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TEMA 8: NIVELES DE V/I
Electrónica General y
Aplicada
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NIVELES DE TENSION Y CORRIENTE DE ENTRADAS/SALIDAS
Cuando se estudió la conversión A/D y D/A, se puede resumir en el siguiente gráfico:
Figura:TR08_01.
Cuales son los problemas prácticos de esta situación ?
En primer lugar, en el mundo digital (microprocesadores, computadoras, etc.) esta
normalizada internacionalmente la alimentación V DD = +5V.
En segundo lugar en el mundo analógico ya las normas internacionales no se
encuentran tan acotadas.
Las señales analógicas, provenientes de cualquier fenómeno físico se convierten en
señales eléctricas, justamente a esto se llama TRANSDUCTOR O SENSOR.
SENSORES
- presión manométrica,
SEÑALES DE SENSORES (normalizadas)
- tensión: 0-5V; 0-10V; ±10V; 0-24V
0-32V
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diferencial,absoluta
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-------------------------------------------------------------temperatura
- corriente: 0-50 mA; 0-20 mA;
4-20 mA(la mas usada)
- nivel
- Caudal,volumen
- pulsos (on-off): 0-5V; 0-10V
0-24V
- pH
- % Agua-Petróleo
- Detección fenoles en
agua
- etc.
Se puede decir que el sensor está compuesto por dos elementos bien definidos:
SENSOR PRIMARIO+TRANSMISOR
SENSOR PRIMARIO: (Transductor)
Es la conversión del fenómeno físico en valores de tensión; corriente o pulsos, no
normalizados, mediante componentes electrónicos semiconductores, ultrasonido,
pick-up magnético, óptico, optoelectrónica,etc.
TRANSMISOR
Se llama asi el circuito eléctronico que normaliza la salida de tensión; corriente; pulsos.
En la práctica
Excepto que se pida expresamente el sensor primario, para aplicaciones especiales,
normalmente incluye al transmisor y se lo llama simplemente sensor.
- Con qué se encuentra el sensor a la llegada del controlador o computador ?
Se encuentra con una placa electrónica que hace la conversión A/D para llegar al
ambiente digital de 0-5V.
se llama: Placa adaptadora de señales.
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------------------------------------------------------------- Por qué tanta disparidad de señales analógicas normalizadas?
1º_ El crecimiento de la electrónica en estos últimos 20 años , hizo que ponerse de
acuerdo 86 países que conforman el ISO (Organismo Internacional de Estandarización,
con sede en Ginebra), tardará mucho tiempo.
El crecimiento de la tecnología superó la burocracia.
2º_ Porque al sensor, cada etapa electrónica que se le agregue, es una nueva fuente
de error. No es lo mismo una medición con una exactitud ± 5 % que ± 0,1% y esto
define el grado de calidad conque se mide y/o controla un proceso.
3º_ En las líneas eléctricas industriales hay muho ruido, en el ambiente, hay posibles
descargas atmosféricas (rayos) y las señales electrónicas de los sensores primarios a
veces son tan pequeñas de 0-3 mV; 10 o 100 uA y de alguna forma hay que
amplificarlas para separarlas del ruido, propagar estas señales por cables hasta la
llegada a salas de Control, donde se encuentran los controladores o computadores.
4º_ Por último, el que sea tensión, corriente o pulsos, se debe al criterio de diseño
del fabricante, con el objeto de reducir la fuente de error con la circuitería adoptada.
Adaptacion de señales analógicas y digitales
Algunos sensores primarios:
De Esfuerzo (strain gage)
Es una resistencia semiconductora, que cuando se deforma modifica su R original
Las hay de diferentes formas
Figura:TR08_02.
Esto pegado sobre una lámina se acero inoxidable, le confiere muchas aplicaciones.
Se pueden medir todo tipo de presiones, esfuerzos(balanzas electrónicas, ensayos
sismoresistentes en mamposterías, etc)
De Temperatura
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------------------------------------------------------------- Hay circuitos integrados de 2 terminales, que suministran 1µA por cada Kelvin. Otros
pueden ser de 10 mV / ºC.
El Transistor, utilizado como diodo, uniendo Base-Colector
Motorola fabrica transistores específicamente para medir temperatura. MTS 102/3 es
la característica comercial.
Figura:TR08_03.
Tiene bastante linealidad ± 0.1 %
Sensibilidad: -2,2 a -2,5 mV / ºC
Rango de medición: -55 ºC a +150 ºC
CONCLUSION
Hay cientos de sensores primarios y el objetivo de los circuitos electrónicos es
acondicionar (adaptar) esas señales con el mínimo de error.
Debido a que estos sensores tienen una amplia gama de tecnología que varían por
resistencia, luz, sonido, tensión, corriente, etc., surgen las adaptaciones como
necesidad práctica, para ingresarlas a las placas adaptadoras o/a display.
Protecciones y aislaciones
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------------------------------------------------------------Las señales transportadas (transmitidas) por cables, estan sujetas a interferencias,
que inducen ruidos, las mas comunes son:
a) interferencias electromagnéticas (EMI)
b) interferencias de radiofrecuencias (RFI)
c) interferencias electrostáticas (ESI)
d) interferencias por descargas atmosféricas
e) transitorios o sobretensiones en línea 220 o 380 Vca.
Protecciones
Para el caso a) y b) se procura proteger al circuito, con una fina lámina de una
aleación de material ferromagnético (ur>>1)
que se adosa a la carcaza o gabinete de dicho circuito electrónico y la lámina se
coloca a tierra. Una aleación comercial se la conoce con el nombre de µ-metal
(pimetal)
Si las interferencias están en las líneas de señal, una solución es usar cables de
instrumentación, doble envainado y retorcido cada par(efecto antinductivo) y con una
fina lámina de alumínio envolviendo al par, esto se llama blindaje electrostático (malla
de Faraday) que se coloca a tierra.
Y por último, capacitores, inductores de radiofrecuencia, para hacer de filtro y drenar a
masa señales de radiofrecuencia que van montadas con la señal del sensor.
Para el caso c), cualquier lámina conductora es suficiente para blindar al circuito de
las interferencias electrostáticas. A la lámina también se la debe conectar a tierra.
Para el caso d) y e) exiten diversas tecnologías semiconductores (conocidas como
Transorb, Mosorb), pequeños tubos con gas (Argón, Neón, Mercurio, Hidrógeno) a
baja presión o mezcla de ellos, son los llamados descargadores gaseosos. Los
descargadores gaseosos son de cátodo frío.
Todos cumplen el mismo objetivo, que es enclavar la tensión (clamping) a un valor
determinado y esos picos que generan sobrecorrientes se drenan a masa.
Su respuesta es equivalente al zener y se diferencian, que por algunos microsegundos
o milisegundos pueden circular ciento de Amperes o varios KA.
Se comparan en el mercado por la tensión de enclavamiento y la corriente esperada,
el otro factor es la velocidad o tiempo esperado de duración del transitorio.
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Figura:TR08_04.
De los semiconductores, los mas comunes:
Varistor(carburo de silicio). Varioresistor
Figura:TR08_05.
límite hasta 5KHz, transistorios de mayor velocidad, se comporta como circuito abierto,
(no actúa).
Mosorb o Transorb
Util para transistorios de alta velocidad. Son diodos de tecnología Schottky algunos
vienen unidireccional (para c.c) otros bidireccional (para c.a) y su respuesta es rápida
varios MHz.
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Figura:TR08_06.
Muy baja Ico
no tienen zona de codo, es casi un diodo ideal.
Aislaciones
Cuando se estudió optacopladores, ya se estaba viendo aislación galvánica
Aislación galvánica se llama asi cuando no existe ninguna unión física entre la masa de
un circuito con respecto a otro que recibe la señal.
Las tensiones nominales y valor pico estan normalizado internacionalmente en la
Aislación.
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Figura:TR08_07.
Viso
= Tensión de Aislación
Viso
= 2500; 3500V
Viso pico = -7500 V/us
Idem para un optoacoplador con Amplificador lineal
Figura:TR08_08.
Hay otros aisladores galvánicos con acoplamiento por transformador de 4KV de
tensión de aislación (normalmente) .
Figura:TR08_09.
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------------------------------------------------------------Vienen en formato comercial parecido a un disyuntor diferencial, para montar en riel
colocados en tableros eléctricos.
Es un circuíto muy interesante ingresan 2 cables con 4-20mA y salen 2 cables con 420mA y con una exactitud ± 0,1% y Aislación galvánica de 4 KV.
Algunas adaptaciones prácticas
Figura:TR08_10.
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Figura:TR08_11.
a) Es un circuito digital acondicionador de pulsos de baja amplitud a amplitud
normalizada 0 -+ 5V
b) Es un circuito analógico acondicionador que varía en tensión y la convierte en
corriente para transmitir la señal a largas distancias e independizarse de la caída de
tensión en los cables.
Se lo conoce también como conversor V - I.
♦♦ FIN TEMA 8 ♦♦
Corregido por Hernando Castillo, Ayudante de Segunda, año
1999
Revisado por Ingeniero Adolfo Gonzales, profesor titular año
1999
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