Un integrador en aplicaciones de medición y control es un elemento cuya señal de salida es la integral de tiempo de su señal de entrada. Acumula la cantidad de entrada durante un tiempo definido para producir una salida representativa.
La integración es una parte importante de muchas aplicaciones científicas y de ingeniería . Los integradores mecánicos son la aplicación más antigua y todavía se utilizan en la medición de flujo de agua o energía eléctrica. Los integradores analógicos electrónicos son la base de las computadoras analógicas y los amplificadores de carga. La integración también se realiza mediante algoritmos de computación digital.
En circuitos de procesamiento de señales
- Véase también Integrador en aplicaciones de amplificador operacional
Un integrador electrónico es una forma de filtro de paso bajo de primer orden , que puede realizarse en el dominio de tiempo continuo (analógico) o aproximado (simulado) en el dominio de tiempo discreto (digital). Un integrador tendrá un efecto de filtrado de paso bajo pero cuando se le da un desplazamiento acumulará un valor construyéndolo hasta que alcance un límite del sistema o se desborde.
Un integrador de voltaje es un dispositivo electrónico que realiza una integración temporal de un voltaje eléctrico, midiendo así el producto total de voltios-segundo.
Un integrador de corriente es un dispositivo electrónico que realiza una integración temporal de una corriente eléctrica , midiendo así una carga eléctrica total . Un amplificador de carga es un ejemplo de integrador de corriente. También se utiliza un integrador de corriente para medir la carga eléctrica en una copa de Faraday en un analizador de gas residual para medir presiones parciales de gases en el vacío. Otra aplicación de la integración de corriente es la deposición por haz de iones , donde la carga medida corresponde directamente al número de iones depositados sobre un sustrato, asumiendo que se conoce el estado de carga de los iones . Los dos conductores eléctricos portadores de corriente deben estar conectados a la fuente de iones y al sustrato, cerrando el circuito eléctrico que en parte está dado por el haz de iones.
En software
- Los integradores también pueden ser componentes de software.
- En algunas simulaciones por computadora de física computacional , como predicción numérica del tiempo , dinámica molecular , simuladores de vuelo , simulación de yacimientos , diseño de barreras de ruido , acústica arquitectónica y simulación de circuitos electrónicos , un integrador es un método numérico para integrar trayectorias de fuerzas (y por lo tanto aceleraciones) que solo se calculan en pasos de tiempo discretos.
Integradores mecánicos
Los integradores mecánicos eran elementos clave en el analizador diferencial mecánico , utilizados para resolver problemas físicos prácticos. Los mecanismos de integración mecánica también se utilizaron en sistemas de control como la regulación de caudales o temperatura en procesos industriales. Mecanismos como el integrador de bola y disco se utilizaron tanto para el cálculo en analizadores diferenciales como como componentes de instrumentos como directores de cañones navales , totalizadores de flujo y otros. Un planímetro es un dispositivo mecánico que se usa para calcular la integral definida de una curva dada en forma gráfica, o más generalmente para encontrar el área de una curva cerrada. Un integraph se usa para trazar la integral indefinida de una función dada en forma gráfica.
Inconvenientes del integrador ideal
- El ancho de banda es muy pequeño y se usa solo para un rango pequeño de frecuencias de entrada.
- Para la entrada de cd ( f = 0), la reactancia de la capacitancia, X c , es infinita. Debido a este amplificador operacional entra en configuración de bucle abierto. En la configuración de bucle abierto, la ganancia es infinita y, por lo tanto, los pequeños voltajes de compensación de entrada también se amplifican y aparecen en la salida como error. Esto se conoce como activación falsa y debe evitarse. Debido a todas estas limitaciones, es necesario modificar un integrador ideal. Algunos componentes adicionales se utilizan junto con el circuito integrador ideal para reducir el efecto de un voltaje de error en la práctica. Este integrador modificado se denomina integrador práctico.
Integrador práctico (integrador con pérdidas)
La ganancia de un integrador a baja frecuencia se puede limitar para evitar el problema de saturación, por lo tanto, para evitar la saturación del amplificador operacional, el condensador de retroalimentación es derivado por una resistencia Rf. La combinación en paralelo de Rf y C se comporta como un capacitor práctico que disipa potencia, a diferencia de un capacitor ideal. Por esta razón, este circuito también se denomina integrador con pérdidas. La resistencia Rf limita la ganancia de baja frecuencia a (-Rf / R), generalmente [Rf = 10 * R1] y, por lo tanto, proporciona estabilización de CC.
Aplicaciones
- Los amplificadores integradores de amplificador operacional se utilizan para realizar operaciones de cálculo en computadoras analógicas.
- Los circuitos integradores se utilizan con mayor frecuencia en convertidores de analógico a digital, generadores de rampa y también en aplicaciones de conformación de ondas.
- Otra aplicación sería integrar una señal que represente el flujo de agua, produciendo una señal que represente la cantidad total de agua que ha pasado por el caudalímetro. Esta aplicación de un integrador a veces se denomina totalizador en el comercio de instrumentación industrial.
Ver también
Referencias
enlaces externos
Otras lecturas
- Keng C. Wu (2002). Circuitos de transistores para sistemas de energía de naves espaciales . Saltador. págs. 85–87. ISBN 978-1-4020-7261-1.