🎊 ¿Qué son las SEÑALES PERIÓDICAS y las SEÑALES APERIÓDICAS?

Clasificación de las señales eléctricas en periódicas y aperiódicas

💥 Otra clasificación que podemos hacer con las señales eléctricas es dividirlas entre señales periódicas y señales aperiódicas. Llamamos señal periódica a aquella que se repite tras un cierto período de tiempo (T) y señal aperiódica a aquella que no se repite. En el caso de las primeras (las más interesantes con diferencia), dependiendo de cómo varíe la señal a lo largo del tiempo, esta puede tener una "forma" concreta (senoidal -es decir, que sigue el dibujo de la función seno-, cuadrada, triangular, etc.).

Señales periódicas y señales aperiódicas

💢 Las señales periódicas tienen una serie de características que debemos identificar y definir para poder trabajar con ellas de una forma sencilla:

• Frecuencia (f): es el número de veces que la señal se repite en un segundo. Se mide en hercios (Hz), o sus múltiplos (como kilohercios o megahercios). Por ejemplo, si decimos que una señal es de diez hercios, significa que se repite diez veces cada segundo.

Frecuencia de una señal eléctrica

• Período (T): es el tiempo que dura un ciclo completo de la señal, antes de repetirse otra vez. Es el inverso de la frecuencia (T = 1/f) y se mide en segundos.
• Valor instantáneo: es el valor concreto que toma la señal (voltaje, intensidad, etc.) en cada instante.
• Valor medio: es un valor calculado matemáticamente realizando la media de los diferentes valores que ha ido teniendo la señal a lo largo de un tiempo concreto. Algunos componentes electrónicos (por ejemplo, algunos motores) responden no al valor instantáneo sino al valor medio de la señal.

Escrito por Archie Tecnology

🔥 DIFERENCIAS entre las SEÑALES DIGITALES y las SEÑALES ANALÓGICAS

Digital y analógico

👉 Podemos clasificar las señales eléctricas (ya sean voltajes o intensidades) de varias maneras según sus características físicas. Una de las clasificaciones posibles es distinguir entre señales digitales y señales analógicas.

¿Qué son las señales digitales y las señales analógicas?

💥 Señal digital es aquella que solo tiene un número finito de valores posibles (lo que se suele llamar "tener valores discretos"). Por ejemplo, si consideramos como señal el color emitido por un semáforo, es fácil ver que esta es de tipo digital, porque solo puede tener tres valores concretos, diferenciados y sin posibilidad de transición progresiva entre ellos: rojo, ámbar y verde.

👉 Un caso particular de señal digital es la señal binaria, donde el número de valores posibles solo es 2. Conocer este tipo de señales es importante porque en la electrónica es muy habitual trabajar con voltajes (o intensidades) con tan solo dos valores. En estos casos, uno de los valores del voltaje binario suele ser 0 -o un valor aproximado- para indicar precisamente la ausencia de voltaje, y el otro valor puede ser cualquiera, pero lo suficientemente distinguible del 0 como para indicar sin ambigüedades la presencia de señal. De esta forma, un valor del voltaje binario siempre identifica el estado "no pasa corriente" (también llamado estado "apagado" -"off" en inglés-, BAJO -LOW en inglés-, o "0") y el otro valor siempre identifica el estado "pasa corriente" (también llamado "encendido" "on" -, ALTO -HIGH -,o "1").

👊 El valor de voltaje concreto que se corresponda con el estado ALTO será diferente según los dispositivos electrónicos utilizados en cada momento. En los proyectos que os presentamos en nuestra web, por ejemplo, será habitual utilizar valores de 3,3 V o 5V. ✋ Pero atención: es importante tener en cuenta que si sometemos un dispositivo electrónico a un voltaje demasiado elevado (por ejemplo, si aplicamos 5V como valor ALTO cuando el dispositivo solo admite 3,3 V) corremos el riesgo de dañarlo

irreversiblemente.

Además de los niveles ALTO y BAJO, en una señal binaria existen las transiciones entre estos niveles (de ALTO a BAJO y de BAJO a ALTO), denominadas flanco de bajada y de subida, respectivamente.

💥 Señal analógica es aquella que tiene infinitos valores posibles dentro de un rango determinado (lo que se suele llamar "tener valores continuos"). La mayoría de magnitudes físicas (temperatura, sonido, luz...) son analógicas, así como también las más específicamente eléctricas (voltaje, intensidad, potencia...) porque todas ellas, de forma natural, pueden sufrir variaciones continuas sin saltos.

👉 No obstante, muchos sistemas electrónicos (un computador, por ejemplo) no tienen la capacidad de trabajar con señales analógicas: solamente pueden manejar señales digitales (especialmente de tipo binario; ahí su gran importancia). Por tanto, necesitan disponer de un conversor analógico-digital que "traduzca" (mejor dicho, "simule") las señales analógicas del mundo exterior en señales digitales

entendibles por dicho sistema electrónico. También se necesitará un conversor digital-analógico si se desea realizar el proceso inverso: transformar una señal digital interna del computador en una señal analógica para poderla así emitir al mundo físico. Un ejemplo del primer caso sería la grabación de sonido mediante un micrófono, y uno del segundo caso sería la reproducción de un sonido pregrabado

mediante un altavoz.

👌 Sobre los métodos utilizados para realizar estas conversiones de señal analógica a digital, y conversiones de señal digital a analógica, ya hablaremos extensamente más adelante, pero lo

que debemos saber ya es que, sea cual sea el método utilizado, siempre existirá una pérdida de información (de "calidad") durante el proceso de conversión de la señal.

✌ Esta pérdida aparece porque es matemáticamente imposible realizar una transformación perfecta de un número infinito de valores (señal analógica) a un número finito (señal digital) debido a que, por fuerza, varios valores de la señal analógica deben "colapsar" en un único valor indistinguible de la señal digital.

Señal analógica y señal digital

💢 A pesar de lo anterior 👆, la razón por la cual la mayoría de sistemas electrónicos utilizan para funcionar señales digitales en vez de analógicas es porque las primeras tienen una gran ventaja respecto las segundas: son más inmunes al ruido. Por "ruido" se entiende cualquier variación no deseada de la señal, y es un fenómeno que ocurre constantemente debido a una gran multitud de factores. El ruido modifica la información que aporta una señal y afecta en gran medida al correcto funcionamiento y rendimiento de los dispositivos electrónicos. Si la señal es analógica, el ruido es mucho más difícil de tratar y la recuperación de la información original se complica.

Escrito por Archie Tecnology

💥 ¿Qué es RESISTENCIA ELÉCTRICA y qué es la LEY de OHM?

Resistencias eléctricas

¿Qué es la resistencia eléctrica?

💥 Podemos definir la resistencia eléctrica interna de un objeto cualquiera (aunque normalmente nos referiremos a algún componente electrónico que forme parte de nuestros circuitos) como su capacidad para oponerse al paso de la corriente eléctrica a través de él. Es decir, cuanto mayor sea la resistencia de ese componente, más dificultad tendrán los electrones para atravesarlo, hasta incluso el extremo de

imposibilitar la existencia de electricidad.

💢 Esta característica depende entre otros factores del material con el que está construido ese objeto, por lo que podemos encontrarnos con materiales con poca o muy poca resistencia intrínseca (los llamados "conductores", como el cobre o la plata) materiales con bastante o mucha resistencia (los llamados "aislantes", como la madera o determinados tipos de plástico, entre otros). No obstante, hay que insistir en que aunque un material sea conductor, siempre poseerá inevitablemente una resistencia propia que evita que se transfiera el 100% de la corriente a través de él, por lo que incluso un simple cable de cobre tiene cierta resistencia interna (normalmente despreciable, eso sí) que reduce el flujo de electrones original.

¿Qué es la Ley de Ohm?

💥 La unidad de medida de la resistencia de un objeto es el ohmio (Ω). También podemos hablar de kilohmios (1 kΩ = 1000 Ω), de megaohmios (1 MΩ= 1000 kΩ), etc.

👉 La Ley de Ohm dice que si un componente eléctrico con resistencia interna, R, es atravesado por una intensidad de corriente, I, entre ambos extremos de dicho componente existirá una diferencia de potencial, V, que puede ser conocida gracias a la relación V = I*R.

💢 De esta fórmula es fácil deducir relaciones de proporcionalidad interesantes entre estas tres magnitudes eléctricas. Por ejemplo: se puede ver que (suponiendo que la resistencia interna del componente no cambia) cuanto mayor es la intensidad de corriente que lo atraviesa, mayor es la diferencia de potencial entre sus dos extremos.

💢 También se puede ver que (suponiendo en este caso que en todo momento circula la misma intensidad de corriente por el componente), cuanto mayor es su resistencia interna, mayor es la diferencia de potencial entre sus dos extremos.

Además, despejando la magnitud adecuada de la fórmula anterior 👆, podemos obtener, a partir de dos datos conocidos cualesquiera, el tercero. Por ejemplo, si conocemos V y R, podremos encontrar I mediante I = V/R, y si conocemos V e I, podremos encontrar R mediante R= V/I.

A partir de las fórmulas anteriores 👆 debería ser fácil ver también por ejemplo que cuanto mayor es el voltaje aplicado entre los extremos de un componente (el cual suponemos que posee una resistencia de valor fijo), mayor es la intensidad de corriente que pasa por él. O que cuanto mayor es la resistencia del componente (manteniendo constante la diferencia de potencial entre sus extremos), menor es la

intensidad de corriente que pasa a través de él. De hecho, en este último caso, si el valor de la resistencia es suficientemente elevado, podemos conseguir incluso que el flujo de electrones se interrumpa.

Escrito por Archie Tecnology

😎 Los CILINDROS utilizados en AUTOMATIZACIÓN 🤖 y MECATRÓNICA ⚙️

💣  Cilindros

✌  El cilindro hidráulico o neumático es un ejemplo de actuador lineal. Los principios y configuración son los mismos para la versión hidráulica y la neumática, la diferencia es el tamaño como consecuencia de las presiones más altas usadas en las versiones hidráulicas. El cilindro pistón consiste en un tubo cilíndrico por el que se desplaza un pistón/émbolo. Existen dos tipos básicos, los cilindros de simple acción y los cilindros de doble acción.

Cilindro pistón de simple acción

👌  El término cilindro de simple acción se utiliza cuando la presión se aplica sólo en uno de los extremos del pistón; en general se utiliza un muelle resorte para oponerse al desplazamiento del pistón. El otro lado del pistón se abre a la atmósfera. La siguiente figura muestra un cilindro con un muelle resorte de compresión. 

Cilindro de acción simple

El fluido es aplicado a un lado del pistón a una presión manométrica ρ con el otro lado a la presión atmosférica y así se produce una fuerza en el pistón de ρA, donde A es el área del pistón. La fuerza real que actúa en la barra del pistón será menos que ésta debido a la fricción.

Para el cilindro de acción sencilla que se muestra en la figura siguiente, cuando las corrientes pasan por el solenoide, la válvula cambia la posición y la presión es aplicada para mover el pistón a lo largo del cilindro. 

Control de un cilindro de acción sencilla con a) no corriente a través del solenoide, b) una corriente a través del solenoide

👊  Cuando la corriente a través del solenoide cesa, la válvula vuelve a su posición inicial y el aire se

desfoga del cilindro. Como consecuencia, el muelle resorte regresa al pistón hacia atrás a lo largo del cilindro  😉.

Cilindro pistón de doble acción

👌  El término cilindro de doble acción se utiliza cuando se aplica presión de control a los dos lados de un pistón (como vemos en ésta otra imagen). 

Cilindro de doble acción

La diferencia de presión entre ambos lados produce el movimiento del pistón, el cual se puede mover en cualquier dirección por el cilindro como resultado de las señales de alta presión. En el cilindro de doble acción de la figura siguiente, la corriente que pasa por un solenoide causa que el pistón hidráulico se mueva en una dirección y la corriente por el otro solenoide invierte la dirección del movimiento.

Control de un cilindro de doble acción con solenoide, a) no activado, b) activado

👉  La selección del cilindro dependerá de la fuerza y velocidad que se requieran para desplazar la carga. 

Los cilindros hidráulicos vs neumáticos

💅  Los cilindros hidráulicos tienen mayor capacidad de fuerza que los neumáticos, sin embargo, estos son mas veloces.

La fuerza que produce un cilindro es igual al área de la sección transversal del cilindro multiplicada por la presión de trabajo, es decir, la diferencia entre las presiones en ambos lados del pistón en el cilindro. 

Si se utiliza un cilindro pistón con presión neumática de trabajo de 500 kPa y diámetro de 50 mm, se obtiene una fuerza de 982 N. Un cilindro hidráulico del mismo diámetro con presión de trabajo de 15000 kPa produce una fuerza de 29.5 kN.

Si el gasto de un liquido hidráulico que fluye por un cilindro tiene un volumen Q por segundo, el volumen que abarca el pistón en un tiempo de 1 s debe ser igual a Q. Pero para un pistón con un área de sección transversal A, se trata de un movimiento que recorre una distancia igual a v en un 1 s, por lo que

Q = Av. Por lo tanto, la velocidad v de un cilindro pistón hidráulico es igual al gasto del liquido Q que pasa por el cilindro dividido entre el área de la sección transversal A del cilindro. Si un cilindro hidráulico tiene un diámetro de 50 mm y un flujo hidráulico de 7.5 x 10-3 m3/s, la velocidad es 3.8 m/s. No es posible calcular de esta manera la velocidad de un cilindro neumático dado que esta velocidad depende de la velocidad de desfogue del aire que precede al pistón que se desplaza. Para regular la velocidad se puede utilizar una válvula neumática.

👏  Como ejemplo considere el problema de un cilindro hidráulico que va a transportar una pieza de trabajo en una operación de manufactura a lo largo de 250 mm en 15 s. Si se necesita una fuerza de 50 kN para mover la pieza, ¿ cuál será la presión de trabajo y el gasto del líquido hidráulico, si el cilindro tiene un diámetro de 150 mm ? El área de la sección transversal del pistón es 1/4π x 0.1502 = 0.0177 m2. La fuerza que produce el cilindro es igual al producto del área de la sección transversal del cilindro y la presión de trabajo. Por lo tanto, la presión de trabajo es 50 x 103/0.0177 = 2.8 MPa. La velocidad de

un cilindro hidráulico es igual al gasto del líquido a través del cilindro dividido entre el área de la sección transversal del cilindro. Por lo tanto, el gasto necesario es (0.250/15) x 0.0177 = 2.95 x 10-4 m3/s.

Escrito por Archie Tecnology

😎 PRUEBA y CALIBRACIÓN en SISTEMAS de MEDICIÓN

Sistemas de medición

Prueba de instalación sistema de medición

👉   La prueba de instalación de un sistema de medición se divide en tres etapas:

1. Prueba de pre-instalación. Esta es la prueba de cada instrumento para su correcta calibración y operación antes de que éste sea instalado.
2. Prueba de tuberías y cable. En el caso de líneas neumáticas esto implica, antes de la conexión de los instrumentos, soplar a través de ellos aire limpio y seco antes de la conexión y probarlos a presión para asegurar que no haya fugas. Con las tuberías de proceso, toda la tubería deberá ser llenada y probada antes de la conexión de instrumentos. Con los cables para el instrumento, se debe revisar toda la continuidad y la resistencia del aislamiento antes de la conexión de cualquier instrumento.
3. Prueba pre-funcional. Esto implica probar que la instalación esté completa, todos los componentes de instrumentos en orden operacional completo cuando se interconecten y todos los paneles de la sala de control o funciones de pantalla.

Calibración

👊   La calibración consiste en comparar la salida de un sistema de medición y sus subsistemas contra los estándares de precisión conocidos. Los estándares pueden ser otros instrumentos que se mantienen especialmente para los deberes de calibración o algunos elementos de valores estándares definidos. En muchas compañías algunos instrumentos y artículos como resistencias estándar y celdas se mantienen en un departamento de estándares de la compañía y se utilizan sólo para propósitos de calibración. La relación entre la calibración de un instrumento de uso cotidiano y los estándares nacionales es probable que sea:

1. Se utilizan estándares nacionales para calibrar estándares para centros de calibración.
2. Los estándares del centro de calibración se utilizan para calibrar estándares para fabricantes de instrumento.
3. Se utilızan instrumentos estandarizados de los fabricantes de instrumento para proveer estándares en la compañía.
4. Los estándares de la compañía se usan para calibrar instrumentos de proceso.

✋   Existe una cadena de trazabilidad desde el instrumento usado en un proceso hasta el retorno a los estándares nacionales. Los siguientes son algunos ejemplos de procedimientos de calibración que se pueden emplear en una compañía:

1. Voltímetros.  Estos se pueden revisar contra los voltímetros estándar o celdas estándar, lo que da estándares de fem.
2. Amperímetros. Estos pueden ser revisados contra los amperímetros estándar.
3. Factor de calibración de las galgas extensométricas. Esto se puede revisar mediante la toma de una muestra de galgas de un lote y la aplicación de tracciones medidas a ellas cuando se montan en alguna pieza de prueba. Los cambios de resistencia se pueden medir y, por lo tanto, calcular el factor de calibración.
4. Circuitos del puente de Wheatstone.  La salida de un puente de Wheatstone se puede revisar al introducir una resistencia en uno de los brazos.
5. Celdas de carga.  Para las celdas de carga de baja capacidad, las cargas de peso muerto se pueden usar mediante el uso de pesos estándar.
6. Sensores de presión. Los sensores de presión se pueden calibrar mediante el uso de un probador de peso muerto, que podemos ver en la siguiente imagen.

   

   Calibración de peso muerto para galgas de presión

   
   ✋   Las presiones de calibración son generadas al añadir pesos estándar W en el recipiente del pistón. Una vez puestos los pesos en el recipiente, un émbolo operado con tornillo es forzado a introducirse en el aceite hidráulico de la cámara para subir el ensamble de peso del pistón. La presión de calibración es entonces W/A, donde A es el área transversal del pistón. De manera alternativa el probador de peso muerto se puede utilizar para calibrar una galga de presión y ésta se puede usar para calibrar las otras.
7. Sensores de temperatura.  Estos se pueden calibrar mediante la inmersión en una fundición de un metal puro o en agua. Luego la temperatura de la sustancia, se reduce lentamente y se obtiene un registro de tiempo-temperatura. Cuando la sustancia cambia su estado de liquido a sólido, la temperatura permanece constante. Su valor puede encontrarse en tablas y, por lo tanto, se obtiene una temperatura de referencia precisa para la calibración. De manera alternativa, se puede usar la temperatura de un líquido en ebullición. Sin embargo, el punto de ebullición depende de la presión atmosférica y las correcciones deben aplicarse si éste difiere de la presión atmosférica estándar. De forma alternativa, en la compañía, las lecturas dadas por el sistema de medición se pueden comparar con las del termómetro estándar.

Importancia de las pruebas y calibración en un sistema de medición

Un punto general que se debe tomar en cuenta cuando se reúne cualquier sistema de medición es el efecto de la carga, es decir, el efecto de conectar una carga a través de las terminales de salida de cualquier elemento de un sistema de medición.  👌

Los indicadores dan una indicación visual instantánea de la variable sensible, mientras los grabadores registran la señal de salida en un lapso de tiempo y dan un registro permanente de forma automática.

El término adquisición de datos (DAQ) tiende a usarse con frecuencia para sistemas en cuyas entradas desde los sensores son convertidos en una forma dıgital para procesar, analizar y desplegar por una computadora. El término registrador de datos se utiliza para los sistemas DAQ que se pueden usar lejos de la computadora.

Los instrumentos virtuales son instrumentos generados por software, en apariencia y operación imitan los instrumentos reales.

😀   Probar una instalación de sistema de medición tiene tres etapas: prueba de preinstalación, prueba de tubería y cableado, prueba pre-funcional.

La calibración consiste en comparar la salida de un sistema de medición y sus subsistemas contra estándares de precisión conocidos.

Escrito por Archie Tecnology

🧐 MEDICIÓN de TEMPERATURA para dar una SALIDA BINARIA

Termotransistor LM35DZ

Sistema de medición de temperatura

😀   Considere el requerimiento para un sistema de medición de temperatura en el rango 0 a 100° C en el cual dará una salida binaria de 8 bits con un cambio en bit correspondiente a un cambio de temperatura de 1° C. La salida está prevista para la entrada a un microprocesador como parte de un sistema de control de temperatura.

Termotransistor LM35

Se requiere un sensor de temperatura lineal y de esta manera se puede utilızar el termotransistor LM35. El LM35 da una salida de 10 mV/°C cuando éste tiene un suministro de voltaje de 5 V. Si se aplica la salida desde el LM35 a un convertidor analógico a digital de 8 bits, entonces se puede

obtener una salida digital. Se necesita la resolución del ADC para estar en 10 mV de manera que cada paso de 10 mV generará un cambio en la salida de l bit.  💢

Uso de un convertidor analógico a digital

💥   Supongamos que se utilıza un ADC de aproximaciones sucesivas, por ejemplo, ADC0801; entonces, esto requiere una entrada de un voltaje de referencia que cuando se subdivide 28 = 256 bits da 10 mV por bit. De esta manera se requiere un voltaje de referencia de 2.56V. Esto para obtener la entrada de voltaje de referencia al ADC0801 tiene que ser Vref / 2 y por lo tanto se requiere de un voltaje de entrada precisa de 1.28V. Dicho voltaje se puede obtener mediante el uso de un circuito potenciométrico a través del suministro de 5V con un voltaje seguidor de corriente para evitar los problemas del efecto de la carga. Puesto que el voltaje debe permanecer estable a 1.28 V, aún si el suministro de voltaje 5V fluctúa, es probable que se requiera un regulador de voltaje, por ejemplo, un regulador de voltaje de 2.45 V ZN458/B. Así, el circuito puede ser como en la siguiente imagen.

Sensor de temperatura

Escrito por Archie Tecnology

😃 POSICIÓN ANGULAR de una RUEDA de POLEAS

Ruedas de poleas síncronas de aluminio

Rotación angular del potenciómetro

👌   Un potenciómetro se utiliza para monitorear la posición angular de una rueda de poleas. Considere los artículos que puedan necesitarse para permitir ahí una salida para un registrador de 10 mV por grado si el potenciómetro tiene una rotación angular de escala completa de 320° C.

Cuando el voltaje suministrado Vs está conectado a través del potenciómetro necesitaremos salvaguardarlo y el cableado contra las corrientes altas posibles y así una resistencia Rs puede ponerse en serie con el potenciómetro Rp. El voltaje total que cae a través del potenciómetro es, por lo tanto, 

Vs Rp/(Rs + Rp). Para un ángulo θ con un potenciómetro con una deflexión angular de amplia escala de θF obtendremos una salida desde el potenciómetro de

😀   Suponga que se considera un potenciómetro con una resistencia de 4 kΩ) y sea Rs tener 2 kΩ. Entonces, para 1 mV por grado se tiene

0.01 = (1 / 320)(4Vs / 4 + 2)

Efecto de la carga del potenciómetro

👉   Por consiguiente, se podría necesitar un suministro de voltaje de 4.8 V. Para prevenir el efecto de la carga del potenciómetro por la resistencia del registrador, se puede utilizar un seguidor de voltaje de circuito. De esta manera, el circuito puede ser de la forma mostrada en la siguiente figura 👇.

Monitor de rueda de poleas

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