Escrito por Grant Maloy Smith, el experto en adquisición de datos

En este artículo, analizaremos cómo se mide el voltaje con respecto a las aplicaciones de adquisición de datos (DAQ) en la actualidad, con suficiente detalle para que pueda:

  • Vea qué sensores y transductores de voltaje disponibles hoy
  • Aprenda los conceptos básicos de la medición de voltaje precisa
  • Comprenda cómo se aplican varios sensores en aplicaciones de medición de voltaje.

¿Estas listo para empezar? ¡Vamos!

Qué es Voltaje?

El voltaje es la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. A veces también se le llama tensión o presión, debido a la analogía entre el agua y la electricidad.

Piense en un sistema cerrado de tuberías de agua que incluye una bomba. La bomba impulsa el agua alrededor de las tuberías, creando una diferencia de presión que impulsa el agua. Esta presión que empuja el agua le permite hacer un trabajo, como hacer girar una turbina, por ejemplo.

Relationship between voltage, current, and resistance

La relación entre voltaje, corriente y resistencia en un circuito.

En esta analogía, el agua representa la electricidad. La bomba representa una fuente de alimentación. La presión que crea la fuente de alimentación en el circuito es el potencial de voltaje y la velocidad a la que se mueve el agua representa la corriente.

Pero centrémonos en el voltaje en este artículo.

Voltaje CA Vs. Voltaje CC

El voltaje puede ser CC o CA, dependiendo de la corriente que lo transporta. En los sistemas de CC, la corriente nunca cambia de dirección. Es unidireccional, es decir, no cambia de polaridad.

Pero en los sistemas de CA, la corriente alterna direcciones, cruzando 0V en una dirección positiva, luego girando y cruzando 0V nuevamente en una dirección negativa. Puede ver el voltaje (y la corriente) de CC y CA representados en los gráficos a continuación:

DC circuits (left) versus AC circuits (right)Circuitos de CC (izquierda) vs circuitos de CA (derecha)

Las fuentes más conocidas de voltaje de CC son las baterías AAA comunes o la mucho más grande que enciende (¡o incluso alimenta!) Su automóvil. La fuente de voltaje CA más conocida es la de 120 VCA o 230 VCA que alimenta nuestros hogares y negocios.

La Terminología de la Medición de Voltaje

Es posible que haya escuchado términos como "un solo extremo con referencia", "un solo extremo, sin referencia" y "diferencial" y se haya preguntado qué significan realmente en términos de realizar mediciones de voltaje. Bueno, todo se trata del punto de referencia. Recuerde que Justo al comienzo de este artículo, establecimos que el voltaje es la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos.

Medidas de un Solo Extremo

Las medidas de un solo extremo son aquellas que se realizan con respecto al suelo. La señal se transmite solo por el cable positivo y el otro cable está referenciado a tierra. Pero, ¿quién proporciona esta tierra?

Si el instrumento de medición proporciona la referencia de tierra, entonces la medición se clasifica como "referenciada, de un solo extremo". Esto a menudo se abrevia como RSE.

Example of a referenced single-ended measurement (RSE)Ejemplo de una medición de un solo extremo referenciada (RSE)

Por otro lado, si la señal en sí misma proporciona la referencia de tierra, entonces la medición se clasifica como “sin referencia, un solo extremo”, abreviado como NRSE.

Example of a non-referenced single-ended measurement (NRSE)Ejemplo de una medición de un solo extremo sin referencia (NRSE)

Mediciones Diferenciales

Si ignoramos la tierra y medimos entre dos puntos en un circuito, estamos haciendo una medición diferencial. Se llama diferencial porque estamos midiendo la DIFERENCIA entre estos dos puntos. Realmente estamos midiendo dos señales en lugar de una en un escenario de un solo extremo. Cada canal diferencial realmente tiene dos preamplificadores en su interior, y estas entradas flotan con respecto a tierra.

Example of a differential (DIFF) measurementEjemplo de una medición diferencial (DIFF)

Obtenga más información sobre Dewesoft y la medición de voltaje / corriente:

Dewesoft PRO Training > Medición de Voltaje

Dewesoft PRO Training > Medición de Corriente

Fuentes de Señal Flotante

También es posible que escuche que una fuente de señal es "flotante". Esto simplemente significa que no está directamente referenciado al suelo. Un ejemplo común de tal fuente sería una batería. En el caso de medir desde las salidas de fuentes de señales flotantes, el sistema de medición debe proporcionar la referencia de tierra.

Qué significan términos como promedio, RMS, Pico a Pico?

El voltaje se puede cuantificar de varias formas. Echemos un vistazo a cada uno de estos términos comunes y su significado.

Visualising peak, ave, RMS terms for a sinusoidal waveformVisualización de términos de pico, media y RMS para una forma de onda sinusoidal

El Voltaje medio (VAV) es, como ya lo indica el nombre, el valor medio durante un período. Para señales sinusoidales puras, el promedio será cero, porque la cantidad de corriente en la primera mitad positiva de la forma de onda es igual a la corriente en el semiciclo negativo. Estas corrientes se cancelan entre sí dando como resultado cero. Entonces, tomando solo la mitad de un ciclo, podemos definir el promedio tomando el valor pico (máximo) y multiplicarlo por 0.637.

El voltaje RMS (root-mean-square también conocido como VRMS) es la raíz cuadrada de la media aritmética de los valores de la función al cuadrado que definen la forma de onda continua. Una forma común de calcular el valor eficaz es multiplicar el valor máximo por 0,707. RMS es la forma más común de expresar voltajes CA.

El voltaje Pico (VPK o VMAX) describe el voltaje más alto dentro de un período.

El voltaje Pico a Pico (VPK) define la amplitud completa de los picos positivos y negativos dentro de un período.

El Factor de Cresta es una relación de los valores de pico máximos divididos por el valor RMS de una forma de onda de CA. Dado que los niveles de voltaje de CC y las ondas cuadradas no tienen picos, tienen un factor de cresta de 1, donde una onda sinusoidal pura tiene un factor de cresta de 1.414.

Tenga en cuenta que en la mayoría de los sistemas de medición, los valores promedio, RMS, pico y factor de cresta se calculan típicamente durante un período de tiempo, generalmente un subconjunto de la frecuencia de muestreo seleccionada del sistema de adquisición de datos. Esta es una forma muy útil de presentar estos valores.

Por ejemplo, en el software de adquisición de datos Dewesoft X, el usuario puede seleccionar cualquiera de estos valores y hacer que se calculen en un divisor de la frecuencia de muestreo seleccionada. A continuación, se muestra un ejemplo de la pantalla de configuración, donde puede seleccionar los valores estadísticos que desea mostrar / registrar:

Basic statistics math setup screen in the Dewesoft X data acquisition softwarePantalla de configuración de estadísticas básicas de Dewesoft X

1. Entrada En el grupo Entrada, puede seleccionar los canales de entrada deseados para los que desea calcular las estadísticas deseadas. Las estadísticas admiten múltiples canales de entrada..
2.Canales de Salida Aquí se puede seleccionar qué estadísticas deben calcularse. A continuación, se mostrarán como canales de salida separados.
3. Tipos de Cálculo En el grupo Tipo de cálculo, puede definir parámetros para el cálculo.
4. Salida El área de salida ofrece una vista previa rápida de las estadísticas calculadas en una entrada seleccionada, que se generará como un canal, según las opciones seleccionadas en Canales de salida y Tipo de cálculo.

La siguiente imagen muestra cómo se ve en la pantalla. Los canales se pueden mostrar en una variedad de widgets gráficos, desde pantallas numéricas simples hasta gráficos de bandas, gráficos de barras y más.

Dewesoft X display showing real waveform (top) and statistical values in the chart below and in the digital metersPantalla de visualización Dewesoft X que muestra la forma de onda real (arriba) y los valores estadísticos en la tabla a continuación y en los medidores digitales

Obtenga más información sobre Dewesoft y los Cálculos Estadísticos:

Dewesoft PRO Training > Cálculos Estadísticos Sobre Datos Muestreados

¿Qué es el Voltaje de Modo Común? ¿Qué es el Rechazo en Modo Común?

Los voltajes de modo común son señales que están presentes en ambos cables de una fuente de señal. En realidad, no debería haber señales idénticas en ambos cables, por lo que el modo común suele ser el ruido que se ha infiltrado en la cadena de señales.

La mejor forma de eliminar o reducir los voltajes de modo común es realizar una medición diferencial.

Para explicarlo, retrocedamos un poco. En las mediciones de un solo extremo mencionadas anteriormente, estamos usando un preamplificador para medir la línea de señal positiva. Si el ruido entra en la señal, ¿cómo podemos saberlo? ¿Cómo podemos saber cuál es la señal real y cuál es el ruido?

Quizás por experiencia, podemos ver 60 Hz en la parte superior de la señal, pero es un desafío.

Representation of a Differential AmplifierRepresentación de un Amplificador Diferencial

El enfoque más básico para eliminar las señales de modo común es utilizar un amplificador diferencial. Este amplificador tiene dos entradas: una positiva y una negativa. El amplificador mide solo la diferencia entre las dos entradas.

Rechazo de Modo Común

El ruido eléctrico que circula a lo largo de nuestro cable sensor debe estar presente en ambas líneas: la línea de señal positiva y la línea de tierra (o señal negativa). Las señales comunes a ambas líneas serán rechazadas por el amplificador diferencial y solo pasará la señal, como se muestra en el gráfico siguiente:

A differential amplifier successfully eliminates common-mode voltages within its CMV voltage rangeUn amplificador diferencial elimina con éxito los voltajes de modo común dentro de su rango de voltaje CMV

Esto funciona muy bien, pero hay límites en la cantidad de voltaje de modo común (CMV) que puede rechazar el amplificador. Cuando el CMV presente en las líneas de señal excede el rango máximo de entrada de CMV del amplificador diferencial, se "recortará". El resultado es una señal de salida distorsionada e inutilizable, como se muestra a continuación:

A differential amplifier distorts or clips when its CMV input range is exceededUn amplificador diferencial se distorsiona o "recorta" cuando se excede su rango de entrada CMV

Entonces, en estos casos, necesitamos una capa adicional de protección contra CMV y el ruido eléctrico en general (así como el bucle de tierra, que se discutirá en la siguiente sección): aislamiento.

Las entradas de un amplificador aislado "flotan" por encima del voltaje de modo común. Están diseñados con una barrera de aislamiento con un voltaje de ruptura de 1000 voltios o más. Esto le permite rechazar ruido CMV muy alto y eliminar bucles de tierra.

An isolated differential amplifier rejects even very high CMVUn amplificador diferencial aislado rechaza incluso un CMV muy alto

Los amplificadores aislados crean esta barrera de aislamiento mediante el uso de pequeños transformadores para desacoplar ("flotar") la entrada de la salida, o mediante pequeños optoacopladores, o mediante acoplamiento capacitivo. Los dos últimos métodos suelen proporcionar el mejor rendimiento de ancho de banda.

¿Qué es un bucle de tierra?

A menos que se eviten, los bucles de tierra pueden ser un problema grave para los sistemas de medición. A veces llamado "ruido", un bucle de tierra es causado por la referencia inadvertida de equipos eléctricos a más de una ruta a tierra; cualquier diferencia de potencial en estos puntos de conexión a tierra hace que la corriente fluya entre ellos, induciendo un bucle de corriente. Esto provoca distorsiones en la señal que, si son lo suficientemente altas, pueden arruinar la medición.

En la siguiente imagen, el amplificador de medida está conectado a tierra (GND 1) en un lado. Se utiliza un cable blindado asimétrico para conectar el sensor, cuya carcasa metálica se coloca sobre una superficie conductora en GND 2. Debido a la longitud del cable, existe una diferencia de potencial entre GND1 y GND 2. Esta diferencia de potencial actúa como un fuente de voltaje, acoplándose con el ruido electromagnético del entorno.

A ground loop caused by ground potential differencesUn bucle de tierra causado por diferencias de potencial de tierra

Si el sensor pudiera desacoplarse de GND2, podría resolver el problema. Pero a veces esto no es posible. Además, a veces las reglas de seguridad requieren la referenciación de un blindaje de cable y, por lo tanto, no debe eliminarse.

La mejor solución es utilizar un amplificador diferencial dentro del acondicionador de señal que está aislado. Con este único cambio, el problema está resuelto.

Eliminating differential ground potential problems via isolationEliminación de problemas de potencial diferencial de tierra mediante aislamiento

Los bucles de tierra también pueden provenir del propio instrumento, a través de su propia fuente de alimentación. Teniendo en cuenta que nuestro sistema de medición está enchufado a la corriente, que tiene una referencia de tierra. Por lo tanto, es fundamental desacoplar esta referencia de los componentes de manejo de señales del instrumento para garantizar que no se puedan crear bucles de tierra dentro del instrumento.

Power supply induced ground loopingBucle de tierra inducido por la fuente de alimentación

Este escenario puede volverse peligroso si hay una falla en el cableado. Mirando la ruta de alta corriente desde la fuente de alimentación, ¿qué pasará si se rompe la línea de retorno? Toda la energía se enrutará a través de la parte de acondicionamiento de señal del hardware DAQ. Esto podría provocar que todo el sistema se dañe o destruya, e incluso peligros potenciales para el operador humano del instrumento.

The danger of power supply induced ground loopsEl peligro de los bucles de tierra inducidos por la fuente de alimentación

Al aislar completamente la ruta de la señal de la fuente de alimentación, no es posible que ocurra el escenario anterior.

Términos Importantes de Aislamiento

Dada toda la información anterior, parece claro que nuestros sistemas de medición deben tener entradas de señales analógicas al menos diferenciales y preferiblemente aisladas.

Pero cuando revisa las especificaciones de aislamiento de varios sistemas de medición y acondicionadores de señal, puede encontrarlo especificado con términos como:

  • canal-a-tierra
  • canal-a-canal y
  • banco aislado

Qué significan estos términos y cómo se relacionan entre sí?

Aislamiento de canal a tierra

El aislamiento de canal a tierra define el voltaje máximo que puede haber entre la entrada de un canal y la tierra del instrumento. Normalmente, la tierra de un instrumento está referenciada a la tierra de la fuente de alimentación. Al aislar la tierra de la señal de la tierra del chasis, podemos eliminar la mayoría de los problemas de bucle de tierra.

Channel to ground isolationEsquema de aislamiento de canal a tierra

A veces, esto también se conoce como aislamiento de entrada a salida. Todos los canales comparten una tierra común, que está aislada de la tierra o del potencial de tierra del instrumento. Esto no sería una limitación si solo se conectara una fuente de señal al sistema. Pero cuando se conectan señales adicionales, cada una con diferencias de potencial de tierra, puede producir ruido en todas las señales y problemas de modo común.

Si dos o más canales comparten un terreno común, entonces no están aislados galvánicamente. Tenga cuidado cuando un instrumento solo mencione aislamiento de entrada a salida o de canal a tierra.

Aislamiento de canal a canal

El aislamiento de canal a canal define el voltaje máximo que puede haber entre un canal y cualquier otro canal. Los canales no pueden compartir un bus de tierra, por ejemplo. Cada canal también debe estar aislado del resto del sistema, p. Ej. el voltaje de la fuente de alimentación del sistema, la tierra del chasis, etc. Si todos los canales están aislados entre sí, entonces necesariamente también están aislados de la tierra, por lo que el aislamiento de canal a tierra se incluye dentro del aislamiento de canal a canal.

Channel to channel isolation diagramDiagrama de aislamiento de canal a canal

Por tanto, si un sistema tiene aislamiento de canal a tierra, no significa necesariamente que tenga aislamiento de canal a canal. PERO, si un sistema tiene aislamiento de canal a canal, también debe tener aislamiento de canal a tierra.

Los sistemas SIRIUS DAQ de Dewesoft proporcionan aislamiento de canal a canal y de canal a tierra, como se muestra en este breve video:

Aislamiento por Banco

El aislamiento por banco se emplea normalmente en sistemas de gran cantidad de canales. En este escenario, los canales están aislados en grupos que comparten un aislamiento común. Esto se puede hacer para ahorrar dinero o por necesidad.

Los componentes de aislamiento ocupan espacio y consumen energía. En los sistemas de medición de muy alta densidad, a veces, literalmente, no hay suficiente espacio para que cada canal esté aislado por separado.

Cuando mire los acondicionadores de señal compatibles con Dewesoft para voltaje más adelante en este artículo, verá que los acondicionadores de señal SIRIUS HD (alta densidad) están aislados en pares en bancos, donde cada dos canales comparten una ruta de aislamiento. Todos los demás acondicionadores de señal SIRIUS están aislados por canal.

Obtenga más información sobre el aislamiento:

Importance of Isolation in Data Acquisition Systems

Consulte los acondicionadores de señal SIRIUS para las medidas de voltaje en este artículo.

¿Qué son los estándares de seguridad “CAT”?

Al observar las especificaciones de instrumentación para entradas de alto voltaje, notará términos como “CAT II” y “CAT III”, con algunos niveles de voltaje junto a ellos. ¿Qué significan estos?

“CAT” se refiere a la categoría de medición IEC (Comisión Electrotécnica Internacional) de cómo y dónde se utilizan los instrumentos con respecto a los circuitos activos. Hay cuatro categorías, enumeradas por los números romanos I, II, III y IV.

Estos valores CAT se refieren esencialmente a la ubicación del instrumento. El valor más bajo de esto significa que el instrumento se ubicará más lejos de los potenciales de alto voltaje y transitorios, mientras que CAT IV se refiere a ubicaciones muy cercanas a la fuente de altos voltajes y por lo tanto transitorios.

Luego, dentro de cada uno de estos valores CAT, a menudo verá valores de voltaje que se refieren a la capacidad del instrumento para soportar transitorios hasta ese valor. Por supuesto, un instrumento con clasificación CAT II-1000V es capaz de soportar muchos transitorios de mayor nivel que un instrumento clasificado con CAT II-600V.

Ejemplo de ubicaciones de valor CAT

CAT safety standards

Niveles CAT y estándares de seguridad por ubicación

Básicamente, cuanto más cerca esté conectado el equipo a la fuente primaria de energía de voltaje, mayor será la posibilidad de que entren peligrosos voltajes transitorios al instrumento y, por lo tanto, mayor será el número CAT.

Protección contra sobretensiones transitorias mediante voltaje de trabajo y CAT

Categoría Voltaje de Trabajo Pico Transitorio Fuente de Prueba
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

En la tabla anterior, "voltaje de trabajo" se refiere a CC o ACRMS a tierra. El pico transitorio se refiere a 20 impulsos al nivel de voltaje dado. La impedancia de la fuente de prueba proviene de V / A.

Tenga en cuenta también que la impedancia de la fuente para CAT III y superior es 2 Ω frente a 12 Ω para CAT II.

Según A = V / R (ley de Ohm, un principio básico de la ingeniería eléctrica), una fuente de 2 Ω tiene seis veces el flujo de corriente que una fuente de 12 Ω. Es por eso que el número CAT en sí es más importante que el valor de voltaje que le sigue. Por ejemplo, un instrumento clasificado como CAT II-1000V no es superior a uno clasificado como CAT III-600V debido a esta diferencia de impedancia de fuente.

Entonces, ¿cómo sabe qué nivel de CAT y voltaje se requieren para su aplicación de alto voltaje? Debido a que los altos voltajes involucran no solo la seguridad de su equipo sino también la seguridad de los operadores humanos, siempre considere el peor de los casos en términos de peligrosos transitorios de alto voltaje y elija un instrumento que lo proteja a usted y a sus colegas.

Acondicionadores de señal Dewesoft con clasificación CAT

Gama de Productos Acondicionador de Señal Nivel CAT Voltaje CAT
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

Qué es la sobrecarga / Sobremodulación de señal?

Cuando los niveles de señal son más altos de lo esperado, el convertidor ADC los recorta, lo que da como resultado mediciones incorrectas, lo que significa que debe realizar la prueba de nuevo. Esto se llama sobrecarga de señal, recorte y sobremodulación, entre otros términos.

Los ingenieros han estado luchando con señales de alto rango dinámico durante décadas. El rango dinámico se refiere a la diferencia entre las excursiones de amplitud más pequeñas y más grandes de una señal. Imagine que está realizando una medición y la mayor parte del tiempo la señal está en el rango de milivoltios, pero ocasionalmente salta hasta 80 V. Si establece el rango de entrada en 100 V para evitar recortes cuando la señal aumenta, la resolución de la señal cuando está en el rango de milivoltios no será óptima.

Los ingenieros han abordado esto introduciendo la misma señal en dos canales de su sistema de medición y configurando las ganancias de manera diferente. Esto resuelve más o menos el problema, pero crea dos problemas más:

  1. Necesita el doble de canales de medición en su sistema.
  2. Analizar los datos es mucho más difícil porque tiene que combinar manualmente los conjuntos de datos de los dos canales después de la prueba para crear un conjunto compuesto de datos para cada canal. Esta es una enorme carga de trabajo y una carga de análisis adicional, especialmente cuando se multiplica por muchos canales.

Una mejor solución sería un sistema DAQ donde cada canal de entrada realmente tuviera dos ADC dentro, cada uno configurado con una ganancia diferente, y un procesador rápido que elegiría automáticamente el que mejor representara la señal y los combinaría en un solo flujo de datos.

¿Suena demasiado bueno para ser verdad? Ya lo ha hecho Dewesoft con su tecnología SIRIUS DualCore® ADC. Cada amplificador de canal tiene dos ADC que siempre miden la ganancia alta y baja de la señal de entrada. Esto da como resultado el rango de medición completo posible del sensor y evita que la señal se corte.

Arriba hay un video que muestra y explica más sobre cómo funciona.

La tecnología DualCoreADC® de Dewesoft logra una relación señal / ruido de más de 130 dB y más de 160 dB en rango dinámico. Esto es 20 veces mejor que los sistemas de 24 bits y 20 veces menos ruido.

Transductores de Voltaje

Todos los instrumentos que pueden medir una señal de voltaje analógica pueden hacerlo directamente, ¿verdad? Entonces, ¿por qué necesitaríamos un transductor de voltaje?

Casi todos los sistemas DAQ y registradores de datos del mundo pueden aceptar directamente voltajes bajos y medios en los rangos de 0-10 V o 0-50 V, por lo que no necesitamos un sensor o transductor para reducir o convertir este voltaje de ninguna manera. Desde 50 V hasta aproximadamente 1000 V, hay acondicionadores de señal disponibles para sistemas DAQ como el módulo Dewesoft SIRIUS HV, que puede aceptar estos voltajes de manera directa y segura y reducirlos internamente para que puedan digitalizarse, mostrarse y almacenarse.

Pero a voltajes más altos, o en cualquier caso, cuando están presentes corrientes y voltajes potencialmente mortales, es esencial usar un transformador de alto voltaje para reducir el alto voltaje y aislar al operador de prueba humano de voltaje y corriente peligrosos. Tal dispositivo se llama transformador de voltaje (VT) o transformador de potencial (PT).

Typical Potential TransformerTransformador típico de Potencia

El Transformador de Potencia (TP) típico incluye un transformador para reducir un potencial muy alto, incluso superior a 10 kV, a un nivel seguro. Puede colocarse en serie con o a través del circuito que se está monitoreando. El devanado primario del transformador tiene una gran cantidad de vueltas en comparación con el secundario.

Debido a que el dispositivo de adquisición de datos conectado normalmente tiene una impedancia muy alta, fluirá muy poca corriente, por lo que el devanado secundario del TP casi no experimenta ninguna carga. La mayoría de los TP emiten entre 50 y 200 V, lo que casi todos los sistemas DAQ pueden aceptar.

Los TP están disponibles para uso en exteriores y aquellos diseñados para uso en interiores. También están aquellos diseñados para aplicaciones de medición eléctrica. También existe una alternativa al tipo de transformador puro que utiliza un banco de condensadores después de un transformador intermedio para reducir aún más el voltaje. Estos pueden ser menos costosos porque el transformador intermedio de relación de reducción relativamente baja es menos costoso que el transformador bobinado convencional con una relación de reducción alta.

Una tercera variante es el TV óptico. Los TV ópticos se encuentran generalmente en subestaciones eléctricas y no a menudo en aplicaciones DAQ. Dado que operan según el principio del efecto Faraday, según el cual la polarización de la luz se ve afectada directamente por un campo magnético, están inherentemente aislados. También son extremadamente precisos.

Outdoor 36 and 200 kV outdoor VTsTV de exterior de 36 y 200 kV. Foto cortesía de ABB.

Aplicaciones de transductores de voltaje

  • Prueba de líneas eléctricas de alta tensión para producción y distribución de energía, sincronizando generadores con la red eléctrica principal,
  • Aeroespacial: pruebas de motores y sistemas de potencia
  • Automotriz: prueba de sistemas de circuitos eléctricos, pruebas de motores híbridos y eléctricos
  • Transporte: vagones eléctricos del metro, pruebas de tercer carril y pantógrafo, centros de distribución de energía eléctrica

Ventajas de los Transductores de Voltaje

  • Proporcionan seguridad esencial para el ingeniero de pruebas y el técnico.
  • Fácil de usar
  • La mayoría de los modelos no requieren alimentación externa
  • Operación de larga duración

Contras del Transductor de Voltaje

  • Puede ser caro

Qué es el aliasing?

Supongamos que su voltaje de CA es una onda sinusoidal de 10 kHz, pero solo toma una muestra cada segundo. Obviamente, la grabación resultante va a ser completamente incorrecta.

Entre cada muestra que tome, habrán pasado 10,000 ondas sinusoidales. La "señal" resultante se verá como una forma de onda, pero será completamente incorrecta. Será un "alias" de la señal real. Es peligroso porque obtienes algo que parece una señal, pero por supuesto, está mal.

Usemos un ejemplo práctico. El siguiente gráfico representa la señal real que estamos intentando medir:

Analog signalLa señal que queremos medir

Ahora imagine que no lo estamos probando lo suficientemente rápido. De hecho, estamos muestreando a la tasa que muestran los puntos en el siguiente gráfico:

Actual sample locations shown in redLas ubicaciones reales de las muestras se muestran en rojo

Probablemente ya pueda ver cómo se verá nuestra "señal" después de este proceso:

Aliased signalSeñal con alias

Este es un resultado completamente incorrecto: no se parece en nada a la señal real. Vamos a compararlos uno al lado del otro:

Analog signalAliased signal

Izquierda: señal real
Derecha: señal con alias

La solución más obvia para el aliasing es simplemente muestrear más rápido, para asegurarse de que las frecuencias de sus señales nunca sean más altas de lo que la frecuencia de muestreo puede manejar.

Pero en un sentido práctico, esto no siempre es posible. A veces ocurren transitorios inesperados, por ejemplo.

Si filtramos en el dominio analógico antes del ADC, podemos evitar que ocurra el problema de aliasing. Tenga en cuenta que aún es importante establecer una frecuencia de muestreo lo suficientemente alta para capturar el rango de frecuencia de interés, pero al menos con los filtros anti-aliasing (AAF), evitaremos que las señales falsas ("alias") destruyan la integridad de nuestras mediciones .

El AAF ideal tendría una banda de paso muy plana Y un corte muy agudo en la frecuencia de Nyquist (esencialmente la mitad de la frecuencia de muestreo).

Anti-aliasing filter roll-off diagramDiagrama de caída del filtro de suavizado

Configuración típica de AAF: un filtro analógico de paso bajo empinado antes del ADC evita que pasen señales de más de la mitad del ancho de banda máximo del ADC. Esto es lo que hace Dewesoft con sus ADC SAR de 16 bits que se encuentran en los módulos SIRIUS-HS.

Sin embargo, con sus ADC Delta-sigma de 24 bits, que se encuentran en el sistema de adquisición de datos SIRIUS, KRYPTON e IOLITE en casi toda la línea de productos, los sistemas DAQ Dewesoft tienen un filtro DSP adicional en el ADC que se ajusta automáticamente en función de la frecuencia de muestreo. que el usuario ha seleccionado. Este enfoque de múltiples etapas proporciona el filtrado anti-aliasing más sólido disponible en los sistemas DAQ en la actualidad.

La tecnología ADC sigma-delta rápida de Dewesoft es el mejor enfoque posible para prevenir el alias.
 

Dispositivos para Medición de Voltaje Común

El voltaje es una de las señales que se registran con más frecuencia, y prácticamente todos los equipos DAQ del mundo pueden medirlo en un grado u otro. Otros instrumentos también pueden medir voltaje, como osciloscopios de laboratorio y voltímetros, solo por nombrar algunos.

Los voltímetros son muy precisos pero tienen un ancho de banda bajo, mientras que los osciloscopios tienen un ancho de banda muy alto pero no son tan precisos, por ejemplo. La siguiente tabla los desglosa por rangos bajos y altos, precisión y ancho de banda:

Instrumento Rango de Bajo V Rango de Bajo V Precisión Ancho de Banda
Voltímetro /
Multímetro digital
Milivolts 1000 V Muy Bueno Muy Baja
Osciloscopio Milivolts 50 V (Mas alto con un divisor) Justo a bueno Muy Bueno
Registrador de datos Bajos volts 100 V Justo a bueno Bajo
Sistema DAQ Microvolts o Milivolts 100 V to 1000 V Muy Bueno Medio
Analizador de energía Milivolts 100 V to 1000 V Muy Bueno Medio

Los números son solo generalizaciones: hay muchos instrumentos en el mercado y sus especificaciones pueden variar mucho.

Además, a veces es necesario medir voltajes muy pequeños, es decir, en el rango de microvoltios ... y hasta los miles de voltios. Se necesita un preamplificador de voltaje con múltiples rangos de entrada para convertir estos niveles de señal ampliamente diferentes en una salida normalizada que se pueda digitalizar. A veces, una pequeña tensión se monta sobre una gran compensación de CC, que es otro desafío con el que muchos sistemas de medición tienen problemas.

Dispositivos Dewesoft Compatibles para la Medición de Voltaje por Rango de Voltaje

  0-10 V 0-50 V 0-200 V 0-1000 V 1000 V+
  √ compatible (xxx) = requiere módulos y/o accesorios
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
(un solo canal)
√ (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 = El Transformador Potenciométrico es absolutamente necesario para la seguridad, el aislamiento y la división de voltaje

Sistema de Adquisición de Datos SIRIUS

Los sistemas DAQ SIRIUS HS (alta velocidad) están disponibles en una amplia gama de configuraciones físicas, desde módulos que se conectan a su computadora a través de USB o EtherCAT, sistemas de montaje en rack R3 y sistemas independientes R1, R2 y R8 que incluyen una computadora incorporada.

SIRIUS DAQ system different chassis optionsLa gama de productos del sistema de adquisición de datos SIRIUS

Si echa un vistazo a los acondicionadores de señal SIRIUS DualCore y SIRIUS HS de Dewesoft, verá que todos estos módulos proporcionan un voltaje de aislamiento de canal a canal y de canal a tierra de 1000 V (el módulo de alta tensión también tiene clasificación de seguridad CATII) . Los amplificadores de alta densidad SIRIUS HD están aislados ± 500 V en pares.

En el mundo real de la adquisición de datos, a menudo hay más que solo las entradas de señal: los acondicionadores de señal a menudo proporcionan voltaje o corriente de excitación para alimentar los sensores. Las galgas extensométricas, las celdas de carga, los RTD, los LVDT y los acelerómetros IEPE son buenos ejemplos de sensores que requieren energía.

A veces ignorado por los fabricantes de sistemas DAQ, es importante que estas líneas de excitación estén aisladas, razón por la cual Dewesoft proporciona aislamiento y / o entradas diferenciales y protección contra sobretensión con capacidad directa de corto a tierra en toda su línea de productos, y protege sus instrumentos. y operadores humanos de circuitos de tierra.

Módulos para voltaje SIRIUS DualCore®

Módulos SIRIUS de alto rango dinámico y su compatibilidad con medidas de tensión directamente, y mediante adaptadores DSI:

  Módulos SIRIUS DualCore® (hasta 8 canales de entrada por módulo SIRIUS)
  LV
Low voltage
HV
High voltage
STG
Universal/LV
STGM
Universal/LV
ACC
IEPE, LV
Rangos 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
Acoplamiento de Entrada DC, AC 1Hz (3, 10 Hz SW) DC DC, AC 1Hz (3, 10 Hz SW) DC DC, AC 0.1Hz, 1Hz
Excitación del 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 (solo IEPE) 2,4,8,12,
Aislamiento de Voltaje 1000 V CATII 1000V 1000 V 1000 V 1000 V

Note: Sensor excitation in the LV module requires the DB9 input connector.

Módulos para Voltaje High Density SIRIUS HD 

Módulo SIRIUS High Density con hasta 16 canales por módulo SIRIUS para aplicaciones de alto número de canales.

  Módulos SIRIUS HD (High Density) (hasta 16 canales de entradas por módulo SIRIUS slice)
  HD-LV
Low voltage

HD-STGS
Universal/LV

HD-ACC
IEPE/LV
Rangos de Entrada ±100V, ±10V, ±1V, ±100 mV ±10V, ±1V, ±100 mV, ±10 mV ±10 V, ±5V, ±1V, ±200mV
Acoplamiento de Entrada DC DC DC, AC 0.1 Hz, 1Hz
Excitación del Sensor 2..30 V bipolar, 0..24 unipolar, max. 0.2A/2W 0..12V max. 44mA solo IEPE
4,8,12 mA
Voltaje de Aislamiento 500 V en pares 500 V en pares 500 V en pares

Nota: La excitación del sensor en el módulo LV requiere el conector de entrada DB9.

Módulos para Voltaje SIRIUS HS - High-Speed

La tecnología SAR de 1MHz y 16 bits con filtrado sin alias seleccionable por software es la elección perfecta para la grabación transitoria. Hasta 8 canales por módulo SIRIUS.

  Módulos SIRIUS HS (High Speed) (hasta 8 canales de entrada por módulo SIRIUS)
  HS-LV
Low voltage
HS-HV
High voltage
HS-STG
Universal/LV
HS-ACC
IEPE/LV
Rangos de Entrada ±100V ... ±50 mV ±1600 V ... ±20 V ±50V ... ±20 mV ±10V ... ±100 mV
Acoplamiento de Entrada DC, AC 1Hz (3, 10 Hz SW) DC DC, AC 1Hz (3, 10 Hz SW) DC, AC 1Hz (3, 10 Hz SW)
Excitación del 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 only
4,8,12 mA
Aislamiento de Voltaje 1000 V CATII 1000V 1000 V 1000 V

Nota: La excitación del sensor en el módulo LV requiere el conector de entrada DB9.

Obtenga más información sobre los sistemas SIRIUS DAQ.

Obtenga más información sobre las especificaciones técnicas de SIRIUS.

Sistemas DAQ DEWE-43A y MINITAURs

El DEWE-43A es un sistema de adquisición de datos de uso general extremadamente portátil. Al conectarse a su computadora a través de un conector USB de bloqueo, cuenta con ocho entradas analógicas universales que pueden medir voltajes bajos directamente y voltajes de hasta ± 200V usando adaptadores DSI-V-200.

Las entradas analógicas son diferenciales pero no aisladas. Su "hermano mayor" se llama MINITAURs: es esencialmente el DEWE-43A combinado con una computadora y algunas otras características, en un solo gabinete altamente portátil. Las entradas universales de ambos sistemas son compatibles con los adaptadores DSI de Dewesoft, lo que le permite conectar un sensor RTD a cualquiera o todos sus ocho canales de entrada.

DEWE-43A and MINITAURs data acquisition systems from DewesoftIzquierda: sistema DAQ portátil DEWE-43A
Derecha: modelo de MINITAURs, con ordenador integrado

Ambos modelos tienen entradas universales diferenciales, que son básicamente módulos de puente completo / bajo voltaje que son compatibles con los adaptadores de la serie DSI, que están disponibles para muchos sensores diferentes, así como voltajes de hasta ± 200V como se mencionó anteriormente. Los adaptadores DSI utilizan la tecnología TEDS para configurarse automáticamente en el software Dewesoft X DAQ. Simplemente conecte el adaptador DSI en la entrada DB9 de la entrada seleccionada, verifique su configuración en la pantalla de configuración del hardware en el software Dewesoft X y estará listo para comenzar a tomar medidas.

DEWE-43A y MINITAURs para Medición de Voltaje

  DEWE-43A MINITAURs
Rangos de Voltaje (directo) ±10 V, ±1 V, ±100 mV, ±10 mV DualCoreADC rangos altos y bajos:
±10V (500 mV), ±1V (50 mV), ±100mV (5 mV), ±10mV (0.5 mV)
Rangos de voltaje usando DSI-V-200 Hasta ±200 V Hasta ±200 V
Acoplamiento de Entrada DC DC
Excitación del Sensor ±5 V ±0.1 % suministro de sensor de puente, límite de 70 mA (no disponible cuando se usa el adaptador DSI) 0 a 12 VDC programable por software (DAC de 16 bits), máx.44 mA (no disponible cuando se utiliza el adaptador DSI)
Input Type Diferencial Diferencial
Protección de entrada de sobretensión +70 V In+ to In-: 50V continuo; 200 V pico (10 ms)

Conozca más de DEWE-43A.

Conozca más de MINITAURs.

Conozca más de los adaptadores DSI.

Sistemas de Adquisición de Datos KRYPTON y KRYPTON ONE 

KRYPTON es la gama de productos más resistente disponible de Dewesoft. Construido para soportar temperaturas extremas, golpes y vibraciones, KRYPTON tiene una clasificación IP67, lo que los protege contra el agua, el polvo y más. Se conectan a cualquier computadora con Windows (incluido el modelo de CPU KRYPTON reforzado IP67 de Dewesoft) a través de EtherCAT y se pueden separar hasta 100 metros (328 pies), lo que le permite ubicarlos cerca de la fuente de señal. Al igual que SIRIUS, ejecutan el software DAQ más potente del mercado, Dewesoft X.

KRYPTON DAQ system with Dewesoft DSI adaptersUn módulo KRYPTON multicanal típico con varios adaptadores DSI conectados

Estos sistemas extremadamente resistentes también están disponibles en módulos de un solo canal llamados KRYPTON-1. Tanto el KRYPTON multicanal como el monocanal proporcionan el mismo nivel de rendimiento y solidez medioambiental.

Módulos multi canal para Voltaje KRYPTON

Módulos multi canal KRYPTON  
  KRYPTON LV
Alto voltaje de aislamiento
STG
Universal/Bajo-voltaje
ACC
Voltaje/IEPE
Número de Canales 4 o 8 canales 3 o 6 canales 4 canales
Rango de Voltaje ±50 V ±10V, ±1V, ±100mV, ±10mV ±10 V, ±5 V, ±1 V, ±200 mV
Acoplamiento de Entrada DC DC DC, AC 0.1 Hz, 1 Hz
Excitación del Sensor N/A 0...15 V max. 0.4W/ch 
(45mA limite)
IEPE 4 mA, 8 mA
Aislamiento de Voltaje 1000 V Diferencial Diferencial

Módulos monocanal para Voltaje KRYPTON ONE 

Módulos monocanal KRYPTON-1
  LV
Low-voltage
HV
High-voltage
STG
Universal/LV
ACC
IEPE/LV
Rangos de Voltaje ±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
Acoplamiento de Entrada DC, AC 1Hz DC DC, AC 1Hz DC, AC 0.1 Hz, 1 Hz
Excitación del Sensor N/A DC Programable libremente
via 16-bit DAC)
solo IEPE
4 mA, 8 mA @ 24 VDC
Aislamiento de Voltaje 125 VRMS
CH, GND
CAT III 600 V
CAT II 1000 V
125 VRMS
CH, GND
125 VRMS
CH, GND

KRYPTON ONE HV module

Arriba a la izquierda: módulo KRYPTON ONE HV
 

Conozca más sobre los Instrumentos KRYPTON DAQ.

Sistemas IOLITE DAQ

IOLITE es un producto único que combina las capacidades esenciales de un sistema de control industrial en tiempo real con un potente sistema DAQ. Con IOLITE, se pueden grabar cientos de canales analógicos y digitales a máxima velocidad mientras se envían simultáneamente datos en tiempo real a cualquier controlador maestro EtherCAT de terceros.
 

IOLITE data acquisition systemIzquierda: sistema de montaje en un rack IOLITEr con 12 ranuras para módulos de entrada
Derecha: sistema de sobremesa IOLITE con 8 ranuras para módulos de entrada

Módulos de entrada multicanal IOLITE
  8xLV
Low Voltage
6xSTG
Universal/LV
Número de Canales 8 6
Rangos de Voltaje ±100 V, ±10 V
(±10 V, ±1V bajo pedido)
±50 V, ±10 V, ±1 V, ±100 mV
Acoplamiento de Entrada DC DC, AC 1 Hz
Excitación del Sensor N/A 0 - 12 V (bipolar), 0..24 V (unipolar) max. 0.4 W/ch
Aislamiento de Voltaje 1000 V Diferencial

Conozca más sobre los sistemas DAQ y de Control IOLITE.