Fundación Universitaria los Libertadores
Edgar Ruiz – William Roa. Instrumentación Industrial.
INTRODUCCIÓN. COMPONENTES DE UN SISTEMA (DAQ). APLICACIONES. APLICACIONES. VENTAJAS. DAQ COMO INTRUMENTOS DE MEDICIÓN. TIPOS DE DAQ. MÉTODOS DE MUESTREO. CONFIGURACIÓNES DE ENTRADA.
CONVERTIDORES A/D. TEOREMA DE NYQUIST O DE SHANNON.
Aplicación.
CONVERTIDORES D/A.
Configuraciones de un solo terminal – Canales Diferenciales Configuración en Paralelo. E/S Digitales.
Tipos de convertidores. Especificaciones.
RESOLUCIÓN Y ALIASING. ALMACENAMIENTO ALMACENAMIENTO DE DATOS. DATOS.
QUE SON LOS SISTEMAS (DAQ)
Proceso de medir con una PC un fenómeno eléctrico o físico,
voltaje, corriente, temperatura, presión o sonido, entre otros.
Un sistema DAQ consiste de sensores, hardware de medidas DAQ y una PC con software programable.
La potencia de un Sistema DAQ,
Procesamiento de los PCs, Flexibilidad y rentabilidad.
Objetivo. “Adquirir, analizar, evaluar y presentar la información”
Sensor,
Dispositivos DAQ,
Convierte un fenómeno físico en una señal eléctrica variable en el tiempo que se puede medir.
Actúa como la interface entre el PC y señales del mundo exterior (Sistema)
PC y Software,
Una PC con Software programable controla la operación del DAQ y es usada para procesar visualizar y almacenar datos de medida.
Todo tipo de Industrias.
Investigación científica.
Control de máquinas.
Control de procesos de Producción – Basada en PC. Detección de fallas y Reparación.
Prueba de Manufactura y Control de calidad.
Verificación de Diseños.
Domótica.
Entre otras.
Ventajas.
- Flexibilidad de procesamiento.
- Posibilidad de realizar las tareas en tiempo real o en análisis posteriores. - Rápido acceso a la información y toma de decisiones. - Posibilidad de emular dispositivos de medición y activar varios instrumentos al mismo
tiempo. - Facilidad de Automatización
Configuración interna de una tarjeta.
Entradas de un solo terminal.
Canales Diferenciales
- Sensores. - 2 estados: alto o bajo.
- Actuadores - Vuelta completa de medidor de caudal - Solenoides
- Comunicaciones en paralelo – tarjetas de expansión. - Generar señales de reloj. - Señales sincronizadoras. - Rangos lógicos TTL - Voltaje bajo - 0 - 0.8 V dc - Voltaje Alto – 2.0 - 5.0 V dc
- Entradas Digitales: Interruptores , relés, sensores ON – OFF - Señales mas grandes requieren un acondicionamiento de señal – Reducir el voltaje.
- Salidas Digitales: Enciende o apaga un dispositivo ON – OFF - Requiere de una amplificación - Drivers de potencia. - Optoacopladores. - Relés.
Un convertidor analógico – digital (A/D) convierte las señales eléctricas de naturaleza continua (analógicas) en señales digitales. Es una etapa importante para poder hacer procesamiento digital.
La velocidad del sistema de conversión depende:
Tiempo de adquisición: Es el tiempo que necesita el circuito analógico para adquirir la señal. También llamado tiempo de apertura, es el tiempo durante el cual el convertidor debe observar el voltaje analógico para poder completar una conversión. Tiempo de conversión: Es el tiempo necesario para generar el valor digital que se corresponda con el valor analógico. Tiempo de transferencia: Es el tiempo necesario para enviar el valor digital a la memoria del ordenador.
Retos de un conversor:
Cuantización:
Imprecisión introducida por la conversión de un voltaje analógico a un número digital.
Muestreo en el tiempo:
Se obtienen valores instantáneos de la señal analógica a intervalos temporales normalmente regulares. Se debe fijar una frecuencia de muestreo que asegure la completa reconstrucción de la señal original.
Para fijar la frecuencia de muestreo ( Fm )
Siendo Fmax , la frecuencia de la componente espectral de mayor frecuencia de la señal a muestrear.
La conversión digital – analógica (D/A) – operación inversa de la conversión A/D.
Circuito integrado – comparte varias salidas multiplexadas para las salidas.
Rangos estándar de salida = Entrada Analógica
± 5 V cc, ± 10 V cc, 0-10 V cc, y 4-20 mA cc.
Se clasifican según su resolución o número de bits.
La arquitectura varía dependiendo de como se realiza la tarea de conversión.
Tipos de convertidores A/D:
Es el diseño mas común.
Velocidad de muestreo: 50kHz – 1 MHz
Utiliza 1 convertidor (A/D) y 1 comparador (para aproximar el voltaje desconocido)
Operaciones de gran velocidad. Utiliza multiplex comparadores en paralelo para procesar muestras a mas de 100 MHz. Resolución entre 8 y 12 bits.
Integra un voltaje de entrada desconocido durante un periodo de tiempo específico.
Frecuencias de muestreo netas: 10kHz – 500 kHz
Resolución desde 12 bits hasta18 bits. Calcula en promedio de entrada con respecto al tiempo. Suaviza el ruido de la señal
Utiliza 1 convertidor (A/D) y 1 comparador (para aproximar el voltaje desconocido) Progresivamente incrementa un contador digital, y con cada nueva cuenta genera el correspondiente voltaje analógico y lo compara con el voltaje de entrada desconocido. Cuando coinciden, el contador contiene el valor digital equivalente al de la señal desconocida.
Tiempo de establecimiento: Periodo necesario para que un convertidor D/A
responda a un cambio en un punto de la escala completa.
Linearidad: Se refiere a la capacidad del dispositivo para dividir con precisión el
voltaje de referencia en incrementos del mismo tamaño.
Rango: El voltaje de referencia indica el límite del voltaje de salida disponible.
Resolución:
Se mide en bits. La cantidad de bits representa el número de partes en las que se divide el rango de entrada para aproximar un voltaje de entrada analógica.
Una resolución de 8 bits para una señal de entrada de 0 a 10 V
significa que el rango se divide en 28 = 256 partes de 0.039 V cada una.
Alising (solape en frecu encia):
Consecuencia de no tener en cuenta en teorema de Nyquist – Shannon.
a) Señal original b) Señal correctamente muestreada. c) Señal con aliasing (solapamiento de espectros)
Ejercicios de Adquisición de Datos y almacenaje. Tenemos 300 señales a monito rizar. Todas ellas de 4 bytes y q ueremo s guard ar la información de todo el proceso cada segundo.
¿qué capacidad ha de tener el disco duro del PC servidor para tener un histórico de todo un año?
segundos
Rta/ : Tendríamos que tener una capacidad de 37,8 GB en el D.D.
Pero teniendo en cuenta que siempre se tiene que tener una copia de seguridad, esta capacidad la tendremos que multiplicar por dos y eso nos daría 75,7 GB.
Resolución:
Se mide en bits. La cantidad de de entrada para aproxi Una resolución de 8 bits para una seña
significa que el rango se divide en
8
2
= 256 partes de 0.039 V cada una.
NI CompactDAQ
DAQ Portátil
Compact DAQ Compact DAQ - Serie C
NI X Series Multifunction Data Acquisition Configuración NI DAQ de Escritorio.
NI Daq – Software NI
