Escrito por Grant Maloy Smith, o especialista em aquisição de dados

Neste artigo, discutiremos como a tensão é medida em relação aos aplicativos de aquisição de dados (DAQ) hoje, com detalhes suficientes para que você:

  • Veja quais sensores e transdutores de tensão estão disponíveis hoje
  • Aprenda os fundamentos da medição precisa de tensão
  • Entenda como vários sensores são aplicados em aplicações de medição de tensão

Você está pronto para começar? Vamos lá!

O que é tensão?

A tensão é a diferença de potencial elétrico entre dois pontos. Às vezes também é chamado de tensão ou pressão, devido à analogia entre água e eletricidade.

Pense em um sistema fechado de canos de água que inclui uma bomba. A bomba conduz a água ao redor e ao redor dos canos, criando uma diferença na pressão que conduz a água. Essa pressão empurrando a água permite que ela faça um trabalho, como girar uma turbina, por exemplo.

 Relação entre tensão, corrente e resistência

A relação entre tensão, corrente e resistência em um circuito

Nesta analogia, a água representa eletricidade. A bomba representa uma fonte de alimentação. A pressão que a fonte de alimentação cria no circuito é o potencial de tensão, e a taxa na qual a água se move representa a corrente.

Mas vamos nos concentrar na tensão neste artigo.

Tensão AC vs. Tensão DC

A tensão pode ser DC ou AC, dependendo da corrente que está sendo transmitida. Em sistemas DC, a corrente nunca muda de direção. É unidirecional, ou seja, não muda a polaridade.

Mas em sistemas AC, a corrente alterna as direções, cruzando 0 V em uma direção positiva, então girando e cruzando 0 V novamente em uma direção negativa. Você pode ver as tensões DC e AC (e corrente) representadas nos gráficos abaixo:

Circuitos DC (esquerda) versus circuitos AC (direita)Circuito DC (Esquerda) vs Circuito AC (Direita)

As fontes mais conhecidas de Tensão DC são as baterias AAA comum ou as baterias de automóveis. A fonte mais conhecida de tensão AC é 127 VAC ou 220 VAC que alimenta nossas casas e empresas.

A Terminologia de Medição de Tensão

Você pode ter ouvido termos como "referência única", "extremidade única, não referenciada" e "diferencial" e se perguntou o que eles realmente significam em termos de medições de tensão. Bem, é tudo sobre o ponto de referência. Lembre-se disso, logo no início deste artigo estabelecemos que tensão é a diferença de potencial elétrico entre dois pontos.

Medições de terminação única

Medições de terminação única são aquelas feitas em relação ao solo. O sinal é transportado apenas no fio positivo e o outro fio é referenciado ao aterramento. Mas quem fornece essa base?

Se o instrumento de medição fornece a referência de aterramento, então a medição é classificada como "referenciada, terminação única". Geralmente é abreviado como RSE.

Exemplo de uma medição referenciada de extremidade única (RSE)Exemplo de uma medição referenciada de terminação única (RSE)

Por outro lado, se o próprio sinal fornece a referência de aterramento, a medição é classificada como “não referenciada, terminação única”, abreviado como NRSE.

 Exemplo de uma medição de terminação única não referenciada (NRSE)Exemplo de uma medição de terminação única não referenciada (NRSE)

Medições Diferenciais

Se ignorarmos o aterramento e medirmos entre dois pontos em um circuito, estaremos fazendo uma medição diferencial. É chamado de diferencial porque estamos medindo a DIFERENÇA entre esses dois pontos. Na verdade, estamos medindo dois sinais em vez de um em um cenário de ponta única. Cada canal diferencial realmente tem dois pré-amplificadores dentro dele, e essas entradas estão flutuando em relação ao terra.

Exemplo de densidade diferencial (DIFF)Exemplo de medição diferencial (DIFF)

Saiba mais sobre a Dewesoft e medição de tensão / corrente:

Treinamento Dewesoft PRO> Medição de tensão

Treinamento Dewesoft PRO> Medição de Corrente

Fontes de sinal flutuante

Você também pode ouvir que uma fonte de sinal é “flutuante”. Isso significa simplesmente que não está diretamente relacionado ao terra. Um exemplo comum de tal fonte seria uma bateria. No caso de medição a partir dos termminais de fontes de sinal flutuantes, o sistema de medição precisa fornecer a referência de aterramento.

O que são os termos: média, RMS, média de pico a pico?

A tensão pode ser quantificada de várias maneiras. Vamos dar uma olhada em cada um desses termos comuns e o que isso significa.

 Visualizando os termos de pico, ave, RMS para uma forma de onda senoidalVisualizando os termos de Pico (PK), Pico a Pico (PP), Média (AV), RMS para uma forma de onda senoidal
 

A tensão média (Vmed) é, como o nome já indica, o valor médio durante um período. Para sinais senoidais puros, a média será zero, porque a quantidade de corrente na primeira metade positiva da forma de onda é igual à corrente na metade negativa do ciclo. Essas correntes se cancelam resultando em zero. Portanto, tomando apenas metade de um ciclo, podemos definir a média tomando o valor de pico (máximo) e multiplicando-o por 0,637.

A tensão RMS (root-mean-square  VRMS) é a raiz quadrada da média aritmética dos valores da função quadrada que definem a forma de onda contínua. Uma maneira comum de calcular RMS é multiplicar o valor de pico por 0,707. RMS é a forma mais comum de expressar tensões CA.

A tensão de pico (VPK ou VMAX) descreve a tensão mais alta em um período.

A tensão pico a pico (VPP) define toda a amplitude dos picos positivos e negativos em um período.

O fator de crista é uma proporção dos valores de pico máximos divididos pelo valor RMS de uma forma de onda AC. Uma vez que os níveis de voltagem DC e ondas quadradas não têm picos, eles têm um fator de crista de 1, onde uma onda senoidal pura tem um fator de crista de 1,414..

Observe que na maioria dos sistemas de medição, a Média, RMS, Pico e valores de fator de crista são normalmente calculados ao longo de um período de tempo, geralmente um subconjunto da taxa de amostra selecionada do sistema de aquisição de dados. Esta é uma forma muito útil de apresentar esses valores.

Por exemplo, no software de aquisição de dados Dewesoft X, o usuário pode selecionar qualquer um desses valores e calculá-los em um divisor da taxa de amostragem selecionada. Aqui está um exemplo da tela de configuração, onde você pode selecionar quais valores estatísticos deseja exibir / registrar:

 Tela de configuração de matemática básica no software de aquisição de dados Dewesoft XTela de configuração de estatísticas básicas do Dewesoft X

1. Input No grupo de Input, você pode selecionar os canais de entrada desejados para os quais deseja calcular as estatísticas desejadas. As estatísticas oferecem suporte a vários canais de entrada.
2. Output channels  Aqui podem ser selecionados quais estatísticas precisam ser calculadas. Esses serão mostrados como canais de saída separados.
3. Calculation type Neste campo você pode definir os parâmetros para o cálculo.
4. Output A área de Output oferece uma visualização rápida das estatísticas calculadas em uma entrada selecionada, que será enviada como um canal, com base nas opções selecionadas em Canais de Output e Calculation Type.

A imagem abaixo mostra como fica na tela. Os canais podem ser exibidos em uma variedade de displays gráficos, desde exibições numéricas simples até gráficos de tiras, gráficos de barras e muito mais.

Display Dewesoft X exibindo uma forma de onda real (topo) e valores estatísticos no gráfico abaixo e nos medidores digitaisTela do Dewesoft X mostrando a forma de onda real (topo), valores estatísticos no gráfico (abaixo) e nos medidores digitais (laterais)

Saiba mais sobre a Dewesoft e cálculos estatísticos:

Treinamento Dewesoft PRO> Cálculos estatísticos em dados amostrados

O que é Tensão de Modo Comum? O que é Rejeição de Modo Comum?

As tensões de modo comum são sinais que estão presentes em ambos os terminais de uma fonte de sinal. Na realidade, não deve haver sinais idênticos em ambos os terminais, então o modo comum geralmente é o ruído que se infiltrou na cadeia de sinal.

A melhor maneira de eliminar ou reduzir as tensões de modo comum é fazer uma medição diferencial.

Para explicar, vamos recuar um pouco. Nas medições de terminação única mencionadas acima, estamos usando um pré-amplificador para medir a linha de sinal positiva. Se o ruído entrar no sinal, como podemos saber? Como podemos saber qual é o sinal real e qual é o ruído?

Talvez, por experiência, possamos ver a freqüência de 60 Hz em cima do sinal, mas é um desafio.

 Representação de um amplificador diferencialRepresentação de um amplificador diferencial


A abordagem mais básica para eliminar sinais de modo comum é usar um amplificador diferencial. Este amplificador possui duas entradas: uma positiva e outra negativa. O amplificador mede apenas a diferença entre as duas entradas. 

Rejeição de modo comum

O ruído elétrico circulando ao longo do cabo do nosso sensor deve estar presente em ambas as linhas - a linha positiva do sinal e a linha de aterramento (ou sinal negativo). Os sinais comuns às duas linhas serão rejeitados pelo amplificador diferencial, e apenas o sinal será transmitido, conforme mostrado no gráfico abaixo:

Um amplificador diferencial elimina com sucesso como tensões de modo comum dentro de sua faixa de tensão CMVUm amplificador diferencial elimina com sucesso tensões de modo comum dentro de sua faixa de tensão CMV

Isso funciona muito bem, mas há limites para o nível de tensão de modo comum (CMV) que o amplificador pode rejeitar. Quando o CMV presente nas linhas de sinal excede a faixa de entrada CMV máxima do amplificador diferencial, ele irá "cortar". O resultado é um sinal de saída distorcido e inutilizável, conforme mostrado abaixo:

 Um amplificador diferencial distorce ou corta quando sua faixa de entrada CMV é excedidaUm amplificador diferencial distorce ou "corta" quando sua faixa de entrada CMV é excedida

Portanto, nesses casos, precisamos de uma camada adicional de proteção contra CMV e ruído elétrico em geral (bem como loop de terra, que será discutido na próxima seção) - isolamento.

As entradas de um amplificador isolado "flutuam" acima da tensão de modo comum. Eles são projetados com uma barreira de isolamento com uma tensão de ruptura de 1000 volts ou mais. Isso permite rejeitar ruído CMV muito alto e eliminar loops de terra.

 Um amplificador diferencial isolado rejeita até mesmo CMV muito altoUm amplificador diferencial isolado rejeita até mesmo CMV muito alto


Os amplificadores isolados criam esta barreira de isolamento usando pequenos transformadores para desacoplar (“flutuar”) a entrada da saída, ou por pequenos optoacopladores, ou por acoplamento capacitivo. Os dois últimos métodos geralmente fornecem o melhor desempenho de largura de banda.  

O que é um loop de terra?

A menos que sejam evitados, os loops de aterramento podem ser um problema sério para sistemas de medição. Às vezes chamado de “ruído”, um loop de aterramento é causado por referenciar inadvertidamente o equipamento elétrico a mais de um caminho para o terra - qualquer diferença de potencial nesses pontos de aterramento faz com que a corrente flua entre eles, induzindo um loop de corrente. Isso causa distorções no sinal que, se altas o suficiente, podem arruinar a medição.

Na figura abaixo, o amplificador de medição está conectado ao Terra (GND 1) em um dos lados. Um cabo blindado assimétrico é usado para conectar o sensor, cuja carcaça metálica é colocada sobre uma superfície condutora em GND 2. Devido ao comprimento do cabo, há uma diferença de potencial entre GND1 e GND 2. Esta diferença de potencial atua como um fonte de tensão, acoplada ao ruído eletromagnético do meio ambiente.

Um loop de terra causado por diferenças de potencial de terraUm loop de terra causado por diferenças de potencial de terra

Se o sensor puder ser desacoplado de GND2, isso pode resolver o problema. Mas às vezes isso não é possível. Além disso, às vezes a referência de uma blindagem de cabo é exigida por regras de segurança e, portanto, não deve ser removida.

A melhor solução é usar um amplificador diferencial dentro do condicionador de sinal que está isolado. Com essa única mudança, o problema está resolvido.

Eliminando problemas de potencial de aterramento diferencial por meio de isolamentoEliminando problemas de potencial de aterramento diferencial por meio de isolamento

Os loops de aterramento também podem vir do próprio instrumento, por meio de sua própria fonte de alimentação. Lembrando que nosso sistema de medição está conectado à rede elétrica, que possui uma referência de aterramento. É fundamental, portanto, desacoplar essa referência dos componentes de tratamento de sinal do instrumento para garantir que loops de aterramento não possam ser criados dentro do instrumento.

 Loop de aterramento induzido da fonte de alimentaçãoLoop de aterramento induzido da fonte de alimentação

Este cenário pode se tornar perigoso se houver uma falha na fiação. Olhando para o caminho de alta corrente da fonte de alimentação, o que acontecerá se a linha de retorno for interrompida? Toda a energia será encaminhada através da parte de condicionamento de sinal do hardware DAQ. Isso pode resultar em danos ou destruição de todo o sistema e até mesmo em riscos para o operador humano do instrumento.

O perigo de loops de aterramento induzidos pela fonte de alimentaçãoO perigo de loops de aterramento induzidos pela fonte de alimentação

Ao isolar completamente o caminho do sinal da fonte de alimentação, não é possível que o cenário acima ocorra.

Termos de isolamento importantes

Dadas todas as informações acima, parece claro que nossos sistemas de medição devem ter pelo menos entradas de sinais analógicos diferenciais e, de preferência, isoladas. 

Mas quando você está revisando as especificações de isolamento de vários sistemas de medição e condicionadores de sinal, você pode encontrá-lo especificado com termos como: 

  • canal para terra,
  • canal para canal  e
  • banco isolado. 

O que esses termos significam e como eles se relacionam entre si?

Isolamento Canal para Terra

O isolamento de canal para terra define a tensão máxima que pode haver entre a entrada de um canal e o aterramento do instrumento. Normalmente, o aterramento de um instrumento é referenciado ao aterramento da fonte de alimentação. Ao isolar o aterramento do sinal do aterramento do chassi, podemos eliminar a maioria dos problemas de loop de aterramento. 

 Isolamento de canal para terra
Esquema de isolamento de canal para terra

Às vezes, isso também é conhecido como isolamento de entrada para saída. Todos os canais compartilham um aterramento comum, que é isolado do aterramento ou potencial de aterramento do instrumento. Isso não seria uma limitação se apenas uma fonte de sinal fosse conectada ao sistema. Mas quando sinais adicionais são conectados, cada um com diferenças de potencial de terra, isso pode causar ruído em todos os sinais e problemas de modo comum. 

Se dois ou mais canais compartilham um aterramento comum, eles não são isolados galvanicamente. Tome cuidado quando um instrumento mencionar apenas isolamento de entrada para saída ou canal para terra. 

Isolamento canal a canal

O isolamento canal a canal define a tensão máxima que pode haver entre um canal e qualquer outro canal. Os canais não podem compartilhar um barramento de terra, por exemplo. Cada canal também deve ser isolado do resto do sistema, por exemplo, a tensão da fonte de alimentação do sistema, aterramento do chassi e assim por diante. Se todos os canais estiverem isolados uns dos outros, eles também estarão necessariamente isolados do terra, portanto, o isolamento canal a terra está incluído no isolamento canal a canal.

 Canal para diagrama de isolamento de canal
Canal para diagrama de isolamento de canal

Portanto, se um sistema tiver isolamento canal a terra, não significa necessariamente que tenha isolamento canal a canal. MAS, se um sistema tem isolamento canal a canal , então também deve ter isolamento canal a terra.

Os sistemas SIRIUS DAQ da Dewesoft fornecem isolamento canal a canal e canal a terra, conforme mostrado neste breve vídeo:

Isolamento de Banco

O isolamento de banco é normalmente empregado por sistemas com grandes números de canais. Nesse cenário, os canais são isolados em grupos que compartilham isolamento comum. Isso pode ser feito para economizar dinheiro ou por necessidade. 

Os componentes de isolamento ocupam espaço e consomem energia. Em sistemas de medição de densidade muito alta, às vezes não há literalmente espaço suficiente para cada canal ser isolado separadamente.

Ao examinar os condicionadores de sinal compatíveis com Dewesoft para tensão posteriormente neste artigo, você verá que os condicionadores de sinal SIRIUS HD (alta densidade) são isolados em pares, onde cada dois canais compartilham um caminho de isolamento. Todos os outros condicionadores de sinal SIRIUS são isolados por canal.

EM BREVE:

Importância do isolamento em sistemas de aquisição de dados

Consulte os condicionadores de sinal SIRIUS para medições de tensão neste artigo.

O que são padrões de segurança “CAT”?

Olhando as especificações de instrumentação para entradas de alta tensão, você notará termos como “CAT II” e “CAT III”, com alguns níveis de tensão próximos a eles. O que isso significa?

“CAT” refere-se à categoria de medição IEC (International Electrotechnical Commission) de como e onde os instrumentos são usados ​​com respeito a circuitos ativos. Existem quatro categorias, listadas pelos algarismos romanos I, II, III e IV. 

Esses valores CAT referem-se essencialmente à localização do instrumento. O valor mais baixo disso significa que o instrumento estará localizado mais distante dos potenciais de alta tensão e transientes, enquanto CAT IV se refere a locais muito próximos à fonte de altas tensões e, portanto, transientes.

Então, dentro de cada um desses valores CAT, você freqüentemente verá valores de tensão que se referem à capacidade do instrumento de suportar transientes até aquele valor. Um instrumento classificado para CAT II-1000V é, obviamente, capaz de suportar muitos transientes de nível mais alto do que um instrumento classificado para CAT II-600V.

Localizações de exemplo de valor CAT

 Padrões de segurança CAT
Níveis CAT e padrões de segurança por local

Basicamente, quanto mais próximo o equipamento estiver conectado da fonte primária de alimentação de tensão, maior a possibilidade de tensões transitórias perigosas entrarem no instrumento e, portanto, maior será o número CAT.

Proteção contra sobretensão transitória por tensão de trabalho e CAT

Categoria Tensão de trabalho Transiente de pico Fonte de Teste
CAT II 600 V 4000 V 12 Ω
CAT II 1000 V 6000 V 12 Ω
CAT III 600 V 6000 V 2 Ω
CAT III 1000 V 8000 V 2 Ω
CAT IV 600 V 8000 V 2 Ω

Na tabela acima, “tensão de trabalho” refere-se a CC ou CA RMS ao aterramento. O transiente de pico refere-se a 20 impulsos no nível de tensão fornecido. A impedância da fonte de teste vem de V / A.

Observe também que a impedância da fonte para CAT III e acima é 2 Ω contra 12 Ω para CAT II! 

De acordo com A = V / R (lei de Ohm - um princípio básico da engenharia elétrica), uma fonte de 2 Ω tem seis vezes a corrente fluindo do que uma fonte de 12 Ω. É por isso que o próprio número CAT é mais importante do que o valor de tensão que o segue. Por exemplo, um instrumento classificado como CAT II-1000V não é superior a um instrumento classificado para CAT III-600V devido a esta diferença de impedância da fonte.

Então, como você sabe qual nível e voltagem CAT exige para sua aplicação de alta voltagem? Como as altas tensões envolvem não apenas a segurança do seu equipamento, mas também a segurança dos operadores humanos, sempre considere o pior caso em termos de transientes de alta tensão perigosos e escolha um instrumento que proteja você e seus colegas.

Condicionadores de sinal Dewesoft com classificações CAT

Gama de Produtos Condicionador de sinal CAT Level CAT Tensão
SIRIUS SIRIUS-HV CAT II 1000 V
  SIRIUS-HS-HV CAT II 1000 V
KRYPTON ONE 1xHV CAT II 1000 V
  1xHV CAT III 600 V
  1xTH-HV CAT II 1000 V
  1xTH-HV CAT III 600 V

O que é Sinal Overload / Sobremodulação?

Quando os níveis de sinal são maiores do que o esperado, eles são cortados pelo conversor ADC, resultando em medições erradas, o que significa que você tem que fazer o teste novamente. Isso é chamado de overload de sinal, corte e sobremodulação , entre outros termos.

Os engenheiros têm lutado com sinais de alta faixa dinâmica por décadas. A faixa dinâmica se refere à diferença entre a menor e a maior amplitude de um sinal. Imagine que você está fazendo uma medição e na maioria das vezes o sinal está na faixa de milivolts, mas ocasionalmente ele salta para 80 V. Se você definir a faixa de entrada para 100 V para evitar o corte quando o sinal aumentar, a resolução de o sinal quando está na faixa dos milivolts não será o ideal.

Os engenheiros resolveram isso inserindo o mesmo sinal em dois canais de seu sistema de medição e configurando os ganhos de forma diferente. Isso resolve mais ou menos o problema, mas cria mais dois problemas: 

  1. Você precisa do dobro de canais de medição em seu sistema.
  2. Analisar os dados é muito mais difícil porque você precisa combinar manualmente os conjuntos de dados dos dois canais após o teste para criar um conjunto composto de dados para cada canal. Essa é uma carga de trabalho enorme e uma carga de análise adicional, especialmente quando multiplicada por muitos canais.

Uma solução melhor seria um sistema DAQ em que cada canal de entrada realmente tivesse dois ADCs internos, cada um configurado com um ganho diferente, e um processador rápido que escolheria automaticamente aquele que melhor representasse o sinal e os combinaria em um único fluxo de dados. 

Isso parece bom demais para ser verdade? Isso já foi feito pela Dewesoft com sua tecnologia SIRIUS DualCore® ADC . Cada amplificador de canal tem dois ADCs que sempre medem o ganho alto e baixo do sinal de entrada. Isso resulta em toda a faixa de medição possível do sensor e evita que o sinal seja cortado.

Acima está um vídeo que mostra e explica mais sobre como funciona.

A tecnologia DualCoreADC® da Dewesoft atinge uma relação sinal / ruído de mais de 130 dB e mais de 160 dB na faixa dinâmica. Isso é 20 vezes melhor do que sistemas de 24 bits e 20 vezes menos ruído.

Transdutores de tensão

Cada instrumento que pode medir um sinal de tensão analógico pode fazer isso diretamente, certo? Então, por que precisaríamos de um transdutor de tensão?

Quase todos os sistemas DAQ e registradores de dados no mundo podem aceitar diretamente tensões baixas e médias nas faixas de 0-10V ou 0-50V, portanto, não precisamos de um sensor ou transdutor para reduzir ou converter essa tensão de qualquer forma. De 50 V a aproximadamente 1000 V existem condicionadores de sinal disponíveis para sistemas DAQ, como o módulo Dewesoft SIRIUS HV, que pode aceitar diretamente e com segurança essas tensões e reduzi- las internamente para que possam ser digitalizadas, exibidas e armazenadas.

Mas em tensões mais altas, ou em qualquer caso, quando correntes e tensões com risco de vida estão presentes, é essencial usar um transformador de alta tensão para diminuir a alta tensão e isolar o operador de teste humano de tensões e correntes perigosas. Esse dispositivo é chamado de transformador de tensão (VT) ou transformador de potencial (PT).

Transformador potencial típicoTransformador potencial típico

O sensor PT típico inclui um transformador para reduzir um potencial muito alto - até mesmo superior a 10kV - para um nível seguro. Ele pode ser colocado em série com ou através do circuito que está sendo monitorado. O enrolamento primário do transformador possui um grande número de voltas em comparação com o secundário. 

Como o dispositivo de aquisição de dados conectado normalmente tem uma impedância muito alta, muito pouca corrente fluirá, portanto, o enrolamento secundário do TP quase não experimenta nenhuma carga. A maioria dos PTs tem saída entre 50 e 200 V, o que quase todo sistema DAQ pode aceitar.

Os PTs estão disponíveis para uso externo e aqueles projetados para uso interno. Existem também aqueles projetados para aplicações de medição elétrica. Há também uma alternativa ao tipo de transformador puro, que usa um banco de capacitores após um transformador intermediário para reduzir ainda mais a tensão. Estes podem ser menos dispendiosos porque o transformador intermediário de razão de diminuição relativamente baixa é menos caro do que o transformador enrolado convencional com uma razão abaixadora alta. 

Uma terceira variante é o VT óptico. Os TPs ópticos são normalmente encontrados em subestações de energia e raramente em aplicações DAQ. Uma vez que operam no princípio do efeito Faraday, pelo qual a polarização da luz é afetada diretamente por um campo magnético, eles são inerentemente isolados. Eles também são extremamente precisos.

VTs externos de 36 e 200 kV externosVTs externos de 36 e 200 kV externos. Foto cortesia da ABB.

Aplicações de transdutor de tensão

  • Teste de linha de alta tensão para produção e distribuição de energia, sincronizando geradores com a rede elétrica principal, 
  • Aeroespacial - teste de motor e sistema de potência
  • Automotivo - teste de sistema de circuito elétrico, híbrido e testes de motor elétrico
  • Transporte - vagões elétricos do metrô, testes do terceiro trilho e pantógrafo, centros de distribuição de energia elétrica

Prós de transdutor de tensão

  • They provide essential safety to the test engineer and technician
  • Easy to use
  • Most models do not require external power
  • Long-life operation

Contras do transdutor de tensão

  • Pode ser caro

O que é aliasing?

Digamos que sua tensão CA seja uma onda senoidal de 10 kHz, mas você só tira uma amostra a cada segundo. Obviamente, a gravação resultante ficará completamente errada. 

Entre cada amostra que você tira, 10.000 ondas senoidais terão passado. O “sinal” resultante parecerá uma forma de onda, mas estará completamente errado. Será um “alias” do sinal real. É perigoso porque você recebe algo que parece um sinal, mas, claro, está errado.

Vamos usar um exemplo prático. O gráfico abaixo representa o sinal real que estamos tentando medir:

 Sinal analógico
O sinal que queremos medir

Agora imagine que não estamos amostrando rápido o suficiente. Na verdade, estamos amostrando na taxa mostrada pelos pontos no gráfico abaixo:

 Locais reais da amostra mostrados em vermelhoOs locais reais da amostra são mostrados em vermelho

Você provavelmente já pode ver como nosso “sinal” ficará após este processo:

 Sinal com aliasAliased signal 

Este é um resultado completamente errado: ele não se parece em nada com o sinal real. Vamos compará-los lado a lado:

 Sinal analógico Sinal com alias

Esquerda: Sinal real
Direita: sinal com alias

A solução mais óbvia para o aliasing é simplesmente amostrar mais rápido, para garantir que as frequências de seus sinais nunca serão mais altas do que a taxa de amostragem pode suportar.

Mas, em um sentido prático, isso nem sempre é possível. Às vezes, transientes inesperados acontecem, por exemplo. 

Se filtrarmos no domínio analógico antes do ADC, podemos evitar que o problema de aliasing ocorra. Observe que ainda é importante definir uma taxa de amostragem alta o suficiente para capturar a faixa de frequência de interesse, mas pelo menos com Filtros Anti-Aliasing (AAF) , evitaremos que sinais falsos ("alias") destruam a integridade de nossas medições . 

O AAF ideal teria uma banda passante muito plana E um corte muito nítido na frequência de Nyquist (essencialmente metade da taxa de amostragem). 

 Diagrama de filtragem de anti-aliasing
Diagrama de filtragem de anti-aliasing

Configuração típica de AAF: um filtro analógico de passagem baixa íngreme antes do ADC impede a passagem de sinais de mais da metade da largura de banda máxima do ADC. Isso é o que Dewesoft faz com seus ADCs SAR de 16 bits encontrados nos módulos SIRIUS-HS.

No entanto, com seus ADCs Delta-sigma de 24 bits, como encontrados no sistema de aquisição de dados SIRIUS,  KRYPTON e IOLITE em quase toda a linha de produtos, os sistemas Dewesoft DAQ têm um filtro DSP adicional no próprio ADC que se ajusta automaticamente com base na taxa de amostragem que o usuário selecionou. Essa abordagem de vários estágios fornece a filtragem anti-aliasing mais robusta disponível nos sistemas DAQ hoje. 

A tecnologia ADC sigma-delta rápida da Dewesoft é a melhor abordagem possível para prevenir aliasing.

Dispositivos para medição de tensão comum

A tensão é um dos sinais registrados com mais frequência e praticamente todos os hardwares DAQ do mundo podem medi-la em um grau ou outro. Outros instrumentos também podem medir tensão, como osciloscópios e voltímetros de laboratório, só para citar alguns.

Os voltímetros são muito precisos, mas têm largura de banda baixa, enquanto os osciloscópios têm largura de banda muito alta, mas não são tão precisos, por exemplo. A tabela abaixo os divide em faixas baixas e altas, precisão e largura de banda:

Instrumento Faixa V baixa Faixa V alta Precisão Largura de banda
Voltimetro/
Multimetro digital
Millivolts 1000 V Muito bom Muito baixo
Osciloscópio Millivolts 50 V (higher with a divider) Justo para bom Muito alto
Data Logger Volts Baixos 100 V Justo para bom Baixo
Sistema DAQ  Microvolts ou Millivolts 100 V to 1000 V Muito bom Medio
Power Analyzer Millivolts 100 V to 1000 V Muito bom Medio

Os números são apenas generalizações: existem muitos instrumentos no mercado e suas especificações podem variar muito.

Além disso, às vezes você precisa medir tensões muito pequenas, ou seja, na faixa de microvolts ... e até milhares de volts. Um pré-amplificador de tensão com várias faixas de entrada é necessário para converter esses níveis de sinal amplamente diferentes em uma saída normalizada que pode ser digitalizada. Às vezes, uma minúscula tensão está em cima de um grande desvio CC, que é outro desafio com o qual muitos sistemas de medição têm problemas.

Dispositivos Dewesoft compatíveis para medição de tensão por faixa de tensão

  0-10 V 0-50 V 0-200 V 0-1000 V 1000 V+
  √ compativel (xxx) = requer modulos e/ou acessorios
SIRIUS √ (LV, HV, STG, ACC) √ (LV, HV) √ (HV) √ (HV) √ (PT)
KRYPTON
(multi-canal)
√ (LV, STG) √ (LV) √ (STG + DSI-V-200) √ (LV + PT) √ (LV + PT)
KRYPTON ONE
(canal unico)
√ (LV, HV, ACC, STG) √ (LV, HV, STG) √ (LV, HV, STG + DSI-V-200) √ (HV) √ (HV + PT)
IOLITE √ (LV, STG) √ (LV, STG) √ (STG + DSI-V-200) √ (STG + PT) √ (STG + PT)
IOLITEd √ (LV, STG) √ (LV, STG) √ (STG + DSI-V-200) √ (STG + PT) √ (STG + PT)
DEWE-43A √ (DSI-V-200) √ (DSI-V-200) √ (PT) √ (PT)
MINITAURs √ (DSI-V-200) √ (DSI-V-200) √ (PT) √ (PT)
SIRIUS MINI - - - -


PT = O transformador potenciométrico é absolutamente necessário para segurança, isolamento e divisão de tensão

Sistemas de aquisição de dados SIRIUS

Os sistemas SIRIUS HS (alta velocidade) DAQ estão disponíveis em uma ampla gama de configurações físicas, desde "fatias" modulares que se conectam ao seu computador via USB ou EtherCAT, sistemas de montagem em rack R3 e sistemas autônomos R1, R2 e R8 que incluem um computador embutido.

 SIRIUS DAQ sistema diferentes opções de chassis
Linha de produtos do sistema de aquisição de dados SIRIUS

Se você der uma olhada nos condicionadores de sinal SIRIUS DualCore e SIRIUS HS da Dewesoft , verá que todos esses módulos fornecem tensão de isolamento canal a canal e canal a terra de 1000 V (o módulo HV é adicionalmente classificado como segurança CATII) . Os amplificadores de alta densidade SIRIUS HD são isolados ± 500 V em pares. 

No mundo real da aquisição de dados, geralmente há mais do que apenas as entradas de sinal - os condicionadores de sinal geralmente fornecem tensão ou corrente de excitação para alimentar os sensores. Strain gages, células de carga, RTDs, LVDTs e acelerômetros IEPE são todos bons exemplos de sensores que requerem energia.

Às vezes esquecido pelos fabricantes de sistemas DAQ, é importante que essas linhas de excitação sejam isoladas, e é por isso que a Dewesoft fornece isolamento e / ou entradas diferenciais e proteção contra sobretensão com capacidade de curto-para-terra direta em sua linha de produtos e protege seus instrumentos e operadores humanos de loops de solo.

Módulos SIRIUS DualCore® para tensão

Módulos SIRIUS de alta faixa dinâmica e sua compatibilidade com medições de tensão diretamente e usando adaptadores DSI:

  SIRIUS DualCore® modules(up to 8 input channels per SIRIUS slice)
  Baixa tensao LV Alta tensao HV STG
Universal/LV
STGM
Universal/LV
ACC
IEPE, LV
Intervalos de entrada ±200V, ±20V, ±10V, ±1V, ±100 mV ±1200 V, ±50 V ±50V, ±10V, ±1V, ±100mV ±10V, ±1V, ±100 mV, ±10 mV ±10 V, ±500 mV
Acoplamento de entrada DC, AC 1Hz (3, 10 Hz SW) DC DC, AC 1Hz (3, 10 Hz SW) DC DC, AC 0.1Hz, 1Hz
Excitação do Sensor 2..30 V bipolar, 0..24 V unipolar, max. 0.2A/2W N/A 0..20 V max. 0.8W, 0..60mA max 0.5W 0..15V max. 44mA (IEPE only) 2,4,8,12,
Tensao de Isolamento 1000 V CATII 1000V 1000 V 1000 V 1000 V

Observação: a excitação do sensor no módulo LV requer o conector de entrada DB9.

SIRIUS HD - Módulos de alta densidade para tensão

Módulo SIRIUS de alta densidade com até 16 canais por fatia SIRIUS para aplicações de alta contagem de canais.

  Módulos SIRIUS HD (alta densidade) (até 16 canais de entrada por fatia SIRIUS)
  HD-LV
Baixa tensão

HD-STGS
Universal/LV

HD-ACC
IEPE/LV
Intervalos de entrada ±100V, ±10V, ±1V, ±100 mV ±10V, ±1V, ±100 mV, ±10 mV ±10 V, ±5V, ±1V, ±200mV
Acoplamento de entrada DC DC DC, AC 0.1 Hz, 1Hz
Excitação do Sensor 2..30 V bipolar, 0..24 unipolar, max. 0.2A/2W 0..12V max. 44mA IEPE apenas
4,8,12 mA
Tensao de Isolamento 500 V em pares 500 V em pares 500 V em pares

Observação: a excitação do sensor no módulo LV requer o conector de entrada DB9.

SIRIUS HS - Módulos de alta velocidade para tensão

A tecnologia SAR de 1 MHz e 16 bits com filtragem livre de alias selecionável por software é a escolha perfeita para gravação de transientes. Até 8 canais por módulo SIRIUS.

  Módulos SIRIUS HS (alta velocidade) (até 8 canais de entrada por fatia SIRIUS)
  HS-LV
Baixa tensão
HS-HV
Alta tensao 
HS-STG
Universal/LV
HS-ACC
IEPE/LV
Intervalos de entrada ±100V ... ±50 mV ±1600 V ... ±20 V ±50V ... ±20 mV ±10V ... ±100 mV
Acoplamento de entrada DC, AC 1Hz (3, 10 Hz SW) DC DC, AC 1Hz (3, 10 Hz SW) DC, AC 1Hz (3, 10 Hz SW)
Excitação do Sensor 2..30 V bipolar, 0..24 V unipolar, max. 0.2A/2W N/A 0..20 V max. 0.8W, 0..60mA max 0.5W IEPE apenas
4,8,12 mA
Tensao de Isolamento 1000 V CATII 1000V 1000 V 1000 V

Observação: a excitação do sensor no módulo LV requer o conector de entrada DB9.

Saiba mais sobre os sistemas SIRIUS DAQ .

Saiba mais sobre as especificações técnicas da SIRIUS .

Sistemas DEWE-43A e MINITAURs DAQ

O DEWE-43A é um sistema de aquisição de dados de uso geral extremamente portátil. Conectando-se ao computador por meio de um conector USB com trava, possui oito entradas analógicas universais que podem medir baixas tensões diretamente e tensões de até ± 200 V usando adaptadores DSI-V-200.

As entradas analógicas são diferenciais, mas não isoladas. Seu “irmão mais velho” é chamado de MINITAURs - este é essencialmente o DEWE-43A combinado com um computador e alguns outros recursos, em um único gabinete altamente portátil. As entradas universais de ambos os sistemas são compatíveis com os adaptadores DSI da Dewesoft , permitindo que você conecte um sensor RTD a qualquer um ou todos os seus oito canais de entrada. 

 DEWE-43A e sistemas de aquisição de dados MINITAURs da DewesoftEsquerda: sistema DAQ portátil DEWE-43A
À direita: modelo do MINITAURs, incluindo computador integrado

Ambos os modelos têm entradas universais diferenciais, que são basicamente módulos de ponte completa / baixa tensão compatíveis com os adaptadores da série DSI, que estão disponíveis para muitos sensores diferentes, bem como tensões de até ± 200 V, conforme mencionado acima. Os adaptadores DSI usam a tecnologia TEDS para se configurarem automaticamente no software Dewesoft X DAQ . Simplesmente conecte o adaptador DSI à entrada DB9 da entrada selecionada, verifique suas configurações na tela de configuração do hardware no software Dewesoft X e você estará pronto para começar a fazer medições.

DEWE-43A e MINITAURs para medição de tensã

  DEWE-43A MINITAURs
Faixas de tensão (direta) ±10 V, ±1 V, ±100 mV, ±10 mV Intervalos altos e baixos DualCoreADC:
± 10V (500 mV), ± 1V (50 mV), ± 100mV (5 mV), ± 10mV (0,5 mV)
Faixas de tensão  usando DSI-V-200 Up to ±200 V Up to ±200 V
Acoplamento de entrada DC DC
Potência do Sensor
± 5 V ± 0,1% de alimentação do sensor de ponte, limite de 70 mA (não disponível quando o adaptador DSI é usado)

0 a 12 VCC programável por software (DAC de 16 bits), máx. 44 mA (não disponível quando o adaptador DSI é usado)
Tipo de entrada Diferencial Diferencial
Proteção de entrada de sobretensã +70 V In + para In-: 50 V contínuo; Pico de 200 V (10 ms)

Saiba mais sobre o DEWE-43A .

Saiba mais sobre MINITAURs .

Saiba mais sobre adaptadores DSI .

Sistemas de aquisição de dados KRYPTON e KRYPTON ONE

KRYPTON é a linha de produtos mais robusta disponível da Dewesoft. Construído para suportar temperaturas extremas e condições de choque e vibração, KRYPTON é classificado como IP67, protegendo-os contra água, poeira e muito mais. Eles se conectam a qualquer computador Windows (incluindo o modelo IP67 KRYPTON-CPU robusto da própria Dewesoft ) via EtherCAT e podem ser separados por até 100 metros (328 pés), permitindo que você os localize perto da fonte de sinal. Como o SIRIUS, eles executam o software DAQ mais poderoso do mercado, o Dewesoft X. 

Sistema KRYPTON DAQ com adaptadores Dewesoft DSIUm módulo KRYPTON multicanal típico com vários adaptadores DSI conectados

Esses sistemas extremamente robustos também estão disponíveis em módulos de canal único chamados KRYPTON-1. Tanto o KRYPTON multicanal quanto o monocanal fornecem o mesmo nível de desempenho e robustez.

Módulos multicanais KRYPTON para tensão

KRYPTON
módulos multicanais
 
  KRYPTON LV
Alta tensão de isolamento
STG
Universal / Baixa tensão
ACC
Tensão/IEPE
Número de Canais 4 ou 8 canais 3 or 6 channels 4 channels
Alcance de voltagem ±50 V ±10V, ±1V, ±100mV, ±10mV ±10 V, ±5 V, ±1 V, ±200 mV
Acoplamento de entrada DC DC DC, AC 0.1 Hz, 1 Hz
Excitação do Sensor N/A 0...15 V max. 0.4W/ch 
(45mA limit)
IEPE 4 mA, 8 mA
Tensão de Isolamento 1000 V Diferencial Diferencial

Módulos de canal único KRYPTON ONE para tensão

KRYPTON-1
módulos de canal único
  LV
Baixa tensao
HV
Alta tensao
STG
Universal/LV
ACC
IEPE/LV
Faixas de tensão ±50 V, ±10 V, 
±1 V, ±100 mV
±1000 V ±50 V, ±10 V, 
±1 V, ±100 mV
±10 V, ±5 V, ±1 V, ±200 mV

Acoplamento de entrada
DC, AC 1Hz DC DC, AC 1Hz DC, AC 0.1 Hz, 1 Hz

Excitação do Sensor
N/A DC Livremente programável
via DAC de 16 bits)
IEPE apenas
4 mA, 8 mA @ 24 VDC
Tensão de Isolamento 125 VRMS
CH, GND
CAT III 600 V
CAT II 1000 V
125 VRMS
CH, GND
125 VRMS
CH, GND

 Módulo KRYPTON ONE HV

Acima à esquerda: módulo KRYPTON ONE HV
Acima à esquerda: módulo KRYPTON ONE HV

Saiba mais sobre os instrumentos KRYPTON DAQ .

Sistemas IOLITE DAQ

IOLITE é um produto exclusivo que combina os recursos essenciais de um sistema de controle industrial em tempo real com um poderoso sistema DAQ. Com o IOLITE, centenas de canais analógicos e digitais podem ser gravados em velocidade total e, ao mesmo tempo, enviar dados em tempo real para qualquer controlador mestre EtherCAT de terceiros.

 Sistema de aquisição de dados IOLITE
Esquerda: sistema de montagem em rack IOLITEr com 12 slots de módulo de entrada
À direita: sistema de bancada IOLITEs com 8 slots de módulo de entrada

IOLITE módulos de entrada multicanal
  8xLV
Baixa Tensao
6xSTG
Universal/LV
Número de Canais 8 6
Número de Canais ±100 V, ±10 V
(±10 V, ±1V on request)
±50 V, ±10 V, ±1 V, ±100 mV
Acoplamento de entrada DC DC, AC 1 Hz
Excitação do Sensor N/A 0 - 12 V (bipolar), 0..24 V (unipolar) max. 0.4 W/ch
ITensão de Isolamento 1000 V Diferencial

Saiba mais sobre IOLITE DAQ e sistemas de controle .