En su forma más simple, un técnico que registra la temperatura de un horno en una hoja de papel está realizando una adquisición de datos. En un ejemplo más complejo, la adquisición de datos puede implicar la supervisión y recopilación de datos de un proceso industrial a gran escala con múltiples sensores y variables interconectados.
Hoy en día, los sistemas DAQ desempeñan un papel fundamental en una gran variedad de aplicaciones, entre las que se incluyen la fabricación, el procesamiento industrial, la automatización industrial, el Internet Industrial de las Cosas (IIOT), el control de calidad y la investigación científica. Mediante el uso de sensores y dispositivos de medición, un sistema DAQ actúa como punto focal en un sistema, uniendo una amplia variedad de productos, como sensores que indican la temperatura, el caudal, el nivel y la presión.
Características de un sistema DAQ
Un sistema DAQ básico consta de cuatro partes:Sensores
Los sensores y/o transductores interactúan con el objeto medido, ya sea directa o indirectamente (por contacto o sin contacto). Convierten los valores físicos en señales eléctricas. El tipo de sensores utilizados en un sistema DAQ varía en función de la naturaleza de su aplicación. Por ejemplo, la medición de la temperatura requiere un sensor de temperatura, mientras que un sensor fotovoltaico es útil para medir la luz. Su función común es convertir señales analógicas, como la luz, la temperatura, la velocidad, etc., en señales digitales para el ordenador. Los sistemas DAQ emplean sensores de alta calidad que proporcionan lecturas precisas con un ruido mínimo o nulo.Transmisión/Acondicionamiento de señales
Las señales eléctricas que emiten los sensores no se pueden utilizar directamente, ya que es necesario modificarlas. Esta modificación es necesaria porque las señales suelen contener ruido o pueden ser tan débiles que el sistema DAQ no pueda medirlas.Por ello, se utiliza un acondicionador de señales para optimizarlas. El acondicionador de señales funciona utilizando circuitos de filtro para separar el ruido de la señal real y utiliza un circuito de amplificación para reforzar las señales débiles. Estas son dos de las funciones más comunes que realizan.
Con un circuito de acondicionamiento de señales adecuado, se pueden llevar a cabo aún más procesos, como la calibración, la linealidad y la excitación. La selección del circuito acondicionador de señales depende en gran medida de las características del sensor.
Hardware DAQ
El hardware DAQ es la entidad de hardware conectada entre el ordenador y los sensores. El hardware DAQ se conecta al ordenador mediante los puertos USB o a través de las ranuras PCI-Express de la placa base.El hardware DAQ recibe las señales analógicas de los sensores y las convierte en señales digitales legibles por los ordenadores. Pero esta es solo una de las funciones del hardware DAQ.
Algunas de las características comunes de un sistema DAQ son:
- ADC: convierte las señales analógicas en señales digitales.
- Convertidor de digital a analógico: admite la entrada y salida de señales binarias.
- RS232, RS485: buses de interfaz utilizados para comunicarse con otros dispositivos.
- Entrada de un solo extremo: admite la entrada desde cables de un solo extremo.
Ordenador
El eslabón final de la cadena DAQ es un ordenador que recopila todos los datos que llegan a través del hardware DAQ para su posterior análisis. Sin embargo, conectar el hardware DAQ a un ordenador no es suficiente para dar sentido a los datos. Para ello se necesita un software DAQ que utilice los datos del hardware DAQ para crear resultados legibles y significativos. Así, el software DAQ actúa como capa entre el usuario y el hardware DAQ. Los ordenadores son fundamentales para poder realizar cálculos de orden superior con los datos recopilados por el DAQ.¿Qué miden los sistemas DAQ?
Los sistemas DAQ se utilizan para medir una amplia gama de parámetros físicos y eléctricos. Algunas de las mediciones comunes que realiza un sistema DAQ son:Medición de temperatura
Los sistemas DAQ pueden medir la temperatura utilizando termopares, Detectores de temperatura resistivos (RTD) o Termistores.
Medición de presión
Los sistemas DAQ pueden medir la presión utilizando transductores de presión o sensores de presión.
Medición de tensión
Los sistemas DAQ son capaces de medir los niveles de tensión de diversas fuentes de señales de tensión, como sensores, fuentes de alimentación o corrientes eléctricas.
Medición de corriente
Los sistemas DAQ pueden medir la corriente eléctrica que fluye a través de un circuito utilizando sensores o transductores de corriente.
Medición de deformación
Los sistemas DAQ pueden medir la deformación mediante galgas extensométricas, que se utilizan habitualmente en análisis estructurales o ensayos de materiales.
Medición de caudal
Los sistemas DAQ pueden medir los caudales de fluidos mediante caudalímetros o sensores de flujo.
Medición de fuerza
Los sistemas DAQ pueden medir la fuerza o la carga utilizando celdas de carga o sensores de fuerza, que se utilizan en ensayos de materiales y análisis de fuerzas.
Medición de aceleración
Los sistemas DAQ miden la aceleración utilizando acelerómetros, que se utilizan habitualmente en el análisis de vibraciones y la detección de movimiento.
Medición de la humedad
Los sistemas DAQ pueden medir los niveles de humedad utilizando sensores de humedad, que son importantes en la monitorización de los parámetros ambientales y los sistemas de climatización.
Medición de la intensidad luminosa
Los sistemas DAQ pueden medir la intensidad luminosa utilizando fotodetectores o sensores de luz, lo que permite aplicaciones como la monitorización de la intensidad luminosa y el análisis óptico.
Elegir el sistema de adquisición de datos adecuado
Existen varios tipos de sistemas DAQ disponibles, cada uno diseñado para aplicaciones y requisitos específicos. Algunos ejemplos son:Sistemas de adquisición de datos inalámbricos
Los sistemas DAQ inalámbricos pueden eliminar la necesidad de cablear sensores de proceso en el campo, lo que resulta costoso y lleva mucho tiempo. Estos sistemas constan de uno o varios transmisores inalámbricos que envían datos a un receptor inalámbrico conectado a un ordenador remoto. Hay transmisores inalámbricos disponibles para temperatura ambiente y humedad relativa, termopares, RTD, sensores de salida de pulso, transmisores de 4 a 20 mA y transductores de salida de tensión. Los receptores se pueden conectar al puerto USB o Ethernet del PC.Sistemas de adquisición de datos por comunicaciones serie
Los sistemas DAQ de comunicaciones serie son una buena opción cuando la medición debe realizarse en un lugar alejado del ordenador. Existen varios estándares de comunicación diferentes, siendo el RS232 el más común, pero limitado, ya que solo admite distancias de transmisión de hasta 15 metros. El RS485 es superior al RS232 y admite distancias de transmisión de hasta 1500 metros.Sistemas de adquisición de datos USB
El bus serie universal (USB) es un estándar para conectar ordenadores a dispositivos periféricos, como impresoras, monitores, módems y dispositivos de adquisición de datos. El USB ofrece varias ventajas con respecto a las conexiones serie y paralelas convencionales, entre ellas un mayor ancho de banda (hasta 12 Mbits/s) y la capacidad de suministrar energía al dispositivo periférico. El USB es ideal para aplicaciones de adquisición de datos. Dado que los conectores USB suministran alimentación, solo se necesita un cable para conectar el dispositivo de adquisición de datos al PC, que probablemente tenga al menos un puerto USB.Tarjetas enchufables de adquisición de datos
Las tarjetas de adquisición de datos del ordenador se conectan directamente al bus del ordenador. Las ventajas de utilizar tarjetas son la velocidad (ya que se conectan directamente al bus) y el coste (ya que los gastos generales de embalaje y alimentación los proporciona el ordenador). Las tarjetas que se ofrecen son principalmente para ordenadores IBM PC y compatibles. Las funciones que ofrecen las tarjetas pueden variar en función del número y el tipo de entradas (voltaje, termopar, encendido/apagado), salidas, velocidad y otras funciones que proporcionan. Cada tarjeta instalada en el ordenador se asigna a una ubicación única en el mapa de entrada/salida. El mapa de E/S del ordenador proporciona las ubicaciones de las direcciones que utiliza el procesador para acceder al dispositivo específico según lo requiera su programa.A la hora de elegir el sistema DAQ adecuado, hay que tener en cuenta una serie de factores, entre los que se incluyen:
- Requisitos de medición
- Compatibilidad de sensores y transductores
- Compatibilidad de software e interfaz
- Capacidad de expansión y escalabilidad
- Acondicionamiento adecuado de la señal
- Coste
Ventajas de utilizar sistemas y dispositivos DAQ
Los sistemas y dispositivos DAQ ofrecen numerosas ventajas en los procesos de adquisición de datos y medición. Algunas de estas ventajas clave son:
Entradas de termopar Dispositivos líderes en la industriaLa primera y más importante ventaja de los sistemas y dispositivos DAQ es que se utilizan en todo el mundo. La capacidad de los dispositivos DAQ para conectarse con diferentes sensores y trabajar en conjunto con ordenadores modernos los convierte en la opción preferida de ingenieros, investigadores y científicos que buscan obtener datos fiables.
Medición precisa y fiable
Los sistemas DAQ proporcionan una alta precisión y exactitud en las mediciones, lo que garantiza una adquisición de datos fiable. Minimizan el ruido de la señal, ofrecen capacidades de calibración y habilitan la medición precisa de diversos parámetros.
Amplia compatibilidad de señales
Los sistemas DAQ pueden interactuar con diversos tipos de sensores y transductores, lo que permite la medición de señales analógicas, digitales y especializadas. Admiten múltiples tipos de entrada, como voltaje, temperatura, presión, tensión y más.
Monitorización y análisis en tiempo real
Los sistemas DAQ facilitan el registro de datos, la captura y el almacenamiento de datos de medición a lo largo del tiempo. Esta función permite el análisis a largo plazo, la identificación de tendencias y el posprocesamiento de los datos adquiridos. Automatización y eficiencia: los sistemas DAQ automatizan el proceso de adquisición de datos, lo que reduce la necesidad de registrar los datos manualmente y minimiza los errores humanos. Esta automatización mejora la eficiencia general, ya que permite la recopilación continua y sin supervisión de datos. Gran versatilidad Los sistemas DAQ se utilizan en aplicaciones de diversos campos, como la investigación científica, el procesamiento industrial, el control de calidad, la supervisión medioambiental, la fabricación y la asistencia sanitaria. Se adaptan a diferentes sectores y necesidades de medición.
Flexibilidad y escalabilidad
Los sistemas DAQ ofrecen flexibilidad en términos de configuración y escalabilidad. Se pueden ampliar fácilmente añadiendo más canales o módulos para adaptarse a los cambios en los requisitos de medición.
Análisis y visualización de datos mejorados
Los sistemas DAQ suelen incluir potentes herramientas de software que permiten a los usuarios realizar análisis, visualizaciones e interpretaciones avanzadas de los datos. Estas herramientas ayudan a extraer información significativa de los datos adquiridos.
Supervisión y control remotos
Algunos sistemas DAQ admiten funciones de supervisión y control remotos, lo que permite a los usuarios acceder a los datos y gestionarlos desde ubicaciones distantes. Esta característica es beneficiosa para sistemas distribuidos o entornos inaccesibles.
Mejora de la toma de decisiones
Al proporcionar datos precisos y fiables, los sistemas DAQ respaldan los procesos de toma de decisiones informadas. La información obtenida del análisis y la visualización de datos ayuda a identificar patrones, anomalías y tendencias, lo que conduce a mejores resultados.
Coste
Los sistemas DAQ son capaces de realizar mediciones de múltiples propiedades de un sujeto, por lo que se eliminan muchos dispositivos independientes. Esto reduce el coste total de la configuración de la prueba.
Documentación
Una de las características que definen a un sistema DAQ es su capacidad de documentación. Puede realizar un conjunto variado de pruebas una tras otra sin necesidad de anotar los resultados y sin temor a perder las lecturas, ya que se registran automáticamente en el ordenador. La documentación elimina la redundancia de datos.
Medición de una entrada de 4 a 20 mA
Visite Medición de una entrada de 4-20 mA con un dispositivo de entrada de tensión para obtener más información sobre la medición de 4-20 mA, incluyendo información sobre sistemas de adquisición de datos, impedancia de entrada, derivaciones eléctricas y técnicas prácticas de conversión.
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Registradores gráficos Introducción a los registradores gráficos