors”, M. Carminati et al.,  Sensors and Actuators A, 2011.    [2] “A CMOS humidity sensor with on - chip calibration”, Y.Y. Qiu et al ., Sensors and Actuators A, vol. 92, pp. 80-87, 2001.    http://jcvunillanos.blogspot.com/2013/05/puentes-de-medicion.html
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