Este artículo fue publicado originalmente en 1990. En ese momento se vendieron módulos com los circuitos integrados 7106 y 7107 para una pantalla de cristal líquido. Los módulos originales ya no existen, pero tenemos muchos incluyendo equivalente con los mismos integrados incluso que se puede utilizar en los proyectos que se describen en este artículo.
La empresa ALFACOM S.A (No más existe.) posee en su línea de componentes optoeléclricos. el módulo LCM700 de tres y medio dígitos con MOST display de cristal liquido de gran versatilidad.
Este módulo, que vemos en las fotos, consta de un integrado 7106, un display de cristal líquido de tres y medio dígitos, con indicación de polaridad y punto decimal, además de indicador de descarga de batería, y todos los elementos necesarios para la elaboración de un milivoltímetro básico de 0 a 199,9mV CC.
Partiendo de este módulo, podemos elaborar decenas de proyectos de instrumentos de panel y medición para taller, con gran precisión y facilidad.
Dentro de estos proyectos destacamos los siguientes:
Multímetros (voltímetros, miliamperímetros, ohmímetros]
Termómetros
Fotómetros
Tacómetros
Capacímetros, puentes de impedancias
Indicadores de niveles de líquidos
Velocímetros
Decibelímetros
Está claro que estos son apenas algunos de los aparatos que se pueden elaborar fácilmente, ya que, partiendo de los principios básicos de operación del módulo, podrá crear el instrumento que necesita para determinada aplicación.
Las características del visor son:
Altura de los dígitos: 12,7 mm
Accionamiento continuo: (direct drive/ static)
Temperatura de operación: -10 a +60º C
Temperatura de almacenamiento: -20 a 60º C
Tensión de operación: (25º C): 3,0V
Tiempo de subida: (25º ): 120rns
Tiempo de descenso: (25º C): 100 ms
Frecuencia de operación 130 a 500 kHz
Capacidad: 10 pF/rnm2
Resistencia (cc): 100M
Razón de contraste: 20:1
Consumo de corriente: 15 nA/mm2
Con una fuente de alimentación de 9 V el módulo presenta un consumo muy bajo de corriente, pudiendo ser usado en instrumentos portátiles o de panel de funcionamiento continuo.
El módulo LCM300
Una mejor comprensión de las características del integrado conversor A/D usado en este módulo, que es el NJU7106D, puede lograrla leyendo el artículo "Conozca el 7106/7107".
En la figura 1 tenemos el diagrama completo del módulo, observando que apenas son necesarios tres componentes externos para la elaboración de un milivoltímetro básico de 199,9V.
Estos componentes son la fuente de alimentación de 9 V, un resistor de 24 k y un trimpot. que consiste en un único ajuste del aparato, para una tensión de referencia de 199,9 mV.
Los componentes ya existentes en la placa de circuito impreso ejercen funciones predefinidas, descriptas a continuación.
El resistor R1 y el capacitor C1 forman el circuito de temporización, responsable por la velocidad de display. Los valores elegidos permiten la operación en una frecuencia de 48 kHz (R1 : 100 k y Cl : 100 pF), lo que resulta en tres lecturas por segundo.
En caso que se desee alterar la razón de lectura, podrán calcularse nuevos valores de C1, ya que se recomienda que R1 se mantenga fijo. La fórmula que permite calcular la nueva frecuencia de operación es:
F = 45/(R1xC1)
Donde:
R1 es dado en kilohm,
C1 en picofarad,
y la frecuencia obtenida será en kilohertz.
Para eliminar la captación de zumbidos en la red de 50 Hz es importante que el cielo de integración de las señales de entrada sea un múltiplo de este valor.
De esta forma, las frecuencias indicadas en la tabla son las mejores para esto.
El módulo posee dos jumpers (J1 y J2) que corresponden respectivamente a la interconexión de los pinos 5 y 6 del conector REF LO y COMMON, y 6 y 8 del conector COMMON con INPUT LO. Para aplicaciones en que no se usen estas conexiones se pueden retirar los jumpers.
Tanto el amplificador aislador como el integrador presentan etapa de salida en clase A con corriente de reposo de 100 microampères de comente, manteniendo elevada linealidad.
Siendo así, el resistor de integración (R3) debe ser suficientemente alto para escapar de esta limitación, pero, en contrapartida, lo suficientemente bajo en relación a las corrientes de fuga que ocurren en uso normal, ya que su montaje se hace en placa de circuito impreso. Este es uno de los motivos por los cuales el LMC300 viene en placa de fibra de vidrio de categoría profesional que, prácticamente, no absorbe humedad.
Para un fondo de escala de 1,999V recomendamos que R3 sea de 47k y, en la versión básica, para fondo de escala de 199,9 mV, R3 será de 47k.
El capacitor de integración (C5) debe elegirse de modo que proporcione 1a máxima excursión de tensión posible, sin saturar el integrador, lo que corresponde a aproximadamente 0,3V de la tensión de la fuente.
De este modo, cuando el ”COMMON" analógico se usa como referencia, recomendamos una excursión entre -2 y +2 V para el integrador y, de esta manera, para la frecuencia de clock que usamos, o sea, 48 kHz, el valor nominal de C5 será de 220 nF.
Está claro que, si se usa otra frecuencia de clock este valor debe modificarse en proporción inversa para que se mantenga la excursión de tensión. Se deben usar capacitores de baja fuga y pequeña histéresis, afín de obtener alta precisión de lectura.
El valor del capacitor de autocero (C4) presenta cierta influencia en la obtención de mínimo nivel de ruido en el sistema.
Para la escala de 199,9mV, en que es necesario tener bajo nivel de ruido, recomendamos un capacitor de 470 nF. Ya para la escala de 1,999V, un valor de 47nF acelera la recuperación de la condición de transbordo (overflow) sin, con todo, perjudicar el nivel de ruido.
En la mayoría de las aplicaciones el uso de un capacitor de referencia (C2) de 100 nF satisface, pero para seriales de alto nivel en modo común, y para fondo de escala de 199,9mV, sugerimos que el C2 sea de 1 µF para mantener el error de lectura en 0,5 del conteo.
La tensión analógica de entrada necesaria para generarse salida plena, o sea, fondo de escala y Vref= 1 V para RE = 2V. Pero, como en la mayoría de las veces en que usan transductores para la medición de las más diversas magnitudes, existe un factor de escala no entero para el Vref que debe ser convenientemente calculado.
Por ejemplo, tenemos un generador tacométrico que nos da la tensión de salida de 0,826 V cuando la velocidad de rotación es de 2000 RPM. La tensión de referencia deberá ser de 0,413V para que la lectura 2000 pueda ser efectuada cuando la tensión de entrada de 0,826V sea aplicada.
APLICACIONES
1) Milivoltímetro 1,999 mV
Evidentemente, se trata de la aplicación básica para el módulo que puede ser usado como un milivoltímetro de corriente continua, alimentado por batería o fuente de 9 V, con consumo muy bajo de corriente, y cuyo diagrama corresponde al ya presentado en la figura 1.
Para utilización en instrumentos de medición, en que deseamos un punto decimal fluctuante, tenemos el circuito mostrado en la figura 2.
La tensión de referencia debe ser ajustada en el trimpot para 199mV y el trimpot debe ser de precisión.
El integrado adicional usado es un CD4030-CMOS, que presenta consumo muy bajo, y a través del cual podemos encaminar los niveles lógicos de activación de los puntos decimales y de la indicación de batería descargada (DO BAT). En esta aplicación, los puntos 5, 6 y 8 deben ser unidos a través de jumpers.
2. Voltímetro con diversas escalas
En la figura 3 damos el divisor de tensión para la utilización del módulo en un voltímetro de cuatro escalas, con fondos de 200 mV, 2 V, 20 V y 200 V.
La precisión de los resistores va a determinar la precisión de la lectura, siendo indicados tipos de 1% 6 2%. Para la obtención de valores no comerciales, sugerimos la asociación de unidades de valores comunes con las tolerancias indicadas la resistencia de entrada de este circuito os de 10 k y el único ajuste es el trimpot de referencia para la lectura deseada, o sea, aplicando 1,999 mV en la entrada y ajustando para esta lectura.
Para este circuito, el punto decimal debe ser accionado aprovechando una segunda sección de la propia llave selectora de tensiones.
3. Amperímetro CC
En la figura 4 tenemos el circuito de un divisor de corriente (shunt) para medidas de corrientes en cinco escalas, correspondiendo a fondos de 200 µA, 2 mA, 20 mA, 200 mA y 1ª.
El fusible de protección de 3A es muy importante, debiendo usarse uno del tipo de acción rápida. La precisión de los resistores determina la precisión de la medición y su disipación debe calcularse en función de las corrientes máximas que deben conducir.
Para la conmutación debe usarse una llave con baja resistencia de contacto, adecuada para instrumentación, y una segunda sección se aprovechará para el accionamiento del punto decimal.
4. Anemómetro
La localización de un generador eólico o de una bomba de agua movida por el viento debe ser estudiada basándose en los vientos predominantes de una región. Del mismo modo, los aeropuertos y otras instalaciones que son influenciadas en un funcionamiento por el viento necesitan un control constante de este fenómeno.
Un anemómetro para uso fijo o portátil puede elaborarse fácilmente basándose en el módulo LCM700.
Un pequeño motor de corriente continua genera una tensión proporcional a la velocidad del viento, que, a través de un factor conveniente de conversión, puede leerse en el módulo. El circuito básico aparece en la figura 5.
Para mover el eje del pequeño motor que funciona como generador, podemos usar um sistema de] tipo mostrado en la figura 6.
Este sistema se caracteriza por medir la velocidad del viento independientemente de su dirección, a diferencia de una hélice, que necesita estar apuntada en la dirección de donde sopla el viento.
La calibración se hace con la elección conveniente de los componentes que determinan el factor de escala, teniendo por base un anemómetro comercial o indicaciones proporcionadas de velocidad. El capacitor electrolítico inmediatamente después del diodo determina la velocidad de recuperación del circuito, impidiendo oscilaciones bruscas de lectura, y su valor depende del tipo de generador usado, o sea, de las características del pequeño motor. Su valor estará típicamente entre 1 y 22 µF.
Del mismo modo, el trimpot debe ser ajustado para que no tengamos tensión superior a 1,999mV con velocidad máxima prevista.
El punto decimal puede ser activado de acuerdo con el tipo de lectura deseada, siendo una sugerencia posible su colocación después del tercer dígito, lo que nos llevaría a una escala de 000,0 a 199,9 km/h para la velocidad leída, con componentes determinantes del factor de escala debidamente calculados.
Está claro que también podemos hacer la escala en nudos, lo que será interesante en las aplicaciones que involucren a la aviación y la navegación marítima.
El sensor puede ser instalado lejos del módulo de lectura, agregándole un cable blindado empleado para evitar la captación de zumbidos, que influirían en la indicación.
Con adaptaciones en el sensor, el mismo sistema se puede emplear para la medición de la velocidad de una corriente de agua o incluso del flujo de líquido en una canalización, como sugiere la figura 7.
Está claro que los factores de escala son muy importantes en estas aplicaciones dependiendo exclusivamente del tipo de sensor empleado.
También se debe considerar la linealidad del transductor, lo que puede exigir, en algunos casos, el uso de circuitos adicionales para conseguir una buena precisión en toda la extensión de la escala.
5. Fotómetros
Fotómetros y aparatos semejantes, como medidores de transparencia, fotocolorímetros, etc., pueden elaborarse basándose en el módulo y en la versión más sencilla, usando como transductor apenas una foto-célula.
Esta fotocélula puede ser hasta un transistor de potencia, como el 2N3055, sin la cubierta protectora, con un resistor que determinará el límite de tensión de entrada y también servirá como carga, determinando la curva de respuesta del sistema.
En la figura 8 tenemos el circuito sugerido.
La utilización de filtros permite usar el medidor en diversas aplicaciones y la determinación del factor de escala dependiendo de la unidad que se desea usar, además de la aplicación.
Un luxómetro más preciso, que usa una célula solar que proporciona una corriente de 200 µA con 1000lux, aparece en la figura 9.
Este tipo de célula posee una curva corriente/iluminación bastante lineal, lo que permite la elaboración de un instrumento de excelente precisión.
Conclusión
En aplicaciones más sofisticadas como, por ejemplo, tacómetros, ohmímetros, termómetros, pueden ser necesarios circuitos más elaborados para los transductores, debido a las propias características de sensibilidad de los transductores y la necesidad de conseguir una tensión linealmente proporcional a la magnitud medida.
Para estos proyectos iniciales, como no necesitamos muchos componentes además de los que vienen montados en el propio módulo, no hay necesidad de placa de circuito impreso adicional y tampoco un di bujo de la disposición real de los componentes. Las conexiones son simples y directas, debiendo solamente tomar precauciones en relación a la captación de ruidos cuando los transductores estuvieran lejos.
Para aplicaciones tijas, con fuente de alimentación, dado el bajo consumo, se puede usar el circuito de la figura 10.
La calibración puede hacerse con un multímetro común, aplicando 199,9 rnV en la entrada, con el circuito de la figura 11, y ajustando el trimpot para esta lectura.
El fabricante del módulo podrá estudiar, en el caso de aplicaciones industriales, su provisión con placa que ya tenga previsto el lugar para los componentes que forman el circuito del sensor.