¿Qué es y por qué es importante el acondicionamiento de señales en el campo de la instrumentación?

Los técnicos e ingenieros de procesos que trabajan con equipos de automatización, instrumentación y control, deben lidiar con problemas de medición todos los días. 

Saben que los sensores convierten las propiedades físicas de un entorno o proceso en señales eléctricas que pueden medirse. Sin embargo, también son conscientes de que  pueden pasar muchas cosas con estas señales en su camino hacia los dispositivos o sistemas.

Los lazos de puesta a tierra y el ruido pueden poner en peligro la integridad de la señal. Algunas señales de los sensores son débiles, unas requieren conversión y otras no pueden producir señales sin una fuente de suministro externa. Los técnicos e ingenieros que lidian con problemas en las mediciones muchas veces usan el acondicionamiento de señales para obtener, mantener y mejorar la calidad de estas mediciones.

Contenido de este artículo: 

¿Hay ruido en mi señal?
Traducir del idioma de los sensores al idioma de las mediciones
¿Cómo mantener las señales felices?
Herramientas Fluke

¿Hay ruido en mi señal?

Los indicadores de procesos, el equipo de adquisición y recolección de datos, los PLC, los sistemas de control de procesos y cualquier otro dispositivo de medición requiere las señales adecuadas y nada más que estas señales. En otras palabras, las señales deben ser “limpias” y sin ruido. 

Los motores, los variadores de frecuencia (VFD), el equipo de soldadura y los transitorios que ocurren debido a que el equipo se arranca y se detiene, producen un ruido que puede afectar las señales que viajan de los sensores a los dispositivos de medición correspondientes.

Las mejores prácticas de cableado eléctrico y de instrumentos, incluidos la puesta a tierra y el blindaje adecuado, ayudan a minimizar considerablemente el ruido no deseado. Aunque los sistemas bien diseñados e instalados cuentan con menos problemas de ruido, muchas veces esto no es suficiente. Saber cuándo, dónde y cómo aplicar el acondicionamiento de señales puede ayudar a mantenerlas felices.

El acondicionamiento de señales protege a las señales deseadas de los componentes no deseados o sus efectos usando aislamiento o filtración. Los dispositivos de acondicionamiento de señales usan el aislamiento para minimizar los efectos de la interferencia causada por los lazos de puesta a tierra o el ruido, que pueden afectar la precisión de las mediciones. 

Los filtros están diseñados para minimizar el ruido rechazando las señales dentro de un intervalo de frecuencia específico mientras permiten que otras pasen. Por ejemplo, los filtros de paso bajo, como los que se incorporan en muchos multímetros digitales y pinzas amperimétricas de Fluke, bloquean de forma eficiente los componentes de ruido de alta frecuencia, como los de los VFD, en las señales de medición.

Traducir del idioma de los sensores al idioma de las mediciones

La conversión de señales es otro tipo de acondicionamiento de señales. Los tipos de conversión de señales incluyen la amplificación, la atenuación, la linealización, la compensación de uniones frías y la excitación. Algunos dispositivos de medición prefieren la tensión y otros prefieren la corriente. La mayoría de estos dispositivos requieren que las señales tengan un nivel mucho más alto del que producen la mayoría de los sensores.

Los termopares siguen siendo el ejemplo clásico de conversión porque requieren tres de los cinco tipos de conversión de señal antes mencionados: amplificación, linealización y compensación de unión fría.

• Amplificación: Los termopares producen tensiones en el rango de milivoltios. Sin embargo, algunos de los dispositivos de medición de temperatura con los que se usan requieren 1-5 V CC, 0-10 V CC o 4-20 mA para funcionar correctamente. La señal del termopar debe amplificarse para que sea útil.
  
  
• Linealización: Los termopares son notablemente no lineales. Se dice que un sensor es lineal si el cambio en el valor de la señal que produce es directamente proporcional al cambio en el entorno físico o proceso que mide.
  
  
• Compensación de unión fría: La conexión entre el termopar y la terminal del dispositivo de medición también forma una unión, llamada unión fría. Si no se compensa, la unión fría producirá un error en la medición.
  
  
• Excitación: Algunos sensores no producen tensión ni corriente y por lo tanto requieren excitación en forma de una tensión o corriente externa. Algunos de los sensores que requieren excitación incluyen RTD, termistores, extensómetros y acelerómetros.

¿Cómo mantener las señales felices?

Al usar el acondicionamiento de señales en los sistemas de medición, cada sensor necesita un acondicionador de señal individual con base en la señal que produce ese tipo de sensor. Los dispositivos y módulos de acondicionamiento de señales están disponibles para la mayoría de tipos de señales análogas. Sin embargo, contar con repuestos de cada tipo puede ser muy costoso y difícil de manejar.

Afortunadamente, ahora contamos con acondicionadores de señal universales que convierten, aíslan y transmiten señales desde muchos tipos de sensores, así como controladores y otros dispositivos. Estos acondicionadores de señal versátiles normalmente aceptan entradas de corriente, tensión CC, termopar, RTD y resistencia. Las salidas de los acondicionadores de señal universales típicos incluyen corriente, tensión CC y relés programables.

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Herramientas Fluke

Los técnicos e ingenieros que trabajan con sistemas y equipo de automatización, instrumentación y control,  aplican el acondicionamiento de señales para mejorar la precisión de las mediciones y el desempeño de los sistemas de control optimizando las señales de los sensores de procesos. Sin embargo, estos sistemas de control también deben tener un mantenimiento adecuado y calibrarse periódicamente. 

Las herramientas de Fluke pueden ayudarte a mantener la confiabilidad, precisión y seguridad de los sistemas de medición de procesos y control. 

En Risoul podemos ayudarte a seleccionar la herramienta de calibración correcta para tu aplicación, si tienes alguna duda coméntala en este artículo y un especialista Risoul te contestará.

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