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Conecte Señales Analógicas de Voltaje a un Dispositivo de Adquisición de Datos (DAQ)



Este documento proporciona instrucciones paso a paso para cablear y configurar su dispositivo de adquisición de datos para medidas analógicas de voltaje. Antes de comenzar a usar su hardware de adquisición de datos, debe instalar su entorno de desarrollo de aplicación (ADE) y el software controlador NI-DAQmx. Consulte el documento Instalar NI LabVIEW y NI-DAQmx para obtener más información.

Para medir señales analógicas, necesita saber la fuente de señal - a tierra o flotantes. También debe considerar el sistema de medidas - diferencial, referenciado de una sola terminal o no referenciado de una sola terminal.

  • Fuentes de Señal Flotantes – En una fuente flotante, la señal de voltaje no está conectada a ninguna referencia absoluta o a una tierra en común, como a la tierra de las instalaciones. Las fuentes de señal flotantes también se les llama fuentes de señal no referenciadas. Algunos ejemplos comunes de fuentes de señal flotantes son baterías, termopares, transformadores y amplificadores de aislamiento.
  • Fuentes de Señal a Tierra – Una fuente a tierra es aquella en la cual las señales de voltaje están referenciadas a un sistema de tierra. Como las fuentes utilizan el sistema de tierra, comparten una tierra en común con el dispositivo de medidas. Los ejemplos más comunes de fuentes a tierra son dispositivos que se conectan a la tierra del edificio a través de salidas de pared, como generadores de señal y fuentes de alimentación.
  • Modo Diferencial – Un sistema de medidas diferencial no tiene ninguna de sus entradas sujetas a una referencia fija, como a tierra. Un sistema de medidas diferencial es similar a una fuente de señal flotante en el cual la medida es realizada con respecto a una tierra flotante que es diferente al sistema de medidas a tierra. Las conexiones diferenciales pueden requerir dos terminales de entrada analógica para realizar una conexión de señal, reduciendo el número de señales que puede conectar a su dispositivo DAQ.
  • Modo Referenciado de Una Sola Terminal – Un sistema de medidas referenciado de una sola terminal (RSDE) mide voltaje con respecto a la tierra, AIGND en la figura, el cual está directamente conectado al sistema de medidas a tierra. Esta opción generalmente permite más conexiones de señal por dispositivo (hasta el doble) que el modo diferencial.
  • Modo No Referenciado de Una Sola Terminal – En un sistema de medida NRSE, todas las medidas son realizadas con respecto a una señal de entrada analógica de un solo nodo (AISENSE), pero el potencial en este nodo puede variar con respecto al sistema de medida a tierra. Esta opción generalmente permite más conexiones de señal por dispositivo (hasta el doble) que el modo diferencial.
  • Modo Seudodiferencial – Como un canal de entrada diferencial, un sistema de medida seudodiferencial expone el lado positivo y negativo del canal. Usted conecta la entrada positiva y negativa a las salidas respectivas de la unidad bajo pruebas. La entrada negativa está atada al sistema a tierra a través de una impedancia relativamente pequeña. El lado positivo y negativo del canal de entrada está separado por una impedancia más grande.

La siguiente tabla proporciona un resumen independiente de la aplicación de conexiones de entrada analógica.

Tabla 1. Configuraciones de Entrada Analógica

Una fuente de señal flotante no está conectada al sistema de tierra del edificio, pero tiene un punto de referencia a tierra aislada.

Cuando Usar Conexiones Diferenciales con Fuentes de Señal Flotantes

Use conexiones de entrada diferencial para cualquier canal que cumpla con alguna de las siguientes condiciones:

  • La señal de entrada es de nivel bajo (menos de 1 V).
  • Las terminales que conectan la señal al dispositivo son mayores de 3 m (10 ft).
  • La señal de entrada requiere un punto de referencia a tierra separado o señal de retorno.
  • Las terminales de señal viajan a través de entornos ruidosos.
  • Dos canales de entrada analógica, AI+ y AI–, están disponibles para la señal.

Figura 1. Conexiones Diferenciales para Fuentes Flotantes

Las conexiones de señal flotante reducen la introducción de ruido e incrementan el rechazo de ruido de modo común. Las conexiones de señal diferencial también permiten señales de entrada para navegar en los límites del modo común del amplificador de instrumentación en el dispositivo DAQ.

Cuando Usar Conexiones No Referenciadas de Una Sola Terminal (NRSE) con Fuentes de Señal Flotantes

Use solamente conexiones de entrada NRSE si la señal de entrada cumple con las siguientes condiciones:

  • La señal de entrada es de alto nivel (mayor que 1 V).
  • Las terminales que conectan la señal al dispositivo son menores de 3 m (10 ft).

Figura 2. Conexiones NRSE para Fuentes de Señal Flotantes

Las conexiones de entrada diferencial son recomendadas para mayor integridad de señal para cualquier señal de entrada que no cumple con las condiciones mencionadas. Sin embargo, las conexiones de entrada diferencial pueden reducir el número de señales que puede conectar a su dispositivo DAQ.

Con este tipo de conexión de una sola terminal, el amplificador de instrumentación rechaza el ruido de modo común en la señal y la diferencia a tierra entre la fuente de señal y la tierra del dispositivo.

Cuando Usar Conexiones Referenciadas de Una Sola Terminal (RSE) con Fuentes de Señal Flotantes

Use solamente conexiones de entrada RSE si la señal de entrada cumple con las siguientes condiciones:

  • La señal de entrada puede compartir un punto de referencia común, AI GND, con otras señales que usan RSE.
  • La señal de entrada es de alto nivel (mayor que 1 V).
  • Las terminales que conectan la señal al dispositivo son menores de 3 m (10 ft).

Figura 3. Conexiones RSE para Fuentes de Señal Flotantes

Las conexiones de entrada diferencial son recomendadas para mayor integridad de señal para cualquier señal de entrada que no cumple con las condiciones mencionadas. Sin embargo, las conexiones de entrada diferencial pueden reducir el número de señales que puede conectar a su dispositivo DAQ.

Con este tipo de conexión de una sola terminal, el amplificador de instrumentación rechaza el ruido de modo común en la señal y la diferencia a tierra entre la fuente de señal y la tierra del dispositivo.

Una fuente de señal referenciada a tierra es una fuente de señal conectada al sistema a tierra del edificio. La diferencia en el potencial a tierra entre dos instrumentos conectados al mismo sistema de potencia del edificio está generalmente entre 1 y 100 mV, pero la diferencia puede ser mucho mayor si los circuitos de distribución de potencia son conectados inadecuadamente. Si la fuente de señal a tierra está medida incorrectamente, esta diferencia puede aparecer como error de medida. Siga las instrucciones de conexión para las fuentes de señal a tierra para eliminar esta diferencia de potencial a tierra desde la señal medida.

Cuando Usar Conexiones Diferenciales con Fuentes de Señal Referenciadas a Tierra

Use conexiones de entrada diferencial para cualquier canal que cumpla con alguna de las siguientes condiciones:

  • La señal de entrada es de nivel bajo (menos de 1 V).
  • Las terminales que conectan la señal al dispositivo son mayores de 3 m (10 ft).
  • La señal de entrada requiere un punto de referencia a tierra separado o señal de retorno.
  • Las terminales de señal viajan a través de entornos ruidosos.
  • Dos canales de entrada analógica, AI+ y AI–, están disponibles.

Figura 4. Conexiones Diferenciales para Fuentes de Señal Referenciadas a Tierra

Las conexiones de señal flotante reducen la introducción de ruido e incrementan el rechazo de ruido de modo común. Las conexiones de señal diferencial también permiten señales de entrada para navegar en los límites del modo común del amplificador de instrumentación en el dispositivo DAQ.

Cuando Usar Conexiones No Referenciadas de Una Sola Terminal (NRSE) con Fuentes de Señal Referenciadas a Tierra

Use solamente conexiones de entrada NRSE si la señal de entrada cumple con las siguientes condiciones:

  • La señal de entrada es de alto nivel (mayor que 1 V).
  • Las terminales que conectan la señal al dispositivo son menores de 3 m (10 ft).
  • La señal de entrada puede compartir un punto de referencia común con otras señales.

Figura 5. Conexiones de Una Sola Terminal para Fuentes de Señal Referenciadas a Tierra (Configuración NRSE)

Las conexiones de entrada diferencial son recomendadas para mayor integridad de señal para cualquier señal de entrada que no cumple con las condiciones mencionadas. Sin embargo, las conexiones de entrada diferencial pueden reducir el número de señales que puede conectar a su dispositivo DAQ.

Con este tipo de conexión de una sola terminal, el amplificador de instrumentación rechaza el ruido de modo común en la señal y la diferencia a tierra entre la fuente de señal y la tierra del dispositivo.

Cuando Usar Conexiones Referenciadas de Una Sola Terminal (RSE) con Fuentes de Señal Referenciadas a Tierra

No utilice conexiones RSE con fuentes de señal referenciadas a tierra. En su lugar use conexiones NRSE o diferenciales.

Como se muestra en la celda inferior del extremo derecho de la Tabla 1, puede haber una diferencia potencial entre AI GND y la tierra del sensor. En modo RSE, este lazo a tierra provoca errores de medida.

El ruido ambiental puede afectar seriamente la precisión en las medidas del dispositivo si no tiene los cuidados adecuados al llevar cables de señal entre fuentes de señal y el dispositivo.

En los modos de una sola terminal, se asocia más ruido electrostático y magnético en las conexiones de señal que en las configuraciones diferenciales. El acoplamiento es el resultado de las diferencias en la trayectoria de la señal. El acoplamiento magnético es proporcional al área entre los dos conductores de señal. El acoplamiento eléctrico es una función de cuanto difiere el campo eléctrico entre los dos conductores. Con este tipo de conexión, el amplificador de instrumentación rechaza el ruido de modo común en la señal y la diferencia a tierra entre la fuente de señal y la tierra del dispositivo.

Las siguientes recomendaciones aplican principalmente para enrutar la señal de entrada analógica del dispositivo, aunque también aplican al enrutado de la señal en general. Disminuya la introducción de ruido e incremente la precisión de medidas al tomar las siguientes precauciones.

  • Use conexiones de entrada analógica diferencial para rechazar ruido de modo común.
  • Use cables de par cruzado aislados individualmente para conectar señales AI al dispositivo. Con este tipo de cable, las señales sujetadas a los canales de entrada positiva y negativa son entrelazados juntos y después son cubiertos con una protección. Después conecte esta protección solamente a un punto de la fuente de señal a tierra. Se requiere este tipo de conexión para las señales que viajan a través de áreas con grandes campos magnéticos o alta interferencia electromagnética.

Consulte el documento de NI Developer Zone, Consideraciones para Cableado en Campo y Ruido para Señales Analógicas, para obtener más información.

Antes de conectar cualquier señal, ubique el pin-out de su dispositivo.

  1. Abra NI Measurement & Automation Explorer (MAX) y despliegue Devices and Interfaces.
  2. Haga clic con botón derecho en el nombre de su dispositivo y seleccione “Device Pinouts”.

Figura 6. Ayuda para Terminales de Dispositivo

Los siguientes tipos de terminales corresponden con medidas de voltaje analógico:

    1. AI x (+/-): Entrada Analógica – Generalmente va seguida por un número que corresponde a un número de canal. Por ejemplo, si su tarjeta DAQ tiene 16 canales de entrada analógica, su diagrama de pinout probablemente muestra terminales positivas y negativas para AI 0 hasta AI 15 ubicadas en el conector. Los símbolos + y – se refieren a los pares del canal de entrada diferencial.
    2. AI GND: Tierra Analógica – Esta terminal está conectada eléctricamente a la tierra del amplificador de instrumentación en su dispositivo DAQ.
    3. AI SENSE – La terminal AI SENSE es un punto de referencia común para ciertas configuraciones de terminal de entrada de una sola terminal (NRSE y RSE).

Puede usar NI Measurement & Automation Explorer (MAX) para verificar rápidamente la precisión de la configuración de su sistema de medias. Al usar un NI-DAQmx Global Virtual Channel puede configurar una medida de voltaje sin programación. Un canal virtual es un concepto de la arquitectura del controlador NI-DAQmx usado para representar las configuraciones de propiedades del dispositivo que pueden incluir nombre, un canal físico, conexiones de terminal de entrada, el tipo de medida o generación e información de escala. Siga estos pasos para comenzar:

  1. Con el NI Measurement & Automation Explorer abierto, seleccione Data Neighborhood y haga clic en Create New.
  2. Seleccione NI-DAQmx Global Virtual Channel y haga clic en Next.
  3. Seleccione Acquire Signals » Analog Input » Voltage.

Figura 7. Crear un Canal Virtual NI-DAQmx

  1. Seleccione ai0 o cualquier canal físico que quiera conectar a su medida de voltaje. Un canal físico es una terminal o pin en el cual usted puede medir o generar una señal analógica o digital. Un solo canal físico puede incluir más de una terminal o pin, como en el caso de un canal de entrada diferencial.

Figura 8. Canales Físicos del Dispositivo

  1. Haga clic en Next y proporcione un nombre para el canal virtual global o deje el nombre predeterminado.
  2. Al hacer clic en Finish y debería ver la siguiente pantalla en MAX:

Figura 9. Instalar un Canal de Voltaje en MAX

  1. En la sección Settings, escriba los valores máximos y mínimos de voltaje que espera leer desde su medida (-10 a 10 V son predeterminados).
  2. Seleccione la Configuración de su Terminal (Diferencial, RSE, NRSE, o Seudodiferencial) de acuerdo a la información de arriba.

El siguiente paso es conectar físicamente la señal de voltaje a su dispositivo DAQ.

  1. Haga clic en la sección Connection Diagram en MAX para continuar.

Figura 10. Diagrama de Conexión de Voltaje Analógico

El diagrama de conexión de arriba indica los pines en su dispositivo DAQ que deben estar cableados de acuerdo al canal físico que seleccionó. En este ejemplo, una conexión de entrada diferencial utiliza los pines 68 y 34, correspondientes a ai0 (AI+) y ai8 (AI-). El diagrama muestra un accesorio de bloque terminal SCC-68. Esto se puede cambiar al hacer clic derecho en el nombre del dispositivo en Devices and Interfaces y seleccionar Properties.

Los canales virtuales globales NI-DAQmx proporcionan una vista previa de sus medidas.

  1. Con MAX aún abierto, haga clic en la sección NI-DAQmx Global Channel y haga clic en el botón Run. Verá el valor del voltaje de su medida mostrado en la parte superior de la pantalla.

Figura 11. Vista Preliminar de una Medida de Voltaje en MAX

Puede escoger ver la señal en forma de tabla o de gráfica al seleccionar Graph en el menú desplegable Display Type. También tiene la opción de guardar su NI-DAQmx Global Virtual Channel si en un futuro desea consultar otra vez esta pantalla de configuración.