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JULIO 2004
Sistema de Mediciòn
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JUNIO 2004
Medición con Sensores Resistivos
Los puentes de Whwatstone, son circuitos muy
utilizados para la medición de cambios de
resistencias en un dispositivo, donde se necesite
de equilibrio mas amplificación de la señal.
Sin embargo si analizamos el caso de un circuito
que se calibra en laboratorio con el sensor y
luego se instala en campo con la conexión de
cables de extensión. La salida se ve afectada por
la inclusión de un valor resistivo adicional
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JUNIO 2004
Medición con Sensores Resistivos
Para solucionar estos problemas ocasionados por
la adición de la resistencias de los cables, se
utilizan conexiones de tres o cuatro hilos en los
sistemas de medición a distancia y de esta manera
compensar al desequilibrio del puente por
variación de resistencia.
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JUNIO 2004
Medición con Sistemas de Adquisición de Datos
Al medir una señal analógica con un sistema de
adquisición de datos existen tres formas o
categorías de llevarla a cabo. Ellas son ?
Diferencial ? Referencia única ? No
referencia única Las formas se dan en función a
como vayan a ser tratadas las señales por el
sistema de adquisición de datos, además de las
características de aislamiento, niveles de
tensión y protecciones de los circuitos de
entrada y salida del sistema de medición .
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JUNIO 2004
Medición con Sistemas de Adquisición de Datos
Medición de modo Diferencial En un sistema de
medición diferencial ninguna entrada es conectada
a una referencia fija, tal como tierra. La Figura
muestra este sistema de medición para un sistema
de adquisición de datos con ocho canales
analógicos de entrada, como se puede observar
cuando se usa este sistema el número de canales
de entrada se reduce a la mitad, ya que se
requieren dos canales para conformar un canal en
modo diferencial. En esta tarjeta el terminal
etiquetado AIGND es la tierra del sistema
eléctrico.
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JUNIO 2004
Medición con Sistemas de Adquisición de Datos
Medición de modo referencial En un sistema de
medición con referencia única, los canales
analógicos de entrada están referenciados a la
tierra del sistema eléctrico. En la figura se
muestra al sistema de adquisición de datos de 8
canales conectada para realizar medición con
referencia única, como se puede observar todos
los canales analógicos de entrada se encuentran
referenciados a la tierra del sistema eléctrico.
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JUNIO 2004
Medición con Sistemas de Adquisición de Datos
Medición de modo referencial diferentes En
este sistema todas las mediciones son hechas con
respecto a una referencia común, pero el voltaje
de esta referencia puede variar con respecto a la
tierra del sistema eléctrico. En la Figura se
muestra este sistema de medición. En ella la
línea AISENSE es la referencia común para tomar
las mediciones y AIGND es la tierra del sistema
eléctrico.
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Adquisiciòn de Datos
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(No Transcript)
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Las computadoras es parte esencial en muchos
sistemas de instrumentación, ya que agilizan la
recolección y tratamiento de datos en el proceso,
almacenan y muestran información. Muchos
instrumentos modernos son capaces de proveer un
uso remoto, con acceso a la medición vía redes de
computadoras. Por otra parte, debemos tomar el
cuanta que la mayoría de los procesos se
desarrollan en el mundo analógico y las
computadoras modernas trabajan en el mundo
digital, por lo que se necesita de un sistemas de
conversión entre los dos mundos, en nuestros
estudios estos convertidores son los
convertidores Analógicos a digital (ADC) y los
convertidores digitales a analógicos (DAC).
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Definamos algunos conceptos
Transductor es un dispositivo que convierte una
variable física medida en una eléctrica. Converti
dor analógico-digital (ADC). Se encuentra a la
salida del transductor y se encarga de convertir
la señal analógica de entrada en una salida
digital (de un valor continuo a un valor
discreto). Computadora. Es el encargado de
almacenar y procesar la señal de salida del ADC
de acuerdo con las instrucciones del programa en
ejecución. Convertidor digital-analógico (DAC).
Convierte una señal digital (discreta) a un
voltaje o corriente proporcional. Actuador.
Circuito o dispositivo que sirve para el control
de la variable física.
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Convertidor Digital a Analógico
La conversión D/A es el proceso de tomar un valor
representado en código digital (como binario
directo o BCD) y convertirlo en un voltaje o
corriente que sea proporcional al valor digital.
Desde un punto de vista técnico, la salida de
un DAC no es una cantidad analógica ya que solo
puede tomar valores específicos, como los 16
posibles niveles de voltaje para Vsal en un
convertidor de 4 dígitos .
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Resolución la menor variación que puede ocurrir
en la salida analógica como resultado de un
cambio en la entrada digital.
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Aplicación de un DAC. La velocidad del motor el
controlada por el nivel digital que sale de la
computadora y a la vez es convertido por el
convertidor digital a analógico.
El código BCD permite generar una secuencia de
conteo para ser convertida a un valor analógico
por DAC.
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Circuito de un DAC. Este circuito es la forma
mas elemental de un convertidos digital a
analógico, ya que activa un nivel de salida en
función de la sumas de los bits (A,B,C y D)
activos. El nivel de cada bit es igual, pero por
la relación de resistencias, se le asigna un peso
de salida a cada uno de ellos.
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Convertidor Análogo a Digital (ADC). Este tipo
de convertidores genera una salida digital en
función al nivel de voltaje a la entrada. Varios
tipos importantes de ADC utilizan un convertidor
D/A como parte de sus circuitos, mas un circuito
de control que le permite detectar el nivel en
que se encuentra.
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Instrumentos Programables y su Interconexión.
Hasta ahora hemos tratado diversos instrumentos
de medición y algunos generadores, que son
diferenciados por las señales que miden o
generan. Si observamos detenidamente, podemos
notar que todos ellos responden a una misma
estructura como puede observarse en la Figura.
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• Instrumentos Programables y su Interconexión.
• Las señales de control de ambos instrumentos
  pueden ser generadas por varios elementos, entre
  los que podemos nombrar
• Interruptores, en estados abierto o cerrado.
• Conmutadores, que seleccionan algunas de las
  señales a su entrada
• Potenciómetro, que permiten variar entre dos
  límites una señal analógica.
• Amplificadores, que generan una salida en función
  a su entrada y la ganancia.
• Sin embargo, la utilización de este tipo de
  elementos en el control, manipulado por un
  operador, va en detrimento del proceso, ya que
  influyen directamente en la precisión de la
  medida, limita la exactitud, no permiten el
  almacenamiento continuo de datos, entre otros
  factores.

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Instrumentos Programables y su Interconexión.
Por lo expuesto anteriormente es necesario
generar las señales de control mediante un
procesador digital programable, que posea memoria
y capacidad de almacenamiento, esquemáticamente,
se pueden ver los dispositivos en la Figura.
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Instrumentos Programables y su Interconexión.
Actualmente, los sistemas de mediciones se
basan en arquitectura abiertas que abarcan desde
dispositivos con microcontroladores, periféricos
y memorias, hasta los computadores personales
(PC). A estos instrumentos se les llama
instrumentos virtuales y pueden ser
reconfigurados en el momento que el operador los
desee. En la Figura puede observarse el diagrama
de bloque de un instrumento virtual basado en
arquitectura abierta.
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• Características de un sistema de instrumentos
  programables interconectados .
• Cuando se desea un sistema de medición con varios
  instrumentos, es necesario una arquitectura de
  interconexión entre dispositivos. Dentro de las
  características que debe poseer están
• Construcción del bus de conexión entre los
  instrumentos, que permita desarrollar un sistema
  de medición modular.
• Desarrollar una interfaz de los dispositivos con
  un PC o sistema de control.
• Que los dispositivos conectados entre ellos
  puedan intercambiar datos.

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• Características de un sistema de instrumentos
  programables interconectados .
• Para conectar varios instrumentos entre ellos a
  través de un bus de datos y control, el
  dispositivo debe tener un interface de
  comunicación que cumpla con las siguientes
  funciones como mínimo.
• Adaptador de eléctrico para la comunicación en el
  bus.
• Control de transferencia de información
• Gestión del flujo de información en el bus.
• Por otra parte, el procesador digital situado en
  el instrumento debe poseer recursos físicos
  (hardware) y lógicos (software) adecuados para
  llevar a cabo, las siguientes tareas
• Ejecución de instrucciones de operación enviada
  por otro instrumento.
• Generar órdenes de operación para otros
  instrumentos.
• Secuenciar operaciones de otros instrumentos.
• Dialogar con el operador del sistema de medida
  automatizado, formado por los instrumentos
  interconectados.

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Características de un sistema de instrumentos
programables interconectados .
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JULIO 2004
Adquisicion de Datos en PC
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Sistema de Instrumentación Basados en
Computadoras Muchos procesos instrumentales
como los espectrofotómetros u osciloscopios
digitales están integrados a un sistema de
medición basado en computadoras. Estos
instrumentos pueden estar conectados con
interfaces IEEE- 488 o RS-232 para ayudar al
control del equipo con computadores personales,
además, soportan la transferencia de datos para
el procesamiento y muestra de datos. Los
sistemas de instrumentación pueden basarse en
estaciones de computadoras personales o en
sistemas industriales. También pueden utilizarse
computadores portátiles acondicionados con
tarjetas PCMCIA, de capacidad de entrada salida
dando la oportunidad al desarrollo de sistemas de
instrumentación portátiles.
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Sistema de Instrumentación Basados en
Computadoras
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Computadoras de Tarjetas Simples La forma may
simple de una computadora esta basada en las
computadoras de tarjetas simples (SBC), la cual
contiene un microprocesador, memoria e interfaces
de comunicación con otros sistemas electrónicos.
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Bus de una Computadora La actual estructura de
la arquitectura de un bus es muy variable, pero
una forma simple puede mostrarse en la figura,
donde se presenta una descripción esencial. Un
grupo de pistas pueden trasladar los datos y la
información de dirección con un segundo grupo de
pistas utilizadas para controlar el flujo de
datos y asegurarse su correcta transferencia.
Otras pistas son reservadas para las señales que
proveen un control de direccionamiento
(permisivo) entre las tarjetas y asegurando que
solo controle los buses una tarjeta a la vez.
También puede haber pistas que provean señales de
sincronización como reloj y la transmisión de
señales de interrupciones.
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JULIO 2004
Interfrencias Electromagneticas
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Interferencia Electromagnética (EMI) Un
problema de interferencias consta siempre de tres
partes la fuente, el receptor y el procedimiento
de acoplamiento entre ambos
Las interferencias provocan anomalías en el
funcionamiento de los sistemas de control, entre
ellas la generación de falsas alarmas o mala
indicación de posición de diversos dispositivos
de instrumentación.
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Interferencia Electromagnética Los Casos de
interferencia electromagnéticas son muy
cotidianos en nuestra vida, muestra de ello son
la mala recepción de TV, Radio, etc.
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Acoplamiento Capacitivo de EMI Se produce a
causa de la capacitancia que existe entre los
conductores de un sistema
Formula que describe el Acople entre dos líneas
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Acoplamiento Capacitivo de EMI (Ejemplo) Dos
circuitos de diferentes manejos de potencia
trabajando muy cercano. VAB110 V, VCD5 V.
Longitud 15 m Calculemos el grado de
incidencia?
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Acoplamiento Capacitivo de EMI (Ejemplo)
Para el calculo del voltaje
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Acoplamiento Magnético de EMI Se produce debido
a las inductancias que existen entre un circuito
y la fuente de interferencia
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Acoplamiento Magnético de EMI (Ejemplo) El caso
de un conductor estático a través del cual se
mueve un campo magnético a razón de 0.5 m/s de
izquierda a derecha. La densidad del flujo máximo
es de 0.5 T en sentido perpendicular y entrando
desde nuestro punto de vista. El conductor tiene
1 m de longitud.
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Acoplamiento Magnético de EMI (Ejemplo) La
magnitud del voltaje inducido sobre este
conductor se calcula de la siguiente manera
?(vBsen(90º))lcos(0º) ?(0.5 m/s)(0.5 T)(1
m)0.25 V
Asumiéndose que este conductor transporta una
señal digital de (0-5)V se obtendrá un error de
5 sobre la señal de datos, lo cual podría ser
una señal persistente y la cual provoque una
propagación del error, provocando una
perturbación sobre el sistema de control.
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• Antonio Creus. Instrumentación Industrial. 5ª
  Edición. Editorial Alfaomega. Barcelona, España.
  1993. Pág. 732
• John Bentley. Sistemas de Medición. Principios y
  Aplicaciones. CECSA
• Héctor Navarro. Instrumentación Electrónica
  Moderna. Editorial Innovación Tecnológica-Faculta
  d de Ingeniería Universidad Central de Venezuela.
  Caracas Venezuela. 1995. Pag. 285.
• Ramón Pallas Areny Sensores y Acondicionadores
  de Señal. Editorial Marcombo, D.F. México. 2001
  Pag. 480.
• Ronald Tocci. Sistemas Digitales. 5ª Edición.
  Prentice Hall. Naucalpan de Juarez. México. 1993.
  Pág. 823

Bibliografía