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Conexión de masa. Serie y en paralelo
Fuente dealimentación Tarjeta 3
Tarjeta 1
+ 0
Tarjeta 2
+ 0
+ 0+ 0
220 V
Fuente dealimentación Tarjeta 3
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)
Fuente dealimentación
+ 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
Equivalente del sensor
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
Equivalente del sensor
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
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
Amplificador deinstrumentación
Convertidor A/D
multiplexorselección de canal Selección entrada
simple/diferencial
(a)
(b)
(c)
CHX
A/D
GND
Tarjeta de adquisiciónSeñal
CHX
A/D
GND
Tarjeta de adquisiciónSeñal
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
Tarjeta de adquisiciónSeñal
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
Conexionado en modo diferencial a tarjetas de adquisición de datos
CHX HI
A/D
GND
Tarjeta de adquisición
CHX LOSensor
Conexionado en modo diferencial a tarjetas de adquisición de datos
Circuito 1 Circuito 2
VT
A
(a)
Circuito 1 Circuito 2
VT
A
(b)
Circuito 1 Circuito 2
VT
A
(c)
Circuito 1 Circuito 2
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
Fuente dealimentación Tarjeta 3
Tarjeta 1 Tarjeta 2
0
220 V Tierra
0
0
0
Masa
Toma eléctrica
Chasis metálico
Tierra híbrida
Fuente dealimentación
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
Circuito 1 Circuito 2
A
(a)
Pantalla
Circuito 1 Circuito 2
A
Pantalla
C1
C2
C3
TierraC4
VT
Circuito 1 Circuito 2
A
Pantalla
C1
C2
C3
TierraC4
VT
Conexión incorrecta Conexión correcta
(c) (d)
Circuito 1 Circuito 2
A
(b)
Pantalla
??
Conexión incorrecta
Conexionado de las pantallas
Circuito 1 Circuito 2
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.
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
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