Conversores ADC

ADQUISICION DE DATOS POR PC

Ing. Jaime Alberto Ocampo Pérez Manizales – Colombia Julio 2012 / www.ingjaop.blogspot.com Página 16

El siguiente circuito nos permite acondicionar una señal de corriente en otra señal de corriente escalada, la calibración de ZERO se realiza con VREF, y la calibración de SPAN con R.

Ejemplo: Se tiene una IL = 4/20 ma y una IS = 0/20 ma, calcular VREF y R. Se plantean las dos ecuaciones,

(1) 0 = ( VREF + ( 330 x 4 x 10e-3 )) / 3R -> 0 = ( VREF + 1.32 ) / 2R -> VREF = - 1.32 v (2) 20 x 10e-3 = ( VREF + ( 330 x 20 x 10e-3 ))/ 2R -> 40 x 10e-3 x R = VREF + 6.6

Reemplazando VREF en (2), tenemos que 40 x 10e-3 x R = -1.32 + 6.6 -> R = 132 ohmios Verificamos, IL = (-1.32 + (330 x 4 x 10e-3)) / (2 x 132) = 0 ma IL = (-1.32 + (330 x 4 x 20e-3)) / (2 x 132) = 20 ma Ejercicios propuestos:

1. Se tiene una señal unipolar VI=-5/5 v y Vs=-10/+10v, calcular VREF y R 2. Se tiene una señal bipolar V2=0/5v, V1=0/-10v y Vs= -10/+10v, calcular VREF y R 3. Se tiene una señal bipolar VI=-1/-5v y IL=4/20 ma, calcular VREF y R 4. Se tiene una señal diferencial V2=0/5, V1=0/-5 y IL= 0/20 ma, calcular VREF y R 5. Se tiene una señal IL = 1/6 ma y IS = 4/20 ma, calcular VREF y R 6. Se tiene una señal IL = 0/20 ma y IS = 4/20 ma, calcular VREF y R 7. Se tiene una señal unipolar VI= +10/-5 y VS = 2/10 v, calcular VREF y R 8. Se tiene una señal IL = 20/4 ma y Is = 0/20 ma, calcular VREF y R



3. CONVERSORES ADC

Un ADC es un dispositivo que convierte una señal análoga en una señal decimal representada en un número de bits. La cantidad de bits nos representa la exactitud o precisión de la medida, para esto se debe calcular la resolución del ADC como sigue, R = (Vmax- Vmin)/ 2 ^n Donde n es el numero de bits, por ejemplo si a un ADC de 8 bits se conecta una señal unipolar cuyo valor varia entre 0 y 10 Vdc, y siendo n=8 bits, cual será la resolución de este ADC? R = (10 – 0) / 2^8 , R = 10 / 256 , R= 0.039 v = 39 mv, o sea, este ADC solo puede ver saltos de 39 mv en la señal de entrada. Si para la misma señal se toma un ADC de 10 bits, cual será la nueva resolución? R = 10 / 1024 = 9.7 mv, o sea con mas bits mejora la resolución o precisión de la medida. Otro ejemplo, si a un ADC de 8 bits se conecta una señal bipolar con rango de –5 a +5 vdc, cuál será la resolución? R = (5 – (-5)) / 2 ^ 8 = 10 / 256 = 39 mv Según el ejemplo anterior cual será el valor decimal y binario entregado por el ADC si la señal de entrada esta en 0 vdc? Para un valor de 0 vdc quiere decir que Vmx=0 y Vmin=-5, o sea, el Adc esta viendo 5 vdc que dividido por la resolución tenemos que, S = 5 * 256 / 10 = 128 que sera el valor decimal de salida del ADC cuyo binario es 1000 0000 Si en un determinado momento el ADC nos entrega un valor binario de 1100 1000 (200) cual será el voltaje de entrada de la señal análoga? Multiplicamos el valor decimal por la resolución, V = 200 * 10 / 256 = 7.8125 voltios que es valor de entrada. Ejemplos de uso de los ADC:

1. Tenemos un sensor de temperatura con un rango de medida de 0 a 200 grados, el cual le entrega la señal a un indicador, si queremos ver con una resolución de 0.1 grados de cuantos bits debe ser como mínimo el ADC del indicador.

Rango de medida = 200 grados Numero de pasos = Rango medida / resolución = 200 / 0.1 =2000



2 ^ n >= Numero de pasos, 2^ n >= 2000, n= 11, 2 ^ 11 = 2048 Por lo anterior el ADC debe ser como mínimo de 11 bits.

2. Si en el ejemplo anterior cambiamos el rango de trabajo del sensor de temperatura a –50, +50 grados, cual será

el nuevo número de bits del ADC? Rango de medida 50 – (-50)) = 100 grados Numero de pasos = 100 / 0.1 = 1000 2^n >= 1000, n = 10 , 2^10 = 1024 Por lo anterior el ADC debe ser como mínimo de 10 bits.

3. Se tiene una báscula con un peso muerto de 60 Kg., esta soportada por dos celdas de carga de 250 Kg. cada una, la capacidad de peso por volumen es de 300 Kg. Las celdas llegan a una caja de unión la cual envía la señal a un indicador de peso. Si que remos tener una medida con una precisión de 0.2 Kg., cual será el numero de bits del ADC del indicador?

Rango de medida = 250 + 250 = 500 kg Numero de pasos = 500 / 0.2 = 2500 2^n >= 2500 , n=12, 2^12 = 4096, por lo tanto el numero mínimo de bits del ADC debe ser de 12 bits.

4. Según el ejemplo anterior si el indicador no esta calibrado y dentro de la bascula hay un peso de 250 Kg., cual

será el valor digital del ADC? Para 12 bits valor mínimo 0 y 0 Kg., valor máximo 4097 y 500 Kg., las celdas están soportando 60 Kg. de peso muerto + 250 Kg. = 310 Kg. De lo anterior se tiene que 4097 * 310 / 500 = 2540 (1001 1110 1100) que será el valor digital entregado por el ADC.

5. Si en el ejemplo 3 se tiene el indicador calibrado cual será el valor decimal cuando la bascula esta vacía y cual

será cundo la bascula tiene 300 Kg.? Cuando la bascula esta vacía el peso soportado sera el del peso muerto = 60 Kg., por lo anterior se tiene que, 4097 * 60 / 500 = 491 (0001 1110 1011) que será el valor para l zero de la bascula. Para un peso de 300 Kg., las celdas soportan = 300 + 60 = 360 Kg., por lo anterior tenemos que, 4097 * 360 / 500 = 2949 (1011 1000 0101), que será el valor de span de la bascula.

Ejercicios propuestos, 1. Se tiene un tanque cilíndrico de altura = 5 metros, y cuyo diámetro de base es de 1.5 metros, en la parte superior se tiene un sensor ultrasónico con salida análoga de 4 a 20 ma., esta señal esta conectada a un indicador de nivel. Se desea que el indicador nos muestre con una precisión de 10 centímetros, cual será el numero de bits mínimo del ADC del indicador? Si en un determinado momento la señal nos muestra un valor de 14.8 ma., cual es el valor mostrado por el indicador? Cual será el valor digital del ADC? 2. Se tiene un tanque cilíndrico con una altura de 10 metros y una base con diámetro de 3 metros, esta soportado por 4 celdas de carga con capacidad de 25000 kg cada una, el peso muerto del tanque es de 1000 Kg., las celdas están conectadas a un indicador de peso calibrado. Si queremos que el indicador nos muestre con una resolución de 500 gramos de cuantos bits debe ser el ADC de este? Si en un determinado momento el tanque tiene un 75 % de su capacidad con agua, cual será el valor mostrado en Kg. por el indicador? Cuales son los valores digitales del ADC para el zero y para el span?. A que altura de la base en metros esta el nivel del agua?



3. Se tiene una bascula camionera con 6 celdas de 10 toneladas c/u, el peso muerto de esta es de 2100 kilos, y la capacidad máxima admitida es de 45 toneladas, las celdas se conectan a un transmisor con salida de -10/+10 voltios, esta salida se conecta a un indicador de peso (calibrado); se desea que el máximo error sea de 0.015 %, cual debe ser el numero de bits del ADC del indicador, cual es el Vd para zero, cual es Vd para span, cual es Vd para desviación media?. Si el voltaje esta en 0 v, cual es el valor mostrado en el indicador?. Conversor ADC0804 El ADC0804 es un conversor análogo a digital con las siguientes características

- Resolución de 8 bits - Tiempo de conversión 100 us - Entrada de voltaje diferencial - Entradas y salidas lógicas compatibles con TTL y CMOS - Trabaja con 2.5 voltaje de referencia - Reloj interno - No requiere ajuste de zero. - Entrada bipolar de 0 a 5 voltios

Circuito típico de conexión de una entrada análoga unipolar de 0 a 5 voltios (R1)

Sensor de temperatura



Documents

Conversores ADC