Sensores amplificados

01 · Punto de partida

Del ohm al kilo y al grado

Todo el curso desemboca acá: el NTC del Tema 13 y la celda de carga viven en puentes de mV. La cadena es siempre la misma —sensor → puente → INA → filtro → ADC → calibración— y cada eslabón se diseña con los temas anteriores.

• ¿Qué ganancia pide cada sensor?
• ¿Dónde va el filtro y con qué fc?
• ¿Cómo se calibra sin laboratorio?
• ¿Por qué la linealidad se verifica, no se supone?

02 · Cadena de señal

Cinco eslabones, un presupuesto

03 · Balanza

Celda + HX711

Celda de 1 mV/V con excitación 5 V: fondo escala 5 mV. El HX711 aplica G = 128 (640 mV) y digitaliza a 24 bits: 1 LSB ≈ 0,3 µV al ADC, ≈ 2,3 nV al puente (Tema 25). Calibración casera: tara en vacío + peso conocido (botella de 1 L ≈ 1 kg) para la pendiente.

04 · Temperatura

NTC de 0 a 50 °C

NTC 10k (B = 3950) en puente 5 V con fijas 10k, INA G = 2: la tabla manda (ver taller). Extremos: 0 °C → +2,71 V; 50 °C → −2,36 V: cabe en ±7,5 V con margen. Con G = 10 saturaría (+13,5 V a 0 °C): la ganancia la fija el peor extremo, no el centro.

05 · Cadena en código

Del grado al volt

Modelo NTC → puente → INA más prueba de calibración lineal de 2 puntos (spoiler: falla en el medio).

import math

def rx_ntc(t_c, r0=10000.0, b=3950.0):
    t_k = t_c + 273.15
    return r0 * math.exp(b * (1 / t_k - 1 / 298.15))


def cadena_ntc(t_c, g=2.0, vs=5.0, rfija=10000.0, riel=7.5):
    rx = rx_ntc(t_c)
    va = vs * rx / (rfija + rx)
    vout = min(max(g * (va - vs / 2), -riel), riel)
    print(f"{t_c:>3.0f}C Rx={rx/1000:5.1f}k -> Vout={vout:+.2f}V")
    return vout


for t in (0, 10, 20, 25, 30, 40, 50):
    cadena_ntc(t)

La tabla del tema sale de acá. ¿Qué da con G = 10 a 0 °C? ¿Y a 50 °C?

Calibración lineal (y su error)

v0 = cadena_ntc(0)
v50 = cadena_ntc(50)
v25 = cadena_ntc(25)
t_est = 0 + (v25 - v0) * (50 - 0) / (v50 - v0)
print(f"calibrado 0/50C: a 25C estima {t_est:.1f}C (error {t_est-25:+.1f}C)")

06 · Analogía programador

Pipeline ETL

1. 1
   Extraer = puente.

   Convierte lo físico en señal eléctrica chica: como leer el sensor crudo.

2. 2
   Transformar = INA + filtro.

   Escala y limpia: como normalizar y quitar outliers antes de guardar.

3. 3
   Cargar = ADC + calibración.

   Digitaliza con referencia conocida: sin calibrar es un número, no una medida.

07 · Taller

Laboratorio: cadena NTC

Puente 5 V + INA, rieles ±7,5 V. Mové temperatura y G: el laboratorio muestra Rx, diferencia y Vout.

Preguntas para explorar

1. Llevá a 0 °C con ×2 y con ×10. ¿Vout en cada caso? ¿Qué decide G?
2. ¿Vout es lineal con T? Compará pasos 0→10 y 40→50.
3. Calibración 0/50 °C: ¿error a 25 °C? (Ver código.) ¿Cómo lo corregís?

08 · Comprensión

Confusiones frecuentes

09 · Práctica guiada

Ejercicios de cadena

Ejercicio 1: rango sin techo

Cadena del tema (G = 2). ¿G máxima que admite el extremo frío sin saturar? Verificá con cadena_ntc(0, g=...).

Ejercicio 2: filtro de la cadena

Temperatura muestreada a 10 Hz. ¿fc del anti-alias? ¿R/C E12?

Ejercicio 3: balanza casera

HX711 + celda 1 mV/V. Medí tara, pesá 1 kg conocido, calculá escala (cuentas/kg). ¿Repetibilidad en 10 medidas?

10 · Síntesis

Ideas para recordar

Cadena completa andando. Pero hay un enemigo invisible: en el próximo tema, ruido.