PROYECTO FINAL DE CARRERA MEDIDA DE LAS PROPIEDADES DIELÉCTRICAS Alumno: Jordi Bustos Romero...

PROYECTO FINAL DE CARRERAPROYECTO FINAL DE CARRERA

MEDIDA DE LAS MEDIDA DE LAS PROPIEDADES PROPIEDADES DIELÉCTRICASDIELÉCTRICAS

Alumno: Jordi Bustos RomeroAlumno: Jordi Bustos Romero

Especialidad: Electrónica TardeEspecialidad: Electrónica Tarde

Tutor del proyecto: Jordi SellarèsTutor del proyecto: Jordi Sellarès

INDICEINDICE

1. Introducción1. Introducción Justificación del proyectoJustificación del proyecto AntecedentesAntecedentes ObjetivosObjetivos Descripción generalDescripción general

3. Resultados3. Resultados Ámbito de utilizaciónÁmbito de utilización Descripción del Descripción del

funcionamientofuncionamiento Validación de diseñosValidación de diseños Aplicaciones del proyectoAplicaciones del proyecto

4. Comentarios finales4. Comentarios finales Plan de trabajoPlan de trabajo PresupuestoPresupuesto Objetivos conseguidosObjetivos conseguidos ConclusionesConclusiones Mejoras futurasMejoras futuras

2. Diseños2. Diseños Metodología utilizadaMetodología utilizada Recursos utilizadosRecursos utilizados Descripción primer diseñoDescripción primer diseño Descripción segundo Descripción segundo

diseñodiseño

1. INTRODUCCIÓN1. INTRODUCCIÓN

Justificación del proyectoJustificación del proyecto

Que es un analizador de impedancias?Que es un analizador de impedancias? Mide la impedancia de un circuito en función de la Mide la impedancia de un circuito en función de la

frecuencia.frecuencia. El circuito puede consistir en una célula de medida.El circuito puede consistir en una célula de medida. La impedancia se obtiene como magnitud compleja.La impedancia se obtiene como magnitud compleja. Obtiene dos magnitudes. Por ejemplo la capacidad Obtiene dos magnitudes. Por ejemplo la capacidad

(C) y la tangente del ángulo de perdidas (D); el (C) y la tangente del ángulo de perdidas (D); el modulo y el argumento de la impedancia, …modulo y el argumento de la impedancia, …

Modelo HP4192 ALFModelo HP4192 ALF

Justificación del proyectoJustificación del proyecto

Analizador de impedancias comercial:Analizador de impedancias comercial: Ventajas: Precisión, amplio rango de Ventajas: Precisión, amplio rango de

frecuencias.frecuencias. Inconvenientes: No transportable, coste Inconvenientes: No transportable, coste

elevado, requiere hardware específico para elevado, requiere hardware específico para conexión a ordenador.conexión a ordenador.

En algunas aplicaciones se puede En algunas aplicaciones se puede sacrificar precisión y rango de frecuencias sacrificar precisión y rango de frecuencias en favor del coste, tamaño y simplicidad.en favor del coste, tamaño y simplicidad.

AntecedentesAntecedentes

““Aprovechamiento de ordenadores obsoletos para Aprovechamiento de ordenadores obsoletos para automatizar prácticas de laboratorio”, por Sergio Egea.automatizar prácticas de laboratorio”, por Sergio Egea.

““Mejora de las prácticas de laboratorio utilizando entrada Mejora de las prácticas de laboratorio utilizando entrada y salida digital”, por Joan Puig.y salida digital”, por Joan Puig.

““Diseño y realización de un electrómetro”, por Xavier Diseño y realización de un electrómetro”, por Xavier Montolio.Montolio.

Laboratorio de materiales dieléctricos, aplica el análisis Laboratorio de materiales dieléctricos, aplica el análisis

de impedancias a diferentes investigacionesde impedancias a diferentes investigaciones..

ObjetivosObjetivos

Demostrar la viabilidad de la técnica de la Demostrar la viabilidad de la técnica de la correlación de señales para construir un correlación de señales para construir un analizador de impedancias:analizador de impedancias:

Bajo coste.Bajo coste.

Montaje sencillo.Montaje sencillo.

No requiere hardware especial (AD/DA).No requiere hardware especial (AD/DA).

Rango de frecuencias de audio.Rango de frecuencias de audio.

Ligero y transportable.Ligero y transportable.

Descripción generalDescripción general

Primer diseño:Primer diseño: Analizador de impedancias compacto y utilizable.Analizador de impedancias compacto y utilizable. El cálculo de la correlación se implementará a través del El cálculo de la correlación se implementará a través del

ordenador.ordenador. Utilizable para un amplio rango de impedancias.Utilizable para un amplio rango de impedancias. Se conecta a una célula de medida mediante conectores BNC.Se conecta a una célula de medida mediante conectores BNC. Conexión al ordenador mediante la tarjeta de sonido.Conexión al ordenador mediante la tarjeta de sonido.

Segundo diseño:Segundo diseño: Demostrar que la correlación calculada analógicamente es Demostrar que la correlación calculada analógicamente es

viable.viable. El cálculo de la correlación se realiza prescindiendo del El cálculo de la correlación se realiza prescindiendo del

ordenador.ordenador. No mide muestras reales, se simulan en una etapa del circuito.No mide muestras reales, se simulan en una etapa del circuito. Los resultados se miden con un voltímetro convencional.Los resultados se miden con un voltímetro convencional.

2. DISEÑOS2. DISEÑOS

Metodología utilizadaMetodología utilizada

Los diseños deben efectuar la correlación de señales entre una señal proporcional al voltaje Los diseños deben efectuar la correlación de señales entre una señal proporcional al voltaje entre los extremos de la muestra y una señal proporcional a la intensidad que atraviesa la entre los extremos de la muestra y una señal proporcional a la intensidad que atraviesa la muestra para obtener la impedancia como magnitud compleja.muestra para obtener la impedancia como magnitud compleja.

El tratamiento puede ser digital o analógico según se realice en el ordenador o en el circuito.El tratamiento puede ser digital o analógico según se realice en el ordenador o en el circuito.

Metodología utilizadaMetodología utilizadaGenerador

Seguidor Seguidor

Amplificador

Carga Z

Conversor I- V

Multiplicador Multiplicador

Promedio temporal Promedio temporal

B A

Metodología utilizadaMetodología utilizadaGenerador

Seguidor Seguidor

Amplificador

Carga Z

Conversor I- V

Multiplicador Multiplicador


B A


B A

Generador

Comparador

Amplificador

Carga Z

Conversor I- V

Interruptor Interruptor


Comparador


DAC

Seguidor

Amplificador

Carga Z

Conversor I- V

ADC

Recursos utilizadosRecursos utilizados

Características amplificador operacional modelo UA741:Características amplificador operacional modelo UA741:

El modelo UA741 se caracteriza por ser de uso general.El modelo UA741 se caracteriza por ser de uso general. Este modelo lleva dos pins para ajustar el offset.Este modelo lleva dos pins para ajustar el offset.


Características amplificador operacional modelo LMC6062:Características amplificador operacional modelo LMC6062:

Este es un amplificador operacional de precisión y bajo consumo, con Este es un amplificador operacional de precisión y bajo consumo, con

una corriente de fondo de 16 μA.una corriente de fondo de 16 μA. En el mismo integrado el modelo LMC6062 ofrece dos amplificadores En el mismo integrado el modelo LMC6062 ofrece dos amplificadores

operacionales.operacionales.


Características switch Características switch analógico modelo analógico modelo HDF4066B:HDF4066B:

Posee cuatro interruptores Posee cuatro interruptores independientes.independientes.

Lo que realiza este integrado Lo que realiza este integrado

es dejar pasar la señal de es dejar pasar la señal de entrada a la salida si entrada a la salida si únicamente la puerta (control, únicamente la puerta (control, interruptor) esta activada.interruptor) esta activada.


Características oscilador Características oscilador modelo XR-8038ACP:modelo XR-8038ACP:

Es un generador de Es un generador de funciones de alta precisión.funciones de alta precisión.

El oscilador ofrece salida El oscilador ofrece salida sinusoidal, triangular y sinusoidal, triangular y cuadrada.cuadrada.

Tiene un rango muy Tiene un rango muy

elevado de frecuencias de elevado de frecuencias de 0.001 Hz hasta 200 KHz.0.001 Hz hasta 200 KHz.


Material utilizado en el laboratorio:Material utilizado en el laboratorio: Ordenador.Ordenador.

Osciloscopio marca PROMAX Osciloscopio marca PROMAX modelo OD-352 frecuencia modelo OD-352 frecuencia máxima 20 MHz.máxima 20 MHz.

Fuente de alimentación marca Fuente de alimentación marca PROMAX modelo FAC-662B.PROMAX modelo FAC-662B.

Generador de funciones marca Generador de funciones marca PROMAX modelo GF-1000G. PROMAX modelo GF-1000G.

Multímetro marca PROMAX Multímetro marca PROMAX modelo PD 695.modelo PD 695.

Sondas.Sondas.

Soldador de estaño marca JBC de Soldador de estaño marca JBC de 11 W. 11 W.

Estaño de plata.Estaño de plata.

Cable wire-up.Cable wire-up.

Llave wire-up.Llave wire-up.

Destornillador, alicates y Destornillador, alicates y herramientas similares.herramientas similares.


Material utilizado en la elaboración de los diseños:Material utilizado en la elaboración de los diseños: 1 caja de plástico de 250x250x50 1 caja de plástico de 250x250x50

mm. (ancho x largo x profundo) mm. (ancho x largo x profundo) para proteger la placa. para proteger la placa.

1 caja de plástico de 45x85x30 1 caja de plástico de 45x85x30 mm. (ancho x largo x profundo) mm. (ancho x largo x profundo) para proteger la muestra del para proteger la muestra del primer diseño. primer diseño.

4 conectores BNC.4 conectores BNC.

9 conectores tipo bananas. 9 conectores tipo bananas.

2 conectores tipo Jack hembra 2 conectores tipo Jack hembra (audio). (audio).

1 puerto paralelo de 25 pines .1 puerto paralelo de 25 pines .

2 cables de audio Jack macho-2 cables de audio Jack macho-macho de 3,5 mm. , uno stereo y macho de 3,5 mm. , uno stereo y

otro mono.otro mono.

Descripción del primer diseñoDescripción del primer diseño

Descripción del primer diseñoDescripción del primer diseño

P.G.A. (Amplificador de ganancia programable):P.G.A. (Amplificador de ganancia programable):

R(interruptor)=??R(interruptor)=??

Zin = AltaZin = AltaΔ V = 0 vΔ V = 0 v

Descripción del segundo diseñoDescripción del segundo diseño

3. RESULTADOS3. RESULTADOS

Complemento a analizadores comerciales en tareas que Complemento a analizadores comerciales en tareas que requieran una mayor economía o portabilidad. requieran una mayor economía o portabilidad.

Aplicación aplicada a procesos que no necesiten una Aplicación aplicada a procesos que no necesiten una precisión muy elevada.precisión muy elevada.

La utilización de este sistema es para el rango de audio La utilización de este sistema es para el rango de audio frecuencia.frecuencia.

Ninguno de los dos diseños requiere un hardware Ninguno de los dos diseños requiere un hardware especial de adquisición de datos.especial de adquisición de datos.

Ámbito de utilizaciónÁmbito de utilización

Descripción del funcionamientoDescripción del funcionamientoPRIMER DISEÑOPRIMER DISEÑO

Para conectar la muestra al circuito, la Para conectar la muestra al circuito, la conexión se hará mediante dos cables conexión se hará mediante dos cables que en sus extremos llevan que en sus extremos llevan conectados conectores BNC machos.conectados conectores BNC machos.

Conectaremos el puerto paralelo del Conectaremos el puerto paralelo del ordenador a la placa.ordenador a la placa.

Conectamos los cables de audio. Un Conectamos los cables de audio. Un cable es mono (generador de cable es mono (generador de funciones), y otro estéreo (envía al funciones), y otro estéreo (envía al ordenador dos señales).ordenador dos señales).

Conectamos la alimentación.Conectamos la alimentación.

Ejecutamos los programas de: P.G.A. Ejecutamos los programas de: P.G.A. (puerto paralelo), el oscilador (a través (puerto paralelo), el oscilador (a través de tarjeta de audio), recepción de la de tarjeta de audio), recepción de la señal (a través de tarjeta de audio), señal (a través de tarjeta de audio), AUMIX (control del mixer).AUMIX (control del mixer).

Descripción del funcionamientoDescripción del funcionamientoSEGUNDO DISEÑOSEGUNDO DISEÑO

Descripción del funcionamientoDescripción del funcionamientoSEGUNDO DISEÑOSEGUNDO DISEÑO

Conectamos la Conectamos la alimentación a la placa.alimentación a la placa.

Conectamos dos Conectamos dos voltímetros en A y B.voltímetros en A y B.

Ajustamos la frecuencia Ajustamos la frecuencia del oscilador.del oscilador.

Ajustamos la muestra.Ajustamos la muestra.

Validación de los diseñosValidación de los diseñosPRIMER DISEÑOPRIMER DISEÑO

Demostración de los resultados haciendo una simulación y Demostración de los resultados haciendo una simulación y comparando con los reales.comparando con los reales.

El circuito de la simulación es el siguiente:El circuito de la simulación es el siguiente:


Para una mejor visualización de los resultados, Para una mejor visualización de los resultados, realizamos una tabla con valores simulados y reales:realizamos una tabla con valores simulados y reales:

FRECUENCIA Amplitud simulada Desfase simuladaAmplitud

realDesfase

real

200 Hz 0.001194 V 0.00104 seg. 0.001241 V 0.001 seg.

400 Hz 0.024870 V 0.000624 seg. 0.022491 V 0.000612 seg.

1000 Hz 0.036226 V 0.000099 seg. 0.036864 V 0.0000748 seg

2000 Hz 0.041581 V 0.000028 seg. 0.041698 V 0.0067494 seg.

4000 Hz 0.025124 V 0.000062 seg. 0.046863 V 0.0034291 seg.

5000 Hz 0.042844 V 0.000005 seg 0.039242 V 0.0000057 seg.


Mult. mejor que interr. Mult. mejor que interr. especialmente a frecuencias especialmente a frecuencias altas.altas.

Buenos resultados en ambos Buenos resultados en ambos casos.casos.

Peores resultados para Peores resultados para frecuencias altas (sampling frecuencias altas (sampling insuficiente).insuficiente).

A partir de 3 kHz la evaluación A partir de 3 kHz la evaluación de B es muy difícil.de B es muy difícil.

Validación de los diseñosValidación de los diseñosSEGUNDO DISEÑOSEGUNDO DISEÑO

Demostración de los resultados haciendo una simulación y Demostración de los resultados haciendo una simulación y comparando con los reales.comparando con los reales.

El circuito de la simulación es el siguiente:El circuito de la simulación es el siguiente:


Cálculo de la impedancia:Cálculo de la impedancia:

Siendo, G =1, Co =1, Rc = 675Ω y obtenido los valores de A y B Siendo, G =1, Co =1, Rc = 675Ω y obtenido los valores de A y B podemos calcular la impedancia.podemos calcular la impedancia.

Otra demostración de nuestro diseño con impedancia teórica:Otra demostración de nuestro diseño con impedancia teórica:

22

·

BA

CGRZ oc

2tanarg 1

B

AZ

·1

CRZ

2

2

··2·

1

fCRZ

RfCZ

···2·

1tan)arg( 1


Diseño simulado funciona mejor Diseño simulado funciona mejor para muestras capacitivas.para muestras capacitivas.

Diseño real funciona mejor para Diseño real funciona mejor para muestras resistivas.muestras resistivas.

Diferencias poco significativas, Diferencias poco significativas, prob. debido a capacidad parásita.prob. debido a capacidad parásita.

Diferencia nula entre diseño simulado y Diferencia nula entre diseño simulado y teoría.teoría.

Diferencia sistemática entre diseño real Diferencia sistemática entre diseño real y teoría, prob. Debido a un desfase.y teoría, prob. Debido a un desfase.

Magnificación del efecto para Magnificación del efecto para argumentos altos debido a propiedades argumentos altos debido a propiedades función atan.función atan.

Aplicaciones del proyectoAplicaciones del proyecto

Espectroscopia electroquímica EIS de Espectroscopia electroquímica EIS de la impedancia:la impedancia:

Transporte de iones y de electrones en Transporte de iones y de electrones en electrólitos.electrólitos.

Caracterización de interfases y Caracterización de interfases y membranas del metal del electrolito.membranas del metal del electrolito.

Pilas de combustible e investigación de Pilas de combustible e investigación de baterías.baterías.

Sistemas, órganos y estudios biológicos Sistemas, órganos y estudios biológicos del tejido fino.del tejido fino.

Caracterización de la impedancia de la Caracterización de la impedancia de la corrosión de pinturas y de capas corrosión de pinturas y de capas inhibidoras de corrosión.inhibidoras de corrosión.

Análisis general de la impedancia:Análisis general de la impedancia: Desarrollo de sensores, de LCD y de Desarrollo de sensores, de LCD y de

componentes electrónicos.componentes electrónicos. Control de calidad de aislantes, Control de calidad de aislantes,

componentes eléctricos, circuitos componentes eléctricos, circuitos impresos, plásticos, cauchos, líquidos, impresos, plásticos, cauchos, líquidos, pinturas, alimentos, etc.pinturas, alimentos, etc.

Dieléctrico, conductividad, Dieléctrico, conductividad, espectroscopia de la impedancia y espectroscopia de la impedancia y análisis de material:análisis de material:

Polímeros, cauchos, pegamentos, Polímeros, cauchos, pegamentos, epoxis, cristales líquidos, epoxis, cristales líquidos, ferromagnéticos, cerámicas, células ferromagnéticos, cerámicas, células biológicas y líquidos polares: biológicas y líquidos polares: Espectros dieléctricos, relajación Espectros dieléctricos, relajación molecular y dinámica, transición vitrea.molecular y dinámica, transición vitrea.

Análisis del tiempo de polimerización Análisis del tiempo de polimerización para controlar reacciones químicas.para controlar reacciones químicas.

Usos farmacéuticos, caracterización de Usos farmacéuticos, caracterización de medicamentos, distribución en el cuerpo, medicamentos, distribución en el cuerpo, bio impedancia de los medicamentos.bio impedancia de los medicamentos.

Semiconductores, cristales orgánicos.Semiconductores, cristales orgánicos.

Tiene varias aplicaciones y utilidades diferentes:Tiene varias aplicaciones y utilidades diferentes:

3. COMENTARIOS 3. COMENTARIOS FINALESFINALES

Plan de trabajoPlan de trabajo

Montaje del diseño 2 en una placa Montaje del diseño 2 en una placa de baquelita utilizando wire-up y de baquelita utilizando wire-up y estaño.estaño.

Realización de pruebas de Realización de pruebas de funcionamiento del segundo diseño.funcionamiento del segundo diseño.

Calibración de los potenciómetros Calibración de los potenciómetros del oscilador del diseño 2.del oscilador del diseño 2.

Cálculo de las impedancias en el Cálculo de las impedancias en el primer diseño, variando la primer diseño, variando la frecuencia. frecuencia.

Cálculo de las impedancias en el Cálculo de las impedancias en el segundo diseño, variando la segundo diseño, variando la resistencia de la carga. resistencia de la carga.

Validación de los resultados Validación de los resultados simulados con los experimentados simulados con los experimentados en el primer diseño. en el primer diseño.

Validación de los resultados Validación de los resultados simulados con los experimentados simulados con los experimentados en el segundo diseño. en el segundo diseño.

Estudio Estudio del funcionamiento y método del funcionamiento y método de trabajo del analizador de de trabajo del analizador de impedancias. impedancias.

Estudio Estudio de los componentes a utilizar de los componentes a utilizar para el diseño1. para el diseño1.

Comprobación Comprobación de los componentes de los componentes adquiridos montando por etapas el adquiridos montando por etapas el diseño 1 en placa protoboard. diseño 1 en placa protoboard.

Montaje Montaje del diseño 1 en una placa de del diseño 1 en una placa de baquelita utilizando wire-up y estaño.baquelita utilizando wire-up y estaño.

Realización Realización de pruebas del primer de pruebas del primer diseño.diseño.

Mecanización Mecanización de la caja del diseño 1. de la caja del diseño 1. Comprobación Comprobación del funcionamiento del funcionamiento

del diseño 1 en su caja.del diseño 1 en su caja. Estudio Estudio de los componentes a utilizar de los componentes a utilizar

en el diseño 2. en el diseño 2. Comprobación Comprobación de los componentes de los componentes

adquiridos montando por etapas el adquiridos montando por etapas el diseño 2 en una placa protoboard.diseño 2 en una placa protoboard.

Pasos realizados durante el proyecto:Pasos realizados durante el proyecto:

Lista de materialesLista de materialesMaterial Unidades Utilización

Resistencia 1 KΩ, ¼ de vatio y

5% tolerancia1

1er primer diseño amplificador

inversor

Resistencia 2,2 KΩ, ¼ de vatio y

5% tolerancia2

1er diseño muestra y amplificador

inversor

Resistencia 220 Ω, ¼ de vatio y

5% tolerancia1

1er diseño conversor intensidad

voltaje


5% tolerancia1

1er diseño del P.G.A.


5% tolerancia1



5% tolerancia1



5% tolerancia1


Material Unidades Utilización

Resistencia 120 KΩ, ¼ de vatio y 5%

tolerancia1



tolerancia1


Resistencia 1,5 MΩ, ¼ de vatio y 5%

tolerancia1



tolerancia1

2º diseño del oscilador

Resistencia 680 Ω, ¼ de vatio y 5%

tolerancia1

2º diseño del conversor

intensidad voltaje

Resistencia 4,7 KΩ, ¼ de vatio y 5%

tolerancia2

2º diseño filtro sallen & Key

Resistencia 1,2 MΩ, ¼ de vatio y 5%

tolerancia4

2º diseño filtro sallen & Key

Condensador cerámico de 100 nF

11er diseño de la

muestra

Lista de materialesLista de materiales



32º diseño para

oscilador y filtro Sallen & Key


22º diseño para filtro Sallen &

Key

Condensador cerámico de 220

nF1

2º diseño de la muestra


22º diseño filtro Sallen & Key

Potenciómetro de 5 KΩ

12º diseño de la

muestra

Potenciómetro de 100 KΩ

22º diseño del

oscilador

Amplificador operacional

UA7415

Para los dos diseños


Amplificador operacional LMC6062

2Para los dos

diseños

Switch analógico HDF4066B

2Para los dos

diseños

Oscilador XR-8038ACP

1 2ª diseño

Placa fibra de vidrio

2Para los dos

diseños

PresupuestoPresupuesto

MATERIAL UNIDADES PRECIO UNIDAD(€)PRECIO TOTAL

(€)

Resistencias de diferentes valores de ¼ W y 5%

tolerancia19 0,0201 0,3819


1 0,0280 0,0280


3 0,0324 0,0972


2 0,0280 0,056


1 0,0583 0,0583


2 0,0572 0,1144

Potenciómetro de 5 KΩ 1 0,7030 0,950

Potenciómetro de 100 KΩ 2 0,7030 1,406

Amplificador operacional UA741

5 0,1390 0,695

Amplificador operacional LMC6062

2 4,500 9,000

Interruptor integrado HDF4066B

2 0,1610 0,322

PresupuestoPresupuesto

MATERIAL UNIDADES PRECIO UNIDAD(€)PRECIO TOTAL

(€)

Oscilador integrado XR-8038ACP

1 7,7800 7,7800

Placa de fibra de vidrio 2 3,62 7,24

Caja de plástico 1 4,48 4,48

Conectores tipo banana de 4 mm

9 1,08 9,72

Conectores BNC 4 2,56 10,24

Conectores tipo jack hembra 2 1,87 3,74

Puerto paralelo 25 pins 1 2,11 2,11

Cable audio macho-macho mono

1 0,98 0,98

Cable audio macho-macho stereo

1 1,97 1,97

Horas de montaje 15 30 450

TOTAL 510,8057

Realización de un analizador de impedancias de bajo Realización de un analizador de impedancias de bajo coste a frecuencias diferentes controlado por ordenador coste a frecuencias diferentes controlado por ordenador con conexión a una célula de medida. con conexión a una célula de medida.

Validación de un prototipo de analizador de impedancias Validación de un prototipo de analizador de impedancias enteramente analógico, a frecuencia fija. enteramente analógico, a frecuencia fija.

Objetivos conseguidosObjetivos conseguidos

ConclusionesConclusiones Es posible realizar la correlación de Es posible realizar la correlación de

forma totalmente analógica.forma totalmente analógica. En este caso la precisión está limitada En este caso la precisión está limitada

principalmente por: comportamiento no principalmente por: comportamiento no ideal de los componentes y aparición ideal de los componentes y aparición de impedancias parásitas.de impedancias parásitas.

En ambos casos, un voltaje de 5 voltios En ambos casos, un voltaje de 5 voltios es el mejor compromiso para el es el mejor compromiso para el funcionamiento de los diferentes funcionamiento de los diferentes integrados.integrados.

En ambos casos, hay que utilizar En ambos casos, hay que utilizar operacionales de precisión en la última operacionales de precisión en la última etapa.etapa.

En ambos casos, hay que tener cuidado En ambos casos, hay que tener cuidado con la saturación de los operacionales con la saturación de los operacionales de precisión y con la corriente que de precisión y con la corriente que proporcionan los operacionales de uso proporcionan los operacionales de uso general. general.

El procesado digital da mejores El procesado digital da mejores resultados para impedancias resultados para impedancias capacitivas mientras que el procesado capacitivas mientras que el procesado analógico es mas adecuado para analógico es mas adecuado para impedancias resistivas.impedancias resistivas.

El método de correlación de señales El método de correlación de señales permite utilizar una electrónica sencilla permite utilizar una electrónica sencilla para la realización de un analizador de para la realización de un analizador de impedancias. impedancias.

Es factible conseguir tres o cuatro Es factible conseguir tres o cuatro décadas de frecuencias con el décadas de frecuencias con el procesado digital.procesado digital.

Por debajo de 50 Hz la intensidad Por debajo de 50 Hz la intensidad disminuye, debido al aumento de la disminuye, debido al aumento de la impedancia, de manera que no es impedancia, de manera que no es posible una amplificación satisfactoria.posible una amplificación satisfactoria.

Alrededor de 5 kHz el sampling es Alrededor de 5 kHz el sampling es insuficiente para calcular A y B de insuficiente para calcular A y B de manera precisa. manera precisa.

La La precisión que se puede conseguir precisión que se puede conseguir esta limitada principalmente por: esta limitada principalmente por: tolerancia en los valores de los tolerancia en los valores de los componentes y frecuencia de componentes y frecuencia de muestreo. muestreo.

El algoritmo de multiplicación es más El algoritmo de multiplicación es más preciso que el basado en interruptores.preciso que el basado en interruptores.

La tarjeta de sonido tiene un La tarjeta de sonido tiene un rendimiento aceptable como rendimiento aceptable como dispositivo AD/DA.dispositivo AD/DA.

Mejoras futurasMejoras futuras

Primer DiseñoPrimer Diseño

Mejorar Mejorar la calibración de los la calibración de los componentes.componentes.

Augmentar la amplificación de la Augmentar la amplificación de la intensidad para alcanzar intensidad para alcanzar frecuencias más bajas.frecuencias más bajas.

Conectar a un dispositivo AD/DA Conectar a un dispositivo AD/DA con una frecuencia de con una frecuencia de adquisición más elevada. adquisición más elevada.

Segundo DiseñoSegundo Diseño

Realizar Realizar un analizador de un analizador de impedancias con frecuencia y impedancias con frecuencia y ganancia variable, todo ganancia variable, todo analógico.analógico.

Realizar conexión que permita la Realizar conexión que permita la utilización de una célula de utilización de una célula de medida. medida.

Realizar un prototipo robusto y Realizar un prototipo robusto y práctico. práctico.

BibliografíaBibliografía

Electrical Impedance, in Wikipedia – the Electrical Impedance, in Wikipedia – the free encyclopedia.free encyclopedia.

Dielectric spectroscopy, in Wikipedia – Dielectric spectroscopy, in Wikipedia – the free encyclopedia.the free encyclopedia.

Proyecto Proyecto “Aprovechamiento de “Aprovechamiento de ordenadores obsoletos para ordenadores obsoletos para automatizar prácticas de laboratorio”, automatizar prácticas de laboratorio”, realizado por Sergio Egea.realizado por Sergio Egea.

Proyecto “Mejora de las prácticas de Proyecto “Mejora de las prácticas de laboratorio utilizando entrada y salida laboratorio utilizando entrada y salida digital”, realizado por Joan Puig. digital”, realizado por Joan Puig.

Proyecto “Diseño y realización de un Proyecto “Diseño y realización de un electrómetro”, realizado por Xavier electrómetro”, realizado por Xavier Montolio. Montolio.

Impedance Impedance Measurement Techniques: Measurement Techniques: Sine correlation, A.J.Hinton and B. Sine correlation, A.J.Hinton and B. Sayers. Solartran.Sayers. Solartran.

Medidor de la permeabilidad Medidor de la permeabilidad dieléctrica compleja de líquidos en el dieléctrica compleja de líquidos en el rango de audiofrecuencia, H. Murguía rango de audiofrecuencia, H. Murguía Aguilar y Oscar Avellano Tánori. Aguilar y Oscar Avellano Tánori. Electro2001, Instituto Tecnológica de Electro2001, Instituto Tecnológica de Chihuahua. Chihuahua.

Electrical properties of polymers, A.R. Electrical properties of polymers, A.R. Blythe, Cambridge U. Press. Blythe, Cambridge U. Press.

Filter desing in thirty seconds, B. Filter desing in thirty seconds, B. Carter, Texas Instruments Application Carter, Texas Instruments Application Report SLOAΦ93. Report SLOAΦ93.

Donald L. Schilling, Charles Belove, Donald L. Schilling, Charles Belove, (3ª Edición 1993). Circuitos (3ª Edición 1993). Circuitos Electrónicos. Editorial McGraw Hill. Electrónicos. Editorial McGraw Hill.

PROYECTO FINAL DE CARRERA MEDIDA DE LAS PROPIEDADES DIELÉCTRICAS Alumno: Jordi Bustos Romero...

Documents

Transcript of PROYECTO FINAL DE CARRERA MEDIDA DE LAS PROPIEDADES DIELÉCTRICAS Alumno: Jordi Bustos Romero...