- Sistema Básico de
Medición - Los sistemas de
instrumentación Analógicos y
Digitales - Sistema Generalizado de
Adquisición de Datos
Sistema
Básico de Medición:
Esta compuesto principalmente por un transductor,
acondicionador de señal y una unidad de grabado, almacenamiento o
indicación.
El transductor o detector primario (ó sensor) es
el elemento o grupo de
elementos que responde a la cantidad física a ser medida y
utiliza energía de dicha cantidad para transformar su
propio estado en tal
forma que el resultado de dicha transformación pueda ser
utilizado como información útil y representativa de
dicha cantidad.
Una célula
fotovoltaica es un caso típico de transductor que toma la
energía proveniente de la luz y produce a
su salida (bajo condiciones de corto circuito) una corriente
proporcional a la intensidad de la luz incidente en un ancho de
banda dado.
Otro ejemplo es el potenciómetro el cual produce
como salida un cambio en la
resistencia vista
desde un extremo hasta la toma central o cursor. Dicha salida o
cambio de resistencia está relacionada con la
posición angular del eje (para el caso de
potenciómetros rotativos) mediante una ley que puede o
no ser lineal.
En ambos casos la información que se quiere medir
ha sido transformada en una variable que puede ser
manipulada.
Sin embargo, antes de poder ser
almacenada, indicada, transmitida o usada como acción
de control,
será necesaria una etapa intermedia con el objeto de
producir niveles y formas de señal apropiadas para dichas
tareas.
Los sistemas de
adquisición de datos se utilizan
para medir y registrar señales
obtenidas básicamente de dos maneras:
a) Aquellas que se originan a partir de la
medición directa de cantidades eléctricas, que
pueden incluir voltajes de cd y ca,
frecuencia o resistencia; suelen hallarse en las áreas
de prueba de componentes electrónicos, estudios
ambientales y trabajos de control de
calidad.
b) Señales que se originan a partir de
transductores, como galgas extensiométricas y
termopares.
Los sistemas de
instrumentación se pueden clasificar en dos
clases principales: Analógicos y Digitales.
Los sistemas analógicos tratan en forma
analógica la información de mediciones. Un sistema
analógico se puede definir como una función
continua, como una gráfica de voltaje contra tiempo, o
desplazamiento contra presión.
Los sistemas digitales manejan la
información en forma digital. Una cantidad digital puede
consistir en un número de pulsos discretos y discontinuos
cuya relación de tiempo contiene información
referente a la magnitud o naturaleza de
la cantidad.
Un sistema de adquisición de datos analógico
consta de algunos o todos los elementos
siguientes:
- Transductores: Para la transformación
de parámetros físicos en señales
eléctricas. - Acondicionadores de señales Para la
amplificación, modificación o selección de ciertas partes de estas
señales. - Dispositivos de presentación visual
Para monitoreo continuo de las señales de entrada. Estos
dispositivos pueden incluir osciloscopio
de varios canales o de un solo canal, osciloscopio de
almacenamiento, panel de medidores, desplegados
numéricos, etcétera. - Instrumentos de registro de
gráficas Para obtener un registro permanente de los
datos de entrada. Estos incluyen registradores de tinta y
plumilla para proporcionar registros
continuos en cortes de papel, sistemas de registro
óptico como los registradores de galvanómetro de
espejo y los registradores ultravioleta. Instrumentación
de cinta magnética para guardar los datos de entrada,
conservar su forma eléctrica original y reproducirlos
posteriormente para un más detallado.
Un sistema de adquisición de datos digital puede
incluir algunos o todos los elementos que se muestran en la
figura 2. Las operaciones
esenciales dentro de un sistema digital incluyen
manipulación de señales analógicas,
medición, conversión y manejo de datos digitales, y
programación y control
interno.
La función de cada elemento del sistema de la
figura 1 se describe a
continuación.
- Transductor. Transforma parámetros
físicos en señales eléctricas aceptables
par el sistema de adquisición. Algunos parámetros
son la temperatura,
presión, aceleración, desplazamiento de pesos y
velocidad;
también es factible medir directamente cantidades
eléctricas, como voltaje, resistencia, o
frecuencia - Acondicionador de señal. Por lo general
incluye la circuitería de soporte para el transductor.
Esta circuitería puede proporcionar la energía de
excitación, circuito de equilibrio y
elementos de calibración. Un ejemplo de acondicionador
de señal es un puente balanceado con una galga
extensométrica y unidad de fuente de
energía. - Explorador o multiplexor. Acepta
múltiples entradas analógicas y las conecta
secuencialmente a un instrumento de
medición. - Convertidor de señal. Transforma la
señal analógica en una forma para el convertidor
analógico-digital. Un ejemplo de este dispositivo es un
amplificador de voltajes de bajo nivel generados por termopares
o galgas extensiométricas. - Convertidor analógico-digital (ADC).
Convierte el voltaje analógico a su forma digital
equivalente. La salida del convertidor A/D se puede desplegar
visualmente y estar disponible como voltaje en pasos discretos
para procesamiento posterior o grabación en un
registrador digital. - Equipo auxiliar. Esta sección contiene
instrumentos para funciones de
programación de sistemas y procesamiento digital de
datos. Las funciones auxiliares incluyen linearización y
comparación de límites.
Estas funciones se pueden ejecutar mediante instrumentos
individuales o mediante una computadora
digital. - Registrador digital. Registra
información digital en tarjetas
perforadas, cinta de papel perforado, cinta magnética,
páginas mecanografiadas o una combinación de
estos sistemas. El registrador digital puede ir luego de una
unidad de acoplamiento que transforma la información
digital en la forma apropiada para la entrada del registrador
digital seleccionado.
Para ver el
gráfico seleccione la opción "Descargar" del
menú superior
Los sistemas de adquisición de datos se utilizan
en un gran número de aplicaciones (en constante aumento),
en una variedad de áreas industriales y
científicas, como la industria
biomédica, aeroespacial y telemetría. El tipo de
sistema de adquisición de datos, analógica o
digital, depende del uso de los datos registrados.
En general, los sistemas de datos analógicos se
utilizan cuando se requiere un amplio ancho de banda o cuando se
puede tolerar poca exactitud. Los sistemas
digitales se aplican cuando el proceso
físico que en estudio varía poco (ancho de banda
angosto) y cuando se necesita una exactitud alta y bajo costo por
canal.
Los sistemas digitales varían en complejidad
desde sistemas de un solo canal para medición y registro
de voltajes de cd hasta sistemas automáticos de
múltiples canales, los cuales miden un gran número
de parámetros de entrada, los comparan con respecto a
condiciones o límites preestablecidos y llevan a cabo
cálculos y toman decisiones sobre la señal de
entrada. Los sistemas digitales en general son más
complejos que los analógicos, tanto en términos de
volumen y
complejidad de los datos de entrada que pueden
manejar.
Los sistemas de adquisición de datos a menudo
utilizan registradores de cinta magnética. Los sistemas
digitales requieren convertidores para cambiar voltajes
analógicos en números o cantidades digitales
discretas. Inversamente, la información digital se puede
convertir de nuevo en analógica, como voltaje o corriente,
con lo cual puede utilizarse como una cantidad de
realimentación que controla un proceso
industrial.
Sistema Generalizado de Adquisición de
Datos.
En muchos casos, la señal o información
resultante puede requerir un procesamiento que generalmente
está a cargo de un microprocesador,
microcomputador o minicomputadora, dependiendo esto de muchos
factores que van desde las consideraciones económicas, a
las puramente técnicas.
Por otra parte, un multiprocesamiento de la
información proveniente de más de una parte del
proceso o de varios procesos puede
ser necesario.
El sistema básico de medición queda
entonces como se muestra en la
figura 3.
Debe observarse, de la figura anterior, que han sido
incorporados nuevos detalles.
En primer lugar, se intenta obtener información
acerca de varios transductores mediante el uso de un solo
convertidor Analógico/Digital (AID), así como
también, un solo elemento de procesamiento. La
razón imnediata es fundamentalmente económica, ya
que, en general, el elemento más costoso en cualquier
sistema de adquisición de datos que manipule a la
señal en forma digital, es el convertidor AID, apartando
por supuesto el costo del procesador.
convertidores A/D como señales deban ser
procesadas. Como se discutirá más adelante,
ésta puede ser una solución necesaria en casos de
señales que varíen rápidamente con el
tiempo.
El sistema generalizado de adquisición de datos
trabaja como sigue: El procesador es el centro del sistema y es
responsable no solamente delprocesamiento propiamente dicho de la
información, sino también, se encarga del control
de los demás bloques del sistema con el objeto de que
operen en forma coordinada. Los transductores son elementos que
obtienen energía de la cantidad fisica a ser medida y
producen una señal eléctrica (tensión o
comente) que pueda ser tratada
electrónicamente.
La señal eléctrica proveniente de los
sensores debe
ser acondicionada con el objeto de que presente
características adecuadas desde el punto de vista de ancho
de banda, nivel, impedancia y ruido para que
pueda ser muestreada en el muestreador.
El muestreador ("Multiplexer") es responsable de la
selección en el momento oportuno (requerido por el
procesador) de una de las señales provenientes de los
acondicionadores. Con el objeto de que la señal permanezca
constante durante el tiempo de conversión, ésta es
mantenida con el nivel que tenía al momento de su muestreo,
mediante el dispositivo de retención, el cual actúa
como una memoria
analógica.
El convertidor Analógico/Digital (A/D), se
encarga de llevar las señales analógicas presentes
en el retentor, a forma digital de manera que puedan ser
procesadas por el procesador.
La información obtenida por éste,
podrá ser filtrada digitalmente, así como
también, usada para controlar algún sistema,
almacenada, mostrada o transmitida a lugares remotos.
Hector A. Navarro D (1995).
Instrumentación Electrónica Moderna. Editorial
Innovación Tecnológica –
Facultad de Ingeniería Universidad
Central de Venezuela
William D. Cooper y Albert D. Helfrick (1991).
Instrumentación Electrónica
Moderna. Editorial Prentice Hall.
Realizado por:
Irlenys Tersek Rodríguez
Ingeniero en Electrónico en
Computación
Chivacoa, Junio 10 de 2005