¿Qué se entiende por electrónica industrial?

Básicamente, la electrónica industrial es la electrónica que se utiliza en la industria con el propósito de medir las variables físicas de algún proceso y acondicionar las señales electrónicas producidas para su transmisión, procesamiento y realización de acciones en el proceso.

Tipos de Señales

Existen 6 tipos de señales:

• Mecánicas
• Térmicas
• Magnéticas
• Eléctricas
• Ópticas
• Moleculares (químicas)

Sensores y Transductores

Sensor: Dispositivo que, a partir de la energía del medio donde se mide, da una señal de salida traducible que es función de la variable medida.

Transductor: Dispositivo que convierte una señal de una forma física en una señal correspondiente pero de otra forma física distinta, es decir, convierte un tipo de energía en otro. En la práctica, se consideran transductores a aquellos que ofrecen una señal de salida eléctrica.

Acondicionamiento de Señales

Acondicionamiento: Son los elementos del sistema de medida que ofrecen, a partir de la salida de un sensor electrónico, una señal apta para ser presentada o registrada, o permite el procesamiento posterior mediante un equipo o instrumentación. Son circuitos electrónicos que ofrecen las funciones de: amplificación, filtrado, adaptación de impedancia y modulación o demodulación.

Características de los Instrumentos de Medida

Exactitud: Es la capacidad de un instrumento de medida de dar indicaciones que se aproximen al verdadero valor de la magnitud medida. Se determina mediante calibración estática, es decir, se varía una entrada conocida y se registra el valor a la salida del sensor.

Fidelidad: Cualidad que caracteriza la capacidad de un instrumento de medida de dar el mismo valor de la magnitud medida, al medir varias veces bajo iguales condiciones.

Sensibilidad: Sensibilidad o factor de escala es la pendiente de la curva de calibración, puede ser constante o no. Para un sensor cuya salida sea y(x), ante una entrada x:

Linealidad: Expresa el grado de coincidencia entre la curva de calibración y una línea recta determinada.

• Independiente
• Ajustada a cero
• Teórica: Recta teórica formulada por el diseñador.
• A través de los extremos: Recta que une el punto inicial y terminal de la salida.

-Linealidad independiente: Recta de referencia se ajusta mediante método de mínimos cuadrados. El error máximo positivo y mínimo negativo son iguales, ajuste de “mejor” calidad.

-Linealidad ajustada a cero: Ajuste mediante mínimos cuadrados, pero forzando el paso por cero.

-Linealidad a través de los extremos: Recta teórica formulada por el diseñador.

-Linealidad Teórica: Recta teórica formulada por el diseñador.

Tipos de Sensores y Transductores Comunes

RTD (Resistance Temperature Detector): Un RTD (del inglés: *resistance temperature detector*) es un detector de temperatura resistivo, es decir, un sensor de temperatura basado en la variación de la resistencia de un conductor con la temperatura.

Termocupla: Es un transductor formado por la unión de dos metales distintos que produce una diferencia de potencial muy pequeña (del orden de los milivoltios) que es función de la diferencia de temperatura entre uno de los extremos denominado «punto caliente» o «unión caliente» o de «medida» y el otro llamado «punto frío» o «unión fría» o de «referencia».

• 1- Las termocuplas están formadas por la unión de dos metales distintos, los cuales se encuentran soldados por uno de sus extremos y por el otro extremo se dejan separados.
• 2- El voltaje que aparece en los extremos de la unión, conocido como voltaje Seebeck aumenta con la temperatura.
• 3- La medición de temperatura es relativa, ya que depende de la unión de la temperatura de la unión de referencia.
• 4- De acuerdo al tipo de metales que forman la termocupla, se clasifican las termocuplas: B, C, E, J, K, L, N, R, S, T, U.

Galgas Extensiométricas: Una galga extensiométrica o extensómetro es un sensor resistivo utilizado para medir la deformación, presión, carga, torque, posición, entre otras cosas, que está basado en el efecto piezorresistivo, el cual es la propiedad que tienen ciertos materiales de cambiar el valor nominal de su resistencia cuando se le someten a ciertos esfuerzos y se deforman en dirección de los ejes mecánicos.

Potenciómetro: Un potenciómetro es un dispositivo electromecánico que consta de una resistencia de valor fijo sobre la que se desplaza un contacto deslizante llamado cursor y que la divide eléctricamente.

Transformador Diferencial (LVDT): El transformador diferencial de variación lineal (LVDT según sus siglas en inglés, *Linear variable differential transformer*) es un tipo de transformador eléctrico utilizado para medir desplazamientos lineales.

Codificador: Un codificador es un circuito con N entradas y 2^N salidas, cuya misión es presentar en la salida en código binario.

Existen del tipo magnético y óptico. En el caso del codificador óptico se hacen pasar haces de luz a través del codificador, los cuales son captados por fototransistores.

Resolver: Son sensores capaces de transformar una posición angular en tensión y viceversa. Tienen una estructura similar a la de un motor de corriente alterna. Utilizan el mismo principio que los transformadores angulares, solo que la inducción entre el rotor y cada una de las bobinas aumenta a medida que se alinean con el rotor, la inducción desaparece cuando el ángulo entre ella es de 90°.

Fototransistor: Un fototransistor es igual a un transistor común, con la diferencia que el primero puede trabajar de 2 formas:

• Como transistor normal con la corriente de base Ib (modo común).
• Como fototransistor, cuando la luz que incide en este elemento hace las veces de corriente de base Ip (modo de iluminación).
• Puede utilizarse de las dos formas simultáneamente, aunque el fototransistor se utiliza principalmente con el pin de la base sin conectar.

Preguntas y Respuestas

Explique el funcionamiento de un codificador discreto con principio de funcionamiento óptico

Un codificador discreto es una lámina de longitud L la que se desliza libremente entre diodos emisores de luz (LEDs) y foto detectores ubicados en un punto fijo X. La lámina posee zonas que permiten el paso o el bloqueo de la luz.

¿Cuáles son las desventajas del tacómetro para medir velocidad y cómo se solucionan estas desventajas?

Las desventajas son el mantenimiento que requieren las escobillas y el ruido de radio de frecuencia que genera el conmutador. Este problema se minimiza con un filtro pasa bajos conectado a los terminales de salida.

¿Cuáles son los instrumentos que miden el desplazamiento angular? Nombre al menos 5.

Transductor, potenciómetro, resolver, codificador discretos, ópticos y magnéticos.

¿Cuáles son las ventajas de trabajar con señales eléctricas?

Son de fácil manipulación (amplificar, filtrar, etc.). Se pueden trasladar fácilmente a través de cables para evaluar sus características de comportamiento.

Defina 5 formas de acondicionar una señal

Eliminación del offset (se requiere cuando los sensores tienen un desplazamiento cero), amplificar (el objetivo de esta acción es lograr el dominio de la señal), filtrar (se elimina así el ruido indeseable).

Filtrar, Amplificar, Rechazar tensiones inducidas (tensiones de modo común), Desplazar, Tratamiento de No linealidades, Aislar, Transformar.

Amplificadores y Acondicionamiento Avanzado

Amplificador Operacional: Dispositivos diseñados para realizar operaciones matemáticas.

Amplificador de Instrumentación (A.I): Es un circuito electrónico diseñado para amplificar señales de tensión a niveles útiles para transmisión o para ser utilizadas en Conversores Análogos Digitales. Su diseño debe considerar un buen desempeño en ambientes donde existe ruido electromagnético, el cual genera inducción en los conductores entre la señal medida (vm) y los terminales del A.I.

Acondicionamiento de no linealidad: Por simplicidad de diseño y capacidad de actualización se recomienda utilizar sistemas micro computarizados para este tipo de aplicaciones. Este sistema micro computarizado debe contar, a lo menos, con un conversor análogo digital, el cual convertirá la señal de tensión a un valor digital de r bits (donde r es la resolución). A partir de este valor es posible utilizar para determinar el valor de la variable física en función de la señal de tensión proveniente del sensor.

Acoplamiento Inductivo: Útil para tareas donde se pudieran producir descargas eléctricas que podrían destruir la etapa de acondicionamiento y transmisión.

Su funcionamiento se basa en aislar (en el caso presentado) galvánicamente los dos circuitos, de forma que no exista manera de que grandes corrientes puedan circular hacia la etapa aislada.

Sistemas de Adquisición y Distribución de Datos

SAD: Sistema de adquisición de datos.

SDD: Sistema de distribución de datos.

SADD: Sistema de adquisición y distribución de datos.