escalar

Un escalar en electrónica industrial es una etapa amplificadora que toma una señal de entrada y la emite multiplicada por un factor de ganancia constante. A diferencia de un amplificador operacional o un sistema de control con todas las funciones, un escalar hace un solo trabajo: aplica amplificación lineal con una relación fija. La entrada y la salida suelen ser proporcionales en todo el rango operativo, con la ganancia expresada como una relación de voltaje (10 V/V significa que una entrada de 1 voltio se convierte en 10 voltios de salida) o en decibelios (una ganancia de 20 dB es un factor de 10).

Los escalares aparecen en cadenas de acondicionamiento de señal, interfaces de sensores e instrumentación de prueba. Una celda de carga podría emitir 2 milivoltios por cada 1000 libras de fuerza; un escalar amplifica esto a un rango utilizable de 0 a 10 voltios para conversión analógica a digital o visualización. Los sensores industriales a menudo se encuentran demasiado lejos de sus componentes electrónicos de lectura para una transmisión de señal práctica a niveles nativos, por lo que los escalares compensan la pérdida de cable y el desajuste de impedancia. También aíslan los sensores de alta impedancia de las cargas de menor impedancia.

Variantes e Implementación

Un escalar pasivo utiliza divisores de resistencia o atenuadores para reducir la amplitud de la señal; un escalar activo utiliza un amplificador operacional configurado para ganancia no inversora o inversora, típicamente con resistencias de retroalimentación que establecen el factor de multiplicación. Los escalares de circuito integrado son comunes en los módulos de procesamiento de señales analógicas. La ganancia generalmente se establece en el momento del diseño, aunque los diseños basados en potenciómetros permiten el ajuste en campo. Algunos escalares industriales incluyen filtrado o ajuste de offset para centrar una señal de sensor alrededor de cero o alrededor de un voltaje de referencia.

Los modos de falla comunes incluyen la deriva de la resistencia que cambia la relación de ganancia con la temperatura o el tiempo, y la saturación cuando la señal de entrada excede el rango de salida del amplificador. Un escalar con una ganancia de 10 V/V alimentado con una entrada de 2 voltios intentará producir 20 voltios, pero el recorte al máximo de salida del amplificador (a menudo 12 o 15 voltios) introduce distorsión. En la medición de precisión, los coeficientes de temperatura de las resistencias (típicamente de 25 a 100 ppm por grado Celsius) pueden degradar la calibración.

El término "escalar" proviene de las matemáticas: una cantidad escalar tiene solo magnitud, sin dirección. En el procesamiento de señales, una operación escalar multiplica una señal por un número, dejando su carácter fundamental sin cambios. Esto es distinto de las operaciones vectoriales (que reorientan o combinan señales) o el filtrado (que cambia la respuesta de frecuencia). En algunos contextos, especialmente en sistemas de control más antiguos, la palabra aparece indistintamente con "bloque de ganancia" o "etapa amplificadora".