Introducción
Las señales analógicas no pueden procesarse directamente en 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 deprocesos industriales y experimentos de laboratorio
Introducción
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. Con la interfase apropiada se pueden directamente por la computadora
Las señales analógicas vienen de diferentes instrumentos, sensores o transductores que convierten energía en forma de presión, posición o temperatura envoltaje
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, compensación de unión fría, filtrado, atenuación, excitación, etc.
Entradas Analógicas
Las entradas analógicas se convierten en señales digitales en el CAD. La exactitud de la conversión depende de la resolución y linealidad del convertidor
El error de ganancia y de desbalance también afectan la exactitud de la medición
Un convertidor ideal tiene una alinealidad de ½ LSB
Diferenciales/Sencilla
En una entrada sencilla se mide el voltaje entre el canal de entrada y la tierra analógica. Cada canal pude utilizarse para diferentes dispositivos. El dispositivo debe entregar una señal con referencia a la tierra analógica
En una entrada diferencial se puede medir el voltaje entre dos terminales, esto requiere de dos canales de entrada por dispositivo pero tiene la ventaja que puede medir dispositivos que no pueden referenciarse a la tierra analógica y cancelan el ruido del modo común
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
Normalmente la ganancia para cada canal de entrada esta calculada para que la señal de entrada utilice el máximo alcance del CAD. Esto ocasiona que el alcance efectivo a la entrada sea más fino
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
Multicanalizado/Número de Canales
Una técnica muy utilizada para medir varias señales con un solo dispositivo de medición es la multicanalización. Esto se utiliza normalmente en señales que no cambian rápidamente
El CAD convierte un canal cuando termina convierte el siguiente y así sucesivamente hasta terminar con todos los canales
Esto hace que al velocidad efectiva de conversión dependa del número de canales que se están muestreando
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 extensiométricos (strain gauges), 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 linelizar 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
Señales de Voltaje
La señal de interfase mas utilizada es, sin lugar a dudas, la señal de voltaje. Termopares, galgas, medidores de presión producen una señal de voltaje.
Los sistemas de adquisición usualmente son capaces de manejar directamente entradas de bajo voltaje. Por bajo voltaje nos referimos a señales de unos cuantos milivolts
Existen 3 aspectos que importantes que deben de ser considerados: Amplitud, Frecuencia y Duración
Alta Impedancia de Entrada
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
Señales de Corriente
La corriente se utiliza para transmitir señales principalmente en ambientes ruidosos, porque se ve menos afectada por estos ruidos
Las escala completa más utilizada (industrialmente) es de 4 a 20 mA o 0 a 20 mA
La escala de 4 a 20 mA tiene la ventaja de que aun cuando la señal este en su nivel mínimo se debe detectar al menos un flujo de corriente. La ausencia de este flujo de corriente nos indica un problema en al conexión. Usualmente antes del CAD se convierte a voltaje
Señales de Potencia
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
Como la señal de estas fuentes de energía suele ser de AC, un acondicionador de señal que nos entregue una señal de DC proporcional a la media cuadrática de la amplitud es muy útil
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