Atendiendo a la referencia utilizada para la medida:
Instrumentos de desplazamiento: se basan en la variación experimentada por una variable que es función de la magnitud medida. Instrumentos de comparación: efectúan la medida comparando la magnitud con patrones conocidos. Clasificación de los instrumentos
Atendiendo a la continuidad de la medida: Instrumentos analógicos: proporcionan una medida que varía de forma continua Instrumentos digitales: proporcionan una medida que solo puede tomar un número finito de valores. Las medidas digitales son más fáciles de integrar en un sistema de control por ordenador. Clasificación de los instrumentos
Los procesos de medición, necesitan de un elemento sensor, para poder medir el cambio de la variable física deseada. El elemento sensor actúa como los sentidos del ser humano, es capaz de detectar cambios de una variable determinada, en muchos de los caso con una precisión mucho mayor. Sensor: elemento primario
Peso Dimensiones Vida media Costo de adquisición Disponibilidad Tiempo de instalación Tipo de conector Situación en caso de fallo Longitud de cable necesaria Coste de verificación Coste de mantenimiento Coste de sustitución Características de alimentación Tensión Corriente Potencia disponible Frecuencia (si alterna) Estabilidad Características ambientales Margen de temperatura Humedad Vibraciones Agentes químicos Entorno electromagnético Elección del elemento primario Otros factores
Magnitud a medir
Margen de medida Resolución Exactitud deseada Estabilidad Ancho de banda Interferencias Impedancia
Características de salidas
Sensibilidad Tipo: tensión, corriente, frecuencia Forma de señal: unipolar, diferencial Tiempo de respuesta Destino: presentación, conversión digital, telemedida Elección del elemento primario Otros factores
Un transductor es un elemento encargado de convertir una variable física en otra, la forma mas común es convertir una variable mecánica (presión, velocidad, posición) en una variable eléctrica (voltaje, corriente o impedancia). Por lo que puede entenderse como un convertidor Transductor (Gp:) Transductor (Gp:) Señal mecánica (Gp:) Señal eléctrica (Gp:) I(t) (Gp:) O(t)
La norma ISA S51-1984 (1992) define así los términos sensor y transductor Sensor: Parte de un lazo o un instrumento que primero sensa el valor de la variable de un proceso y que asume el valor correspondiente predeterminado para el estado de la salida. El sensor puede estar separado o integrado a cualquier elemento funcional del lazo. Se le conoce también como detector o elemento primario. Transductor (Transducer) : Termino general para un Dispositivo que recibe información de una o más formas de cantidades físicas, modificando esta información y/o su forma produciendo una señal de salida. Dependiendo de su aplicación en el proceso puede ser un elemento primario, transmisor, relé , convertidor u otro dispositivo. Elección del transductor
Transductor (Gp:) Transductor (Gp:) Señal mecánica (Gp:) Señal eléctrica (Gp:) I(t) (Gp:) O(t)
Transductor (Gp:) Transductor (Gp:) Señal mecánica (Gp:) Señal eléctrica (Gp:) I(t) (Gp:) O(t)
T R A N S D U T O R E S P A S I V O S A C T I V O S POR VARIACIÓN DE RESISTENCIA POR VARIACIÓN DE IMPEDANCIA ESPECIALES POTENCIÓMETRO GALGA EXTENSIÓMÉTRICA TERMISTOR TERMORESISTENCIA FOTORESISTENCIA VARIACIÓN DE CAPACITANCIA VARIACIÓN DE INDUCTANCIA TRANSFORMADOR DIFERENCIAL VARIACIÓN DE PERMEABILIDAD EFECTO HALL CÉLULA FOTOEMISIVA (EFECTO FOTOELÉCTRICO) CÁMARA DE IONICIACIÓN (RADIACIÓN) TERMOPAR SENSOR PIEZOELÉCTRICO TACOGENERADOR CÉLULA FOTOEMISIVA Clasificación de los transductores
Clasificación de los transductores
Clasificación de los transductores
Clasificación de los transductores
El elemento acondicionador toma la señal medida por el sensor y la convierte en una señal más adecuada para ser procesada. Los acondicionadores, son subsistemas activos, es decir, toman energía de una fuente externa para amplificar y manipular la variable o señales que entran a ellos. Acondicionamiento de señales
Normalmente la señal de salida de los sensores no es apropiada para ser procesada debido a los siguientes factores:
Alto contenido de ruido El sistema no es lineal Las impedancias no están adaptadas Los niveles de amplitud son demasiado altos o demasiado bajos No es compatible con el resto del sistema Acondicionamiento de señales
El proceso de acondicionamiento incluye todas o algunas de las siguientes operaciones:
Filtrado: disminución del ruido, adaptación de impedancias y amplificación (o atenuación)
Digitalización: Muestreo y Cuantificación
Codificación: Binario Natural, ASCII, otros
Linealización Acondicionamiento de señales
En la mayor parte de los sistemas de medida, la variable de interés varía tan lentamente que basta conocer las características estáticas de los sensores. También se aplican a todo instrumento de medida. Características estáticas
Rango (campo de medida) El rango de entrada de un elemento se especifica con los valores mínimo y máximo de la entrada (I(t)) es decir, el valor de IMIN a IMAX. El rango de salida se especifica con los valores mínimo y máximo de la salida (O(t)) es decir los valores OMIN a OMAX. Por ejemplo, un transmisor de presión puede tener un rango de entrada de 0 psi a 25 psi y un rango de salida de 4 mA a 20 mA.
Elevación de cero: Es la cantidad con la cual el valor cero de la variable medida supera al valor inferior del rango. Puede expresarse en unidades de la variable medida o como porcentaje del span o del rango.
Supresión a cero: Es la cantidad con la cual el valor inferior del rango supera al valor cero de la variable medida. Puede expresarse en unidades de la variable medida o como porcentaje del span o rango.
Rango con elevación de cero: Es el rango de medida en el cual valor cero de la variable o señal medida es mayor que el valor inferior del rango.
Rango supresión de cero: Es el rango en el cual el valor cero de la variable o señal medida es menor que el valor inferior del rango. Variación del rango
Variación del rango
Span (alcance) El span es la variación máxima en la entrada o en la salida, es decir, el intervalo de entrada es IMAX - IMIN y el span de salida OMAX - OMIN. Así, por ejemplo, un transmisor de presión tiene un span de entrada de 230 psi y un intervalo de salida de 16 mA.
Sensibilidad
Alta sensibilidad Baja Sensibilidad Sensibilidad Sensibilidad variable
Zona muerta
Resolución, histéresis, saturación Resolución Histéresis Saturación
Resolución: Es la más pequeña cantidad que puede ser medida con certeza, por ejemplo, un multímetro de 5 1/2 dígitos puede mostrar 200000 cuentas, y en consecuencia la resolución será igual a 1 dígito. Por ejemplo, 1 microvoltios en la escala de 200 V
Alta resolución Baja resolución Resolución
Exactitud: (Accuracy): Grado en que la indicación de un instrumento se aproxima al valor verdadero de la magnitud medida. Valor exacto o verdadero: El que se obtiene por un método en el que los expertos coinciden como que es suficientemente exacto para servir de referencia. (Patrón) La exactitud de un sensor se determina mediante calibración estática, esto es, variando lentamente la entrada y tomando valores: curva de calibración. Para conocer la magnitud de entrada hace falta un patrón de referencia. Su valor debe conocerse con una exactitud al menos diez veces mayor que la del sensor que se calibra. Exactitud (accuracy)
Alta exactitud Baja exactitud Exactitud (accuracy)
Baja precisión Alta precisión Precisión (fidelidad)
Exactitud, precisión, repetibilidad No repetible, no exacto No repetible, exacto Repetible, no exacto Repetible, exacto
Error en la medida
Error: divergencia entre la indicación del instrumento y el verdadero valor de la magnitud medida.
Error absoluto: resultado de la medida – valor real
Error relativo: cociente entre el error absoluto y el valor verdadero. Puede expresarse de varias maneras: % de la lectura, % del span, % del fondo de escala, en «unidades de ingeniería», en el caso de instrumentos digitales Error en la medida
Error en la medida Fuente: Creus, Antonio. Instrumentación industrial, 7º ed. P. 8
Errores grandes Errores sistemáticos Errores aleatorios
Además, Errores estáticos Errores dinámicos Tipos de errores
ERROR ALEATORIO se presenta: por variaciones impredecibles, temporales y espaciales, de las magnitudes de influencia.
ERROR SISTEMÁTICO se presenta: por un efecto reconocido, puede ser cuantificado y reducido mediante una corrección o factor de corrección para compensar dicho efecto. Tipos de errores
Linealidad
Se dice que un elemento es lineal si los valores correspondientes de I (input) y O (output) están sobre una línea recta. Linealidad
Calibración
Otros términos Factor de escala Clase Deriva Deriva de cero Deriva térmica de cero Fiabilidad Ruido Temperatura de servicio Vida útil Reproductibilidad Rangeabilidad Resolución infinita Respuesta frecuencial
Ejemplos de especificaciones
Ejemplos de especificaciones Voltímetro DC – digital Voltímetro AC – digital
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