Instrumentación, sensores y acondicionamiento de señal
El dominio de instrumentación, sensores y acondicionamiento de señal evalúa la cadena completa: sensor, puente, amplificador, filtro, ADC y calibración. El examen pide distinguir exactitud de precisión, calcular errores y justificar decisiones de diseño con números.
Cadena de medida
- Puente de Wheatstone con un elemento activo: Vout ≈ (ΔR/R)·Vex/4; con cuatro activos: Vout = (ΔR/R)·Vex.
- Amplificador de instrumentación: alta CMRR, ganancia definida por una resistencia; revisa impedancia de entrada y errores de offset.
- ADC: LSB = VFS/2ⁿ; SNR ideal = 6.02n + 1.76 dB; filtro antialias antes del muestreo y Nyquist.
Errores y calibración
- Offset, ganancia, linealidad, histéresis y deriva térmica se corrigen con calibración de dos puntos.
- Resolución no es exactitud: un ADC de 16 bits puede ser menos exacto que uno de 12 bits bien calibrado.
Ejemplo trabajado
Galga de 350 Ω, GF = 2, ε = 1000 µε. ΔR/R = GF·ε = 2 × 0.001 = 0.002. Con Vex = 5 V y cuarto de puente: Vout = 0.002 × 5/4 = 2.5 mV. Con ganancia 200: 0.5 V. ADC de 12 bits y Vref = 5 V: LSB = 5/4096 = 1.22 mV, así que 0.5 V son 410 LSB. Si el ruido pico a pico es 5 mV en la entrada del ADC, equivale a 4 LSB y limita la resolución efectiva.
Trampas que cuestan puntos
Olvidar el factor 4 del puente, confundir resolución con exactitud, no filtrar aliasing, ignorar la carga del ADC y despreciar el ruido térmico.