INTERPRETACIÓN DE ESPECIFICACIONES

En la imagen se puede observar las especificaciones queda el fabricante sobre un instrumento de medición (multimetro 3466A). En la hoja de especificaciones, se indican parámetros de trabajo del instrumento y margenes de error en la mediciones.

Para entender un poco como es el manejo de esta hoja, observemos las especificaciones para la medición de voltajes Dc. 

El texto resaltado me esta arrojando un dato muy importante, el fabricante del instrumento indica  que este cuenta con cuatro dígitos y medio (41/2), esto quiere decir que el multimetro posee cinco dígitos para representar las mediciones, pero que el primer dígito solo puede tomar dos valores (1 o 0), así este multimetro hace 20000 cuentas. También se puede observar las funciones del instrumento.

La imagen anterior indica el rango de las mediciones, el valor máximo que estas pueden tomar y el error que se esta imprimiendo en cada medición. Como podemos ver existe un porcentaje de error de lectura y un número de cuentas, de esta forma el fabricante nos esta entregando la forma como se presenta el error en la mediciones y el cuidado que hay que tener a ahora de realizar un medición.

Ejemplo: Encontrar el porcentaje de error cuanto se esta midiendo con el instrumento un voltaje de 32,65 mV en el rango de 200mV, 2V y 20V.

Desarrollo:

calculamos el porcentaje de error de lectura con respecto a cada rango.


Se realiza una simple regla de 3 donde el 100% es la medición 32,65mV y nuestro objetivo será calcular la cantidad de voltaje que representa el porcentaje de error que el fabricante indica para cada rango. Con respecto al rango de 200mV es 0,04%.

Realizando este calculo tenemos que el error es de:

200mV
0,00001306V
2V
0,000009795V
20V

0,000009795V

Ahora pasemos analizar el siguiente parámetro (número de cuentas).

Para determinar este parámetro hacemos lo siguiente:

El número de cuentas que nos dan, los multiplicamos por el rango donde queremos calcular el error y luego dividimos todo en la cantidad de cuentas que puede realizar el instrumento, que en nuestro caso es 20000.

Con lo anterior, calculamos los datos para cada uno de los rangos:

200mV 
0,0002
2V
0,0001
20V
0,001

luego de tener estos datos, se suman los dos, el de lectura y el de número de cuentas. y obtenemos unos nuevos valores:

200mV
0,00021306V
2V
0,000109795V
20V
0,001009795V

Ahora simplemente convertimos esos voltajes en porcentajes para observar el error en cada una de los rangos.

200mV
0,065%
2V
0,33%
20V
3,09%

Como se puede observar es muy importante colocar la escala adecuada a la hora de realizar la toma de una medida, ya que esto nos implicaría un menor margen de error.

En el caso de que en el rango se nos presente dos valores siempre se trabajara con el rango mas alto.

Ejemplo: Para la medición de frecuencia tenemos un rango de 50Hz a 10kHz. A la hora de seleccionar el rango escogemos la de 10kHz.

ANÁLISIS ESTADÍSTICO

Este estudio se realiza para determinar que tanto se acerca un instrumento de medida  al dato verdadero.

Para esto calculamos los siguiente parámetros:

*Media arimética

*Desviación media

*Desviación promedio

*Desviación Estándar

Para entender un poco mejor los conceptos antes dados, realicemos el estudio a unos datos.

Los siguientes datos fueron obtenidos de 6 personas que midieron una corriente con el mismo instrumento. Los datos fueron:

Primero calculamos la Media Aritmética:

Sumamos cada unos de los datos y los dividimos en la cantidad de datos. El promedio sería:

Seguidamente calculamos la desviación media, la cual esta dada por:

Restamos de la media cada uno de los datos y la suma de cada una de estas restas debe dar cero. Así que tenemos:

Calculo desviación promedio:

Siguiendo con los mismos datos, tenemos que la desviación promedio es:

Este dato nos indica que tan preciso es el instrumento, que tanto oscilan los datos sobre el dato verdadero.

Desviación estándar: Que tan alejados están los datos de su media aritmética.

La desviación estándar de los anteriores datos es:

De esta manera culminamos el estudio estadístico (sencillo) en instrumentos de medida.

AMPLIFICADOR DE INSTRUMENTACIÓN

Un amplificador de instrumentación es un tipo particular de amplificador diferencia que fue provisto de buffers de entrada, eliminado  la necesidad de equiparar impedancias, lo cual lo hace un amplificador adecuado para mediciones y testeo de equipos. Posee como características adicionales tener muy bajo offset de DC, baja variación de sus parámetros de temperatura, bajo ruido, muy alta ganancia en lazo abierto, muy alta relación de rechazo en modo común, y muy altas impedancias de entrada. Los amplificadores de instrumentación son utilizados en aplicaciones en las que se requiere gran precisión y estabilidad a corto y largo plazo.

El anterior circuito es un amplificador de instrumentación formado por amplificadores operacionales, como se puede observar responde a dos entradas (V1 y V2) y una única salida.

Para poder analizar el comportamiento del anterior circuito hay que dividirlo en dos partes, primero se analiza el amplificador restador, el cual tiene como entradas (Vx y  Vy).

De esta manera tenemos el siguiente circuito:

Para poder hallar la relación matemática que existe entre la entrada y la salida, emplearemos el teorema de superposición. Haremos cada una de las entradas cero y analizamos como es el comportamiento frente a esa entrada, así sucesivamente. Al final para obtener la respuesta completa del circuito ante las dos entradas, las sumaremos.

Anulando la fuente Vy:

Como se puede observar la configuración que tenemos en un amplificador inversor. Y sabemos que la relación que existe entre la entrada y la salida esta dada por:

Ahora hacemos la entrada Vx igual a cero voltios. Así que tenemos el siguiente circuito:

La ganancia de un amplificador en configuración no inversor esta dada por:

No olvidar que la entrada que llega a la patilla no inversora es el divisor de voltaje sobre la resistencia que esta conectada a tierra. Ojo no es Vy.

Luego de tener la relación de entrada con la salida con respecto a cada fuente, las sumamos para obtener un representación general del circuito restador.

Para simplificar un poco mas Vo, realizamos los siguiente:

Y así tenemos finalmente nuestro Vo:

Después de haber realizado este análisis, volvemos a nuestro primer circuito:

Como se puede observar, una corriente (I) circula por los resistores (R1 y R2), se considera que es la misma en cada resistor, ya que las corriente (I1 y I2) son aproximadamente cero, esto es debido a la alta impedancia de entrada del amplificador.

Procedemos a calcular (Vx):

La siguiente figura permite visualizar la igualdad para la corriente, ya que no es de estudio la corriente.

El potencial (V1 y V2) es el mismo en las otras entradas y estableciendo la polaridad en sentido de la corriente obtenemos esa igualdad.

Remplazando la corriente en la ecuación (Vx - Vy), tenemos:

La igualdad de (Vx y Vy) la remplazamos en la primer ecuación donde estudiamos el amplificador restador, que es la siguiente:

Aquí solo hay que factorizar  el signo para obtener (Vx-Vy). Finalmente obtenemos la expresión matemática que relaciona la salida Vo con las dos entradas V1 y V2. Las resistencias se presentan como la ganancia del circuito.

Finalmente dejo una el link de una pagina para que experimenten con el amplificador de instrumentación.

http://www.huarpe.com/electronica/ao1/html/instrumentacion.html