ratiométrico

Un sistema raciométrico produce una señal de salida cuya magnitud es directamente proporcional a su señal de entrada. En electrónica industrial, esto significa que la relación entre la salida y la entrada permanece constante en todo el rango operativo. Si se duplica el voltaje de entrada, el voltaje de salida se duplica. Si se reduce a la mitad, la salida se reduce a la mitad. Esta proporcionalidad se mantiene independientemente de las variaciones del voltaje de suministro, la deriva de la temperatura o el envejecimiento de los componentes, siempre que el sistema esté diseñado correctamente.

La arquitectura raciométrica clásica utiliza un único voltaje de suministro tanto para la excitación del sensor como para el circuito de medición. Un convertidor analógico a digital (ADC) referencia el mismo suministro que alimenta el puente del sensor o el transductor. Cuando el voltaje de suministro oscila un 5 por ciento, tanto la salida del sensor como el voltaje de referencia se desvían un 5 por ciento, cancelándose entre sí. El ADC ve el mismo código digital. Un diseño no raciométrico referencia un voltaje regulado separado; el ruido del suministro aparece entonces como un error en la medición.

Donde lo raciométrico es más importante

Los transductores de presión, las celdas de carga y los detectores de temperatura de resistencia (RTD) en entornos industriales hostiles son los que más se benefician de la excitación raciométrica. Un puente extensométrico en una báscula consume 5 mA de un suministro; el voltaje de salida del puente es proporcional a ese mismo suministro. A medida que el suministro disminuye bajo carga, la señal del puente disminuye al mismo ritmo. Un ADC raciométrico que compara la salida del puente con el voltaje de suministro mide el peso real de la carga, no la caída del suministro. Sin una arquitectura raciométrica, se necesitaría un regulador de voltaje de precisión, lo que aumentaría el costo y la complejidad.

El diseño raciométrico sacrifica la precisión absoluta por la estabilidad. Un sistema raciométrico con una tolerancia de suministro del 10 por ciento y una no linealidad del ADC del 5 por ciento no leerá con precisión si se calibra una vez y se asume que se mantendrá. Pero las mediciones relativas, la repetibilidad y la inmunidad a la deriva a largo plazo mejoran drásticamente. Por eso el término aparece con mayor frecuencia en las hojas de datos de los front-ends analógicos industriales, las especificaciones del ADC del microcontrolador y los módulos de acondicionamiento de señal clasificados para el ruido y las oscilaciones de temperatura de la planta de fábrica.

El término a veces se usa incorrectamente. Un sistema que simplemente usa un solo suministro no es automáticamente raciométrico; la referencia del ADC y la excitación del sensor deben acoplarse de tal manera que los errores se cancelen. El verdadero diseño raciométrico requiere una cuidadosa atención a cómo se deriva el voltaje de referencia, dónde se polarizan las entradas del ADC y si los coeficientes de temperatura de las rutas de excitación y medición coinciden. Sin esta disciplina, solo se tiene un solo suministro, no un circuito raciométrico.