ING. LUIS A. HERNÁNDEZ OSPINO

ELECTIVA I

Instrumentación Electrónica

Instrumentación Electrónica

Instrumentación Electrónica.

Instrumentación Electrónica

es la rama de la electrónica principalmente analógica, que se encarga del diseño y manejo de los aparatos electrónicos y eléctricos, sobre todo para su uso en mediciones.

la instrumentación electrónica se aplica en el sensado y procesamiento de la información proveniente de variables físicas y químicas, a partir de las cuales realiza el monitoreo y control de procesos, empleando dispositivos y tecnologías electrónicas.

Instrumentación Electrónica

ING. LUIS A. HERNÁNDEZ OSPINO

ELECTIVA I

Sistemas de Adquisición de Datos

INTRODUCCION

Los sistemas de adquisición de datos nos ayudan a medir información presentada en forma digital o analógica.

Las señales digitales pueden venir de una variedad de fuentes

tales como: interruptores, relevadores, interfaces compatibles con niveles TTL, etc.

Las señales analógicas vienen de diferentes instrumentos,

sensores o transductores que convierten energía en forma de

presión, posición o temperatura en voltaje.

INTRODUCCION

Las señales analógicas no pueden procesarse directamente en un microcontrolador o una computadora, deben convertirse primero a un número digital. A este proceso se le llama Conversión Analógica Digital (CAD)

El proceso complementario, Conversión de Digital a Analógico (CDA), cambia datos digitales en señales de voltaje o corriente.

Ambos procesos permiten la medición y el control computarizado de procesos industriales y experimentos de laboratorio.

Transductores y Actuadores

Los Transductores convierten temperatura, presión, nivel, longitud, posición etc. en voltaje, corriente, frecuencia, pulsos u otras señales

Los Actuadores son dispositivos que activan procesos de control de equipo por medio de neumática, hidráulica, energía eléctrica, etc.

Acondicionamiento de Señal

Los circuitos de acondicionamiento de señales mejoran la calidad de la señal generada por el transductor antes de que sean convertidas a señales digitales (CAD)

Algunos ejemplos de acondicionamiento de señal son: Escalamiento, amplificación, linealización, filtrado, atenuación, excitación, etc.

Acondicionamiento de Señal

AmplificadorAislamientoFiltradoExcitaciónLinealizacionAcoplador de impedanciaAtenuadores

Amplificador de Entrada

En algunos casos se requiere de un amplificador a la entrada. Estos amplificadores nos sirven para reforzar (buffer) la señal de entrada y darle ganancia.

Aislamiento

Otro acondicionamiento útil es aislar el transductor de la computadora por razones de seguridad. El equipo que se monitorea puede manejar altos voltajes que podrían dañar el sistema.

Otra razón para aislar eléctricamente, es asegurar que las lecturas del transductor no se vean afectadas por las diferencias de potencial de las. tierras

Filtrado

El propósito de filtrar es eliminar señales no deseadas de la señal que se trata de medir

Un filtro de ruido se utiliza normalmente en señales de DC, tales como temperatura para atenuar señales de alta frecuencia.

Señales de AC, tales como vibración, requieren de otro tipo de filtrado, conocido como antialiasing. Este es también un filtro pasa bajas, pero en este caso se requiere de un corte bastante pronunciado. Si no se eliminan estas señales, aparecerán repetidas erróneamente.

Excitación

El acondicionamiento también puede incluir excitación para algunos transductores. Galgas extensiométricoas, termistores y RTDs por ejemplo requieren de voltaje o corrientes externas.

Las mediciones con RTD, por ejemplo, requieren una fuente de corriente para convertir las variaciones de resistencia en variaciones de voltaje.Las galgas extensiométricos, que son usualmente de resistencias bajas, utilizan un puente de Wheatstone con excitación de voltaje.

Linealización

Muchos sensores, los termopares entre otros, tienen una respuesta no lineal por lo que se requiere de un procesado para linealizar y hacer mas fácil de manejar su medición.Existen diferentes métodos para

Existen diferentes métodos para linealizar la respuesta de un sensor, desde utilizar circuitería (hardware) como por ejemplo conectar redes de resistencias, hasta utilizar programación (software) para procesar los datos y aplicarles algún algoritmo.

Acoplador de impedancia

Ciertos tipos de transductores tienen una impedancia de salida muy alta y no son capaces de entregar la corriente suficiente para alimentar una entrada “normal” de voltaje

Si estos transductores se conectan directamente a una entrada “normal” la señal entregada se vera distorsionada, Ejemplos de estos sensores son: medidores de pH y concentración de gas.Por tanto requieren sistemas de medición con alta impedancia de entrada

Atenuadores

En algunos casos se requiere monitorear señales de la energía eléctrica de alto voltaje (117, 220, 1kV, etc.). Esto se hace por medio de puentes divisores de voltaje

Salidas Analógicas

Lo contrario a la CAD es la CDA. Estos dispositivos convierten información digital a voltaje o corriente.Estos dispositivos son necesarios para controlar eventos del mundo real

Las salidas analógicas pueden controlar directamente procesos o equipos. El proceso a su vez puede entregar una señal analógica que se puede conectar a las entrada analógicas del sistema de adquisiciónEsto se conoce como control de lazo cerrado

Resolución de Salida

La resolución de salida de un sistema de adquisición es similar a la resolución de entrada

Es el número de bits en el código digital que genera la salida analógica.

Un número grande de bits reduce la magnitud de cada incremento en voltaje, logrando así que se puedan efectuar cambios suaves en las señales de salida

Entradas/Salidas Digitales

Las entradas y salidas digitales son utilizadas normalmente para controlar procesos, generar patrones de prueba y comunicarse con equipo periférico

En cualquier caso los parámetros importantes es el número de entradas o salidas digitales disponibles, la velocidad con que se pueden medir/cambiar y la capacidad de manejo de voltajes o corrientes.

Métodos de Transferencia de Datos

Finalmente una vez que se obtienen las mediciones es necesario transferirlas a algún lugar, ya sea para su almacenamiento o para su procesado

Calibración Analógica

Para mantener precisión los convertidores AD y DA requieren de calibraciones periódicas. Esto ayuda a compensar la tendencia en los circuitos analógicos de cambiar sus características con el tiempo

Históricamente se han utilizado los potenciómetros que permiten manualmente calibrar los sistemasUna mejor opción son los CDA utilizados para digitalmente efectuar la calibración. Los valores de calibración se almacenan luego en memoria no volátil

Sensores

¿Qué es un Transductor?Un transductor es un dispositivo que transforma un tipo de variable física

(por ejemplo fuerza, presión, temperatura, velocidad, etc.) en otro.

¿Qué es un sensor?Un sensor es un transductor que se utiliza para medir una variable física

de interés.

Algunos de los sensores y transductores utilizados con más frecuencia son los calibradores de tensión (utilizados para medir la fuerza y la presión), los termopares (temperaturas), los velocímetros (velocidad).

Clasificación de los sensores

Clasificación según el principio físico

Clasificación según el tipo de señal eléctrica

Según el tipo de señal eléctrica que generan

Sensores AnalógicosSensores que generan señales eléctricas denominadas analógicas, que pueden tomar cualquier valor dentro de unos márgenes determinados y llevan la información en su amplitud.Consideraciones:

El mundo físico es en general analógico -> La mayoría de sensores proporciona este tipo de señales.

Las señales tienen problemas de ruido, interferencias y distorsión, por lo que es necesario un circuito de acondicionamiento

Según el tipo de señal eléctrica que generan

Sensores Digitales

Sensores que generan señales eléctricas que solo toman un numero finito de niveles entre un máximo y un mínimo.

Según el rango de valores de salida

Sensor de medida: Proporciona a la salida todos los valores posibles correspondientes a cada valor de la variable de entrada dentro de un determinado rango.

Sensor todo-nada: Detecta si la magnitud de entrada está por encima o por debajo de un determinado valor. Proporciona a la salida una señal eléctrica que solo puede tomar dos valores.

Según el nivel de integración de los sensores

Sensor discreto: Sensor en el que el circuito de acondicionamiento se realiza mediante componentes electrónicos separados e interconectados entre sí.

Sensor integrado: Elemento sensor y circuito acondicionador (al menos este ultimo) construidos en un único circuito integrado, monolítico o hibrido.

Sensor inteligente: Realiza al menos una de las siguientes funciones Cálculos numéricos Comunicación en red ( No una punto a punto) Auto calibración y auto diagnostico Múltiples medidas con identificación del sensor

Imágenes de sensores

Imágenes de sensores

Imágenes de sensores