Un registrador de gráficos es un dispositivo electromecánico que registra una tendencia de entrada eléctrica o mecánica en una hoja de papel (el gráfico). Los registradores de gráficos pueden registrar varias entradas utilizando bolígrafos de diferentes colores y pueden grabar en gráficos de tiras o gráficos circulares. Los registradores de gráficos pueden ser completamente mecánicos con mecanismos de relojería, electromecánicos con un mecanismo de relojería eléctrico para manejar el gráfico (con entradas mecánicas o de presión), o completamente electrónicos sin ningún componente mecánico (un registrador de gráficos virtual).
Los registradores de gráficos están construidos en tres formatos principales. Los registradores de gráficos de tiras tienen una tira larga de papel que sale del registrador. Los registradores de gráficos circulares tienen un disco de papel giratorio que debe reemplazarse con más frecuencia, pero son más compactos y fáciles de encerrar detrás de un vidrio. Los registradores de gráficos de rollo son similares a los registradores de gráficos de banda, excepto que los datos registrados se almacenan en un rollo redondo y la unidad generalmente está completamente cerrada.
Los registradores de gráficos son anteriores a los registradores de datos electrónicos que los han reemplazado en muchas aplicaciones.
Orígenes
Charles Babbage incorporó un registrador de gráficos en el carro del dinamómetro que construyó en 1838 o 1839. [1] Así es como lo describió: "Un rollo de papel de mil pies de largo se desenrollaba lentamente sobre la mesa larga ... una docena de bolígrafos conectados con un puente que cruzaba el centro de la mesa marcaban cada uno su propia curva independiente de forma gradual o mediante saltos ... "El avance del papel se ajustaba a las ruedas del vagón de ferrocarril, mientras que los bolígrafos registraban el tiempo, el tirón de la barra de tiro de la locomotora y muchas otras variables.
Parte del sistema de telégrafo de Samuel Morse era un registrador automático de los puntos y guiones del código, inscrito en una cinta de papel por un bolígrafo movido por un electroimán, con un mecanismo de relojería que avanzaba el papel. [2] En 1848-1850, John Locke utilizó un sistema de tales registros para mejorar la precisión de las observaciones astronómicas de estrellas, proporcionando una precisión de tiempo mucho mayor que los métodos anteriores. Este método también fue adoptado por astrónomos de otros países. [3] William Thomson, 1er Baron Kelvin 's grabadora de sifón de 1858 era un instrumento sensible que proporciona un registro permanente de señales telegráficas a través de cables telegráficos submarinos largos. Estas grabadoras se denominaron registros de lápiz , aunque este término se convirtió más tarde en parte de la jerga policial que se refiere al uso de dicho registro para registrar los números de teléfono marcados.
El 18 de septiembre de 1888 se concedió una patente para un "Indicador y registrador de presión" a William Henry Bristol . [4] Bristol pasó a formar la Bristol Manufacturing Company en 1889. La Bristol Company fue adquirida por Emerson Electric Company en marzo de 2006 , y continúa fabricando varios registradores de gráficos electromecánicos diferentes, así como otros productos de instrumentación, medición y control.
El primer registrador de gráficos para el monitoreo ambiental fue diseñado por el inventor estadounidense JC Stevens mientras trabajaba para Leupold & Stevens en Portland, Oregón y se le otorgó una patente para este diseño en 1915. [5] Los registradores de gráficos todavía se utilizan en aplicaciones donde la retroalimentación visual instantánea es requerido o donde los usuarios no tienen la necesidad, oportunidad o capacidad técnica para descargar y ver datos en una computadora o donde no hay energía eléctrica disponible (como en zonas peligrosas en una plataforma petrolera o en estudios ecológicos remotos). Sin embargo, los requisitos de energía y costos decrecientes de los registradores de datos les permiten reemplazar cada vez más a los registradores de gráficos, incluso en situaciones en las que la energía de la batería es la única opción.
Unidad de gráfico
El gráfico de papel pasa por el lápiz a un ritmo constante mediante un mecanismo de accionamiento eléctrico o de relojería. Un método común es utilizar un motor síncrono en miniatura que gira a una velocidad constante relacionada con la frecuencia de la energía ; se utiliza un tren de engranajes para impulsar el papel. Los registradores industriales de gráficos de bandas pueden tener trenes de engranajes de dos velocidades que permiten utilizar una velocidad más alta para los ajustes iniciales de un proceso o para seguir las alteraciones del proceso. Los registradores médicos y científicos permiten configurar una amplia gama de velocidades controladas con precisión.
Un registrador "XY" controla el gráfico en función del valor de otra señal de proceso. Por ejemplo, una máquina de ensayo universal puede graficar la fuerza de tensión en una muestra contra su longitud. Dependiendo del registrador en particular, se mueve la tabla de papel o el carro de la pluma tiene dos ejes de movimiento. Los ejemplos de un registrador xy se remontan al siglo XVIII en forma de diagramas indicadores de vapor utilizados para registrar la presión y el volumen en las máquinas de vapor.
Mecanismos de marcado
Se han adoptado muchos mecanismos para marcar el papel. En el registrador de sifón telegráfico de 1858, un tubo capilar fino está conectado a un depósito de tinta y es desviado por la señal de proceso. En los registradores de gráficos de tira modernos, se ha utilizado un cartucho desechable que combina un bolígrafo con punta de fibra y un depósito de tinta. Otros tipos de registradores usan una aguja calentada y papel térmicamente sensible, una impresora de impacto que usa una cinta y un martillo operado eléctricamente, una señal eléctrica que actúa a través de una aguja sobre papel electrosensible o una chispa eléctrica que hace una mancha visible en papel aluminizado . Una forma de registrador sensible y de alta velocidad utilizaba rayos de luz ultravioleta reflejados por galvanómetros de espejo , dirigidos al papel sensible a la luz. [6]
Los primeros instrumentos obtenían energía para mover el lápiz directamente de la señal de proceso detectada, lo que limitaba su sensibilidad y velocidad de respuesta. La fricción entre el dispositivo de marcado y el papel reduciría la precisión de las mediciones. Los instrumentos con amplificadores neumáticos, mecánicos o electromecánicos desacoplaban el movimiento de la pluma de la medición del proceso, aumentando en gran medida la sensibilidad del instrumento y la flexibilidad del registrador. Los bolígrafos impulsados directamente a menudo se movían en el arco de un círculo, lo que dificultaba la lectura de la escala; Los gráficos preimpresos tienen escalas curvilíneas impresas que compensan la trayectoria del rotulador. [7]
Instrumentos de galvanómetro
Muchos tipos de registradores gráficos utilizan un galvanómetro para impulsar el dispositivo de marcado. Una bobina de alambre ligera suspendida en el campo magnético de un imán permanente se desvía en proporción a la corriente que la atraviesa; en lugar del puntero y la escala de un medidor de lectura directa, el registrador desvía un bolígrafo u otro dispositivo de marcado. El mecanismo de escritura puede ser una aguja calentada para escribir sobre papel sensible al calor o un simple bolígrafo hueco alimentado con tinta. Si el bolígrafo se presiona continuamente contra el papel, el galvanómetro debe ser lo suficientemente fuerte para mover el bolígrafo contra la fricción del papel. En cambio, para reducir la tensión en el galvanómetro, el bolígrafo solo puede presionarse intermitentemente contra el medio de escritura, para causar una impresión, y luego moverse mientras se libera la presión. [ cita requerida ]
Cuando se requiera una mayor sensibilidad y velocidad de respuesta , se podría usar un galvanómetro de espejo , en su lugar, para desviar un haz de luz que se pueda registrar fotográficamente.
Oscilógrafo de haz de luz
Otro tipo de registrador de papel fue el oscilógrafo de haz de luz . Tenía un ancho de banda de ~ 5 kHz a escala completa (aproximadamente 100 veces mayor que las típicas grabadoras de lápiz de la época). Los modelos originales usaban un pequeño espejo unido a un galvanómetro para apuntar un haz de luz de alta intensidad al papel fotosensible. La combinación de la pequeña masa del espejo combinada con una unidad de gráficos que podía mover el papel hasta 120 pulgadas (3000 mm) por segundo proporcionaba un gran ancho de banda y una resolución impresionante en el eje de tiempo. Los modelos posteriores reemplazaron el espejo con un tubo de rayos catódicos de fibra óptica estacionario que estaba en contacto directo con el papel.
Estas grabadoras tenían varios defectos. El papel fotosensible era muy caro y se desvanecía rápidamente cuando se exponía a la luz ambiental. Las altas velocidades de los gráficos significaban que las duraciones de las pruebas eran extremadamente cortas. Estos instrumentos estaban destinados a capturar eventos de corta duración como los lanzamientos de cohetes de la NASA en la década de 1960 y una amplia gama de eventos balísticos.
Instrumentos potenciométricos (servo)
Los registradores de gráficos analógicos que utilizan un movimiento de galvanómetro para impulsar directamente la pluma tienen una sensibilidad limitada. En un registrador de tipo potenciométrico, el accionamiento directo del rotulador se sustituye por un servomecanismo en el que la energía para mover el rotulador es suministrada por un amplificador. La pluma accionada por motor está dispuesta para mover el contacto deslizante de un potenciómetro para retroalimentar la posición de la pluma a un amplificador de error. El amplificador acciona el motor de forma tan directa que reduce a cero el error entre la posición deseada y la real del lápiz. Con un amplificador de procesamiento de señales adecuado, estos instrumentos pueden registrar una amplia gama de señales de proceso. Sin embargo, la inercia del servo sistema limita la velocidad de respuesta, lo que hace que estos instrumentos sean más útiles para señales que cambian en el lapso de un segundo o más. [8]
Registradores gráficos digitales
Un registrador de gráficos moderno es un sistema informático integrado con un convertidor de analógico a digital , un microcontrolador y un dispositivo de impresión en papel; Dichos instrumentos permiten una gran flexibilidad en el procesamiento de señales, velocidad de gráfico variable en alteraciones del proceso y también pueden comunicar sus medidas a puntos remotos.
Una de las primeras unidades digitales fue diseñada por William (Bill) C. McElroy jr, que trabaja para Dohrman Instrument Company en Santa Clara, California . Hasta esta unidad, la mayoría de los registradores gráficos estaban montados en bastidor y tenían una velocidad y un rango de sensibilidad. El diseño del Sr. McElroy era una unidad de "mesa" de rollo de papel de carga instantánea que usaba un Circuito Chopper Integrado para la conversión de la señal. La unidad tenía placas de circuito enchufables, enchufaba módulos de rango único o múltiple y enchufaba módulos de una o varias velocidades. La sensibilidad de la grabadora era de 1 microvoltio a 100 voltios de escala completa, que en ese momento era una primicia en la industria. McElroy también ayudó en el diseño y construcción del Cromatógrafo de Gas utilizado para analizar muestras de tierra y rocas del aterrizaje lunar del Apolo 11 en 1969 . [9]
Ver también
- Barógrafo
- Electrocardiografía
- Plotter (opera en dos dimensiones)
- Polígrafo
- Sismógrafo
- Termo-higrógrafo
Referencias
- ^ "XXV. Ferrocarriles". Pasajes de la vida de un filósofo . Longman, Green, Longman, Roberts y Green. 1864. págs. 328–334.
- ^ Samuel FB Morse, mejora en el modo de comunicar información por señales mediante la aplicación de electromagnetismo, patente estadounidense 1647 , 20 de junio de 1840; ver página 4 columna 2
- ↑ Richard Stachurski Longitude by Wire: Finding North America Univ of South Carolina Press, 2009 ISBN 1570038015 páginas 101-103
- ^ Bristol, William H. "Indicador y registrador de presión, patente de EE.UU. 389.635 expedida el 18 de septiembre de 1888" . Consultado el 25 de mayo de 2008 .
- ^ Stevens, John Cyprian. "Water Stage Recorder, patente de EE.UU. 1.163.279 expedida el 7 de diciembre de 1915" . Consultado el 20 de marzo de 2008 .
- ^ Walt Boyes (ed), Instrumentation Reference Book (3.a edición) , Elsevier, 2003978-0-7506-7123-1 páginas 704-705
- ^ W. Bolton Industrial Control e Instrumentación Universities Press, 1991 ISBN 81-7371-364-2 , páginas 138-144
- ^ Béla G. Lipták Control y optimización de procesos CRC Press, 2006 ISBN 0-8493-1081-4 , página 820
- ^ William (Bill) C.McElroy jr técnico de ingeniería