3. MARCO TEÓRICO 3.1. Principios y fundamentos de los amplificadores operacionales y de instrumentación. El nombre de amplificador del concepto de un amplificador operacional operacional deriva amplificador dc (amp (amplilififica cado dorr acop acopla lado do en cont contin inua ua)) con con una una entr entrad ada a dife difere renc ncia iall y ganancia extremadamente alta, cuyas características de operación están determinadas por por los los elem elemen ento toss de real realim imen enta taci ción ón util utiliz izad ados os.. Son Son llam llamad ados os ampl amplifific icad ador ores es oper operac acio iona nale less por porue ue se pued pueden en enco encont ntra rarr circ circui uito toss mont montad ados os a base base de esto estoss amplificadores ue realizan operaciones matemáticas, como por e!emplo sumadores, diferenciadores, integradores, comparadores, entre otros (Electronica "ácil, #$%&).
i!ura 1. "im#olo de circuito de un amplificador operacional. operacional. 'a diferencia entre usar un tipo o el otro de alimentación está en lo ue se uiere obtener en la salida si en la salida se uiere obtener tensiones positivas y negativas se debe usar la alimen alimentac tación ión simtr simtrica ica,, si solo solo se uiere uiere obtene obtenerr tensio tensiones nes positi positivas vas puede puede usar usar alimentación simple. Es importante tener cuenta ue ni las entradas ni las salidas del operacional podrán sobrepasar los límites marcados por la alimentación, es decir, si se alimenta a %# * no se debe esperar obtener %+ voltios a la salida (Electronica "ácil, #$%&). Existen dos tipos de funcionamiento básico sin realimentación o en -'E /0E123 y con realimentación o en -'E E11/43. 5ormalmente se usa en -'E E11/43. 'a red de realimentación determina la función ue realiza el monta!e, permitiendo la construcción de amplificadores asimtricos, osciladores, integradores, diferenciadores, sumado sumadores res,, restad restadore ores, s, compar comparado adores res,, filtro filtros, s, etc. etc. 'as limita limitacio ciones nes de este este tipo tipo de disp dispos osititiv ivos os ued uedan an dete determ rmin inad adas as por por las las cara caract cter erís ístitica cass del del fabr fabric ican ante te.. (/re (/rea a 2ecnologica, #$%+) En la "igura # se # se muestra un amplificador idealizado. Es un dispositivo de acoplo directo con entrada diferencial, diferencial, y un 6nico terminal terminal de salida. salida. El amplificad amplificador or sólo responde responde a la diferencia diferencia de tensión tensión entre los dos terminales terminales de entrada, entrada, no a su potencial potencial com6n. -na se7al positiva en la entrada inversora (8), produce una se7al negativa a la salida, mientras ue la misma se7al en la entrada no inversora (9) produce una se7al positiva en la salida. on una tensión de entrada diferencial, *d, la tensión de salida, *o, será a *d, donde a es la ganancia ganancia del amplificad amplificador. or. /mbos /mbos terminales terminales de entrada entrada del amplificado amplificadorr se utilizarán utilizarán siempre independientemente de la aplicación. 'a se7al de salida es de un sólo terminal y
está referida a masa, por consiguiente, se utilizan tensiones de alimentación bipolares ( : ) (4ise7o de ircuitos, #$%;)
Figura 2. Amplifcador operacional ideal.
>anancia seleccionable, estable y lineal. Entrada diferencial con ??1 alto. Error despreciable debido a las corrientes y tensiones de offset. 0mpedancia de entrada alta. 0mpedancia de salida ba!a.
3.$. Clases de operacionales y aplicaciones 'os amplificadores operacionales se pueden conectar seg6n dos circuitos amplificadores básicos las configuraciones (%) inversora y (#) no inversora. asi todos los demás circuitos con amplificadores operacionales están basados, de alguna forma, en estas dos configuraciones básicas. /demás, existen variaciones estrec=amente relacionadas de estos dos circuitos, más otro circuito básico ue es una combinación de los dos primeros el amplificador diferencial.
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El amplificador in&ersor 'a "igura @ ilustra la primera configuración básica del /3. El amplificador inversor. En este circuito, la entrada (9) está a masa, y la se7al se aplica a la entrada (8) a travs de 1%, con realimentación desde la salida a travs de 1#.
Figura 3. Amplifcador inversor.
/plicando las propiedades anteriormente establecidas del /3 ideal, las características distintivas de este circuito se pueden analizar como sigue.
'd ( 'p % 'n) ((* 'd ( +.% , si 'd ( +) entonces toda la tensión de entrada *i, deberá aparecer en 1%, obteniendo una corriente en 1% V i I = R 1
*n está a un potencial cero, es un punto de tierra virtual. 2oda la corriente 0 ue circula por 1% pasará por 1#, puesto ue no se derivará ninguna corriente =acia la entrada del operacional (0mpedancia infinita), así pues el producto de 0 por 1# será igual a 8 *$. 4eben observarse otras propiedades adicionales del amplificador inversor ideal. 'a ganancia se puede variar a!ustando bien 1%, o bien 1#. Si 1# varía desde cero =asta infinito, la ganancia variará tambin desde cero =asta infinito, puesto ue es directamente proporcional a 1#. 'a impedancia de entrada es igual a 1%, y *i y 1% 6nicamente determinan la corriente 0, por lo ue la corriente ue circula por 1# es siempre 0, para cualuier valor de dic=a 1#. 'a entrada del amplificador, o el punto de conexión de la entrada y las se7ales de realimentación, es un nudo de tensión nula, independientemente de la corriente 0. 'uego, esta conexión es un punto de tierra virtual, un punto en el ue siempre =abrá el mismo potencial ue en la entrada (9).
En bucle cerrado, la entrada (8) será regulada al potencial de entrada (9) o de referencia.
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El amplificador no in&ersor 'a segunda configuración básica del /3 ideal es el amplificador no inversor, mostrado en la figura @. Este circuito ilustra claramente la validez del axioma @.
Figura 4. Amplifcador operacional no inversor.
En este circuito, la tensión *i se aplica a la entrada (9), y una fracción de la se7al de salida, *o, se aplica a la entrada (8) a travs del divisor de tensión 1% 8 1#.
3.3. Principios y fundamentos de las celdas de car!a. 'as celdas de carga (tambin conocidas como load cells o loadcells), son utilizadas en prácticamente todos los sistemas de pesa!e electrónicos. -na celda de carga está clasificada como una transductor de fuerza. Este artefacto convierte la fuerza o peso a una se7al elctrica. El detector de deformación es el corazón de una celda de carga. -n detector de deformación es un dispositivo ue cambia su resistencia cuando está fatigado (esforzado). 'as galgas están desarrolladas de una película metálica ultra delgada tratada trmicamente y son uímicamente depositados a un delgado sustrato dielctrico. C'os parc=es de galgaD o galgas extensiomtricos, son entonces montadas al elemento deformador con ad=esivos especialmente formulados. 'a posición precisa de la galga, el procedimiento de monta!e, y todos los materiales utilizados tiene un efecto medible para el desempe7o total de la celda de carga. ada parc=e de galga consiste de una o más finos alambres cementados a la superficie de una barra, anillo o columna (el elemento deformarble) dentro de una celda de carga. omo la superficie a la cual la galga será ad!untada se va a deformar, el alambre se estira o comprime cambiando su resistencia proporcional a la carga aplicada. -no o más detectores de deformación se utilizan en la elaboración de una celda de carga. ?6ltiples detectores de deformación son conectados para crear la configuración del puente de =eatstone de cuatro piernas. uando una
entrada de tensión elctrica (volta!e) es aplicada al puente, la salida se convierte en un volta!e proporcional a la fuerza sobre la celda. Esta salida puede ser amplificada y procesada por instrumentación elctrica convencional (?endez, #$%+).
3.-. Tipos de celdas de car!a y aplicaciones.
CELDAS DE CARGA DE COMPRESIÓN: Las celdas de carga de compresión con frecencia !ienen n dise"o de #o!ón Figura 5. Celda de carga. in!egral$ Son ideales para mon!arse en si!aciones en las %e el espacio es!& res!ringido$ Ofrecen e'celen!e es!a#ilidad a largo pla(o$ CELDAS DE CARGA DE COMPRESIÓN)*ENSIÓN: Las celdas de carga de compresión)!ensión se peden sar para aplicaciones en las %e la carga pede pasar de !ensión a compresión o +ice+ersa$ Son ideales para en!ornos con espacio res!ringido$ Los e'!remos roscados permi!en na ins!alación f&cil$ E'4/S 4E /1>/ 4E *0>/ E5 S Las celdas de carga de +iga en S reci#en ese nom#re por s forma en S$ Las celdas de carga de +iga en S peden ofrecer na salida si es!& #a,o !ensión o compresión$ Las aplicaciones incl-en ni+el de !an%e. !ol+as - #&sclas para camión$ Ofrecen n rec/a(o sperior a la carga la!eral$ E'4/S 4E /1>/ 4E *0>/ "'EF0'E se san en aplicaciones de +arias celdas de carga. medición de peso de !an%e - con!rol inds!rial - de proceso$ 0ienen con cons!rcción de #a,o perfil para in!egración en &reas res!ringidas$ E'4/S 4E /1>/ 4E <'/2/"31?/ A <-523 G503 Las celdas de carga de pla!aforma - pn!o 1nico se san para sis!emas de medición de peso comerciales e inds!riales$ Proporcionan lec!ras precisas in impor!ar la posición de la carga en la pla!aforma$ E'4/S 4E /1>/ 4E /12-H3 Las celdas de carga de car!c/o se san para aplicaciones para medición de peso indi+idal - m1l!iple$ Mc/as !ienen n dise"o !o!almen!e en acero ino'ida#le - es!&n /erm2!icamen!e selladas para &reas de la+ado - /1medas$ CELDAS DE CARGA DE 3A4O PER5IL: celdas de carga de compresión !ensión) compresión$ Los orificios de mon!a,e - las roscas /em#ra permi!en na ins!alación f&cil$ Se san con frecencia en in+es!igación de medición de peso - en moni!oreo de fer(a en l6nea$ %
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Bibliografía
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