cableado y apantallado_19d

Cableado y apantallado

Conexión de masa. Serie y en paralelo

Fuente dealimentación Tarjeta 3

Tarjeta 1

+ 0

Tarjeta 2

+ 0

+ 0+ 0

220 V


Tarjeta 1

+ 0

Tarjeta 2

+ 0

+ 0+ 0

220 V

1 2 3

A

B C

D

A B C

Fuente

D

Z1 Z2 Z3 i3i2i1

1 2 3

AB

C

Fuente

D

Z1

Z2

Z3

i3i2i1

A

B C

D

Conexionado pocorecomendable

Conexionadorecomendable

(a) (b)

El correcto conexionado de la masa resulta crítico puesto que es la referencia para todas las tensiones en los circuitos. Existen dos formas de conexionado:

Serie Paralelo

Conexionado de señales entre tarjetas

Fuente dealimentación

Tarjeta 2

+ 0

+ 0

220 V

A

B

Conexionado pocorecomendable

Tarjeta 1(sensor)

+ 0Rs

VsSeñal

(a)


+ 0

+ 0

220 V

A

B

Conexionadorecomendable

+ 0

VsSeñal

(b)

Tarjeta 2Tarjeta 1(sensor)

Rs

Vs

Equivalente del sensor

R1

R2

Vo

Tierra

Tierra

Masa

VT

Vs

R1

R2

Vo

Masa

A

B C

D

B C

DA

Circuito 1 Circuito 2

(b)

(a)

Vo

Rs

Rs

VT

Problemática de la conexión a tierraBucles de tierra

2

1o s T

RV VV

R

Bucles de tierra. Interferenciasen modo común

R1

R2

B C

D

A

VT

Vs

VT

Vo

VT

id s <<R1)

icm1

icm2

(a)

(b)

Rs

Vs

VT

Vo

=Vs/R1 (R

Circuito 1

Circuito 2

Vs

Rs


R1

R2

Vo

Tierra

Tierra

Masa

VT

A

B C

D

Circuito 1Circuito 2

Sin conexión

Bucles de tierra. Solución conectando la tierra a un solo punto

En muchos casos esto no es posible por dos razones:

• Por motivos de seguridad puede resultar obligatoria la conexión a tierra de ambos circuitos.

• Por que se realiza una conexión inintencionadamente a tierra. Por ejemplo, si el circuito 1 es un termopar con la unión desnuda.

Por tanto puede ser necesario recurrir a otras soluciones:

• Emplear un amplificador diferencia

• Aislar los circuitos

Rs


A

B

Circuito 1

R1

R2

Vo

C

D R1

R2

VT

Circuito 2

Vs

Rs

A

B R1

R2

Vo

C

D R1

R2

A

(a) (b)

Vs

VT VT

Solución a la problemática de los bucles de tierra mediante entradas diferenciales

2 2

1 1o s T sT

R RV VVV V

R R

Conexionado a tarjetas de adquisición©

ITE

S-P

aran

info

CH1 HI /CH1

GND

CH2 HI/CH2

CH1 LO/CH3

CH2 LO/CH3

Amplificador deinstrumentación

Convertidor A/D

multiplexorselección de canal Selección entrada

simple/diferencial

CH1 HI /CH1

GND

CH2 HI/CH2

CH1 LO/CH3

CH2 LO/CH3


Convertidor A/D


simple/diferencial

CH1 HI /CH1

GND

CH2 HI/CH2

CH1 LO/CH3

CH2 LO/CH3


Convertidor A/D


simple/diferencial

(a)

(b)

(c)

CHX

A/D

GND

Tarjeta de adquisiciónSeñal

CHX

A/D

GND


VT(a) Circuito de señal no referenciado a tierra(b) Circuito de señal referenciado a tierra (no recomendado)

Conexionado en modo simple a tarjetas de adquisición de datos

La ventaja de trabajar en modo diferencial, reside en que se pueden medir señales referenciadas a tierra sin que las interferencias en modo común den lugar a problemas debido a que la entrada es diferencial. El inconveniente es que el número de canales efectivos de la tarjeta queda reducido a la mitad.

No obstante cuando la señal no es referenciada es necesario tomar ciertas medidas debido a que la señal queda a un potencial indefinido respecto a la masa/tierra.

CHX HI

A/D

GND


CHX LO

VT

Conexionado en modo diferencial a tarjetas de adquisición de datos

CHX HI

A/D

GND

Tarjeta de adquisiciónSeñal CHX

A/D

GND

Tarjeta de adquisición

(a) Conexionado incorrecto de una señal flotante debido a que no existe camino parapara la circulación de de las corriente de polarización del amplificador

(b) Conexionado correcto añadiendo unas resistencias depolarización

CHX LO

Tensiónindefinida

Conexionado incorrecto

Rb

Rb

Señal

Conexionado correcto


CHX HI

A/D

GND

Tarjeta de adquisición

CHX LOSensor



VT

A

(a)


VT

A

(b)


VT

A

(c)


VT

A

(d)

Optoacoplador Transformador

Amplificador de aislamiento

Eliminación de los bucles mediante aislamiento

La solución al problema de los bucles de tierra basada en el empleo de un amplificador diferencial es muy utilizada, pero las tensiones en modo común pueden llegar a ser elevadas e incluso superiores a las que puede soportar el amplificador. En estos casos la solución pasa por romper los bucles aislando galvánicamente ambos circuitos.

Existen tres métodos:

Utilizando un amplificador de aislamiento, es le método más usado en aplicaciones industriales cuando la señal es analógica.

Utilizando un optoacoplador, es la solución más económica cuando la señal es de tipo digital.

Utilizando un transformador, solución únicamente válida cuando la señal es alterna. Debe tener una elevada tensión de aislamiento entre primario y secundario.

Punto de conexión a tierra


Tarjeta 1 Tarjeta 2

0

220 V Tierra

0

0

0

Masa

Toma eléctrica

Chasis metálico

Tierra híbrida


Tarjeta de circuito impreso

220 V Tierra

0

0

Masa

Toma eléctrica

0

Entradas/salidasdigitales

Masa del subsitemaanalógico

Masa delsubsistema dealta frecuencia

Señal

Instrumento

Campo magnético

Vs

Rs Vint/2

Vs-Vint

(a)

(b)

Rs

Vs

Ri

Ri

Vint/2

Interferencias debidas a acoplamientos inductivos

SeñalVs

Instrumento

(a)

(b)

Rs

Campo magnético

Ri VsVs

V’int/2

V’int/2

V’int/2

V’int/2V’int/2

V’int/2 V’int/2

V’int/2 V’int/2

V’int/2

V’int/2

V’int/2

Minimización de los efectos de las interferencias


A

(a)

Pantalla


A

Pantalla

C1

C2

C3

TierraC4

VT


A

Pantalla

C1

C2

C3

TierraC4

VT

Conexión incorrecta Conexión correcta

(c) (d)


A

(b)

Pantalla

??

Conexión incorrecta

Conexionado de las pantallas


A

Pantalla

Conexionado de las pantallas

Si los dos circuitos están referenciados a tierra, aparecen bucles de tierra, es conveniente conectar la pantalla a la masa de ambos circuitos puesto que parte de las interferencias originadas por los bucles derivarán por la pantalla resultando menos afectados los conductores.

Cable trenzadoapantallado

Preamplificador delfotodiodo

Amplificador deinstumentación

Conexión híbrida

El estudio mostrado sobre la adecuada conexión de las pantallas se ha supuesto que las señales son de baja frecuencia. La conexión de la pantalla en un solo punto para altas frecuencias puede comportarse como una antena. En altas frecuencias es conveniente conectar la pantalla a masa en tantos puntos como sea posible.

VsRa Cc

Ca

Sensor

Amplificador no-inversor

Rs

Interés de las guardas

Guardas activas

Rs

SensorPotencial idéntico Cg Cc

Vs

Cr

(a)

Vo

(b)

Rs

Vs

R2

R1

Vo

Vs

Rs

R2

R1

Vr

Problemática de las guardas

Ejemplos de guardas activas

Guarda

Sensor de pH,resistencia de salida 500M ,tensión 50mV

500

9,5 k

V0=1 V

Cf =10 pF

V0=- Q/CfFrecuencia decorte inferior

Rf=109

Cf<1 pF

Sensorpiezoeléctrico

(a) (c)(b)

Amplificadorde carga

1 nF

Q

1/(2 CfRf)

Rf=1010

1010

Circuitovíctima

Ondaelectromagnética

Onda reflejada

Onda transmitida

Onda absorbidaOnda

rerreflejada

BlindajeFuente deinterferencias

Minimización de interferencias radiadas. Pantallas

Pérdidas (dB)

Pérdidas por absorción, A

Pérdidas por reflexión, R

Factor de corrección debido a multirreflexiones, B

Generalmente despreciable

rrft131,0

r

r

f

1log10168

Pérdidas para campo lejano

Material

Cobre (sólido) 1,00 1

Aluminio (blando) 0,63 1

Aluminio pulverizado con soplete oxiacetilénico

0,036 1

Zinc 0,305 1

Acero (tipo SAE 1045) 0,10 1000

Acero inoxidable (tipo 430) 0,02 500

78 Permalloy 0,108 8000

Conductividad relativa al cobre

r

Permeabilidad relativa al cobre*

r

Materiales

Juntaconductora

Juntas conductoras

Pérdidas (dB)

Pérdidas por absorción, A

Campo eléctrico

Campo magnético

Pérdidas por reflexión, R

Campo eléctrico

Campo magnético

Factor de correccióndebido a multirreflexiones, B

Campo eléctrico Generalmente, despreciable

Campo magnético Despreciable si A9dB

rrft131,0

r

r23df

1log10322

r

r2fdlog106,14

rrf0303,0e1log20

rrf0303,0e1log20

Pérdidas para campo cercano

cableado y apantallado_19d

Documents