5. 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
6. ING. LUIS A. HERNÁNDEZ OSPINO
ELECTIVA I
Sistemas de Adquisición de Datos
7. 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.
8.
9. 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.
10. 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.
11. 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.
13. 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.
14. 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
15. 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.
16. 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.
17. 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.
18. 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
19. 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
20. 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
adquisición
Esto se conoce como control
de lazo cerrado
21. 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
22. 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.
23. 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
24. 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 sistemas
Una mejor opción son los
CDA utilizados para
digitalmente efectuar la
calibración. Los valores de
calibración se almacenan
luego en memoria no volátil
25. 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).
29. Según el tipo de señal eléctrica que generan
Sensores Analógicos
Sensores 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
30. 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.
31. 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.
32. 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
