CAMPO DE MEDIDA O RANGO (RANGE) Es el conjunto de valores dentro de los límites superior e inferior de medida, en los cuales el instrumento es capaz de trabajar en forma confiable. Por ejemplo, un termómetro de mercurio con rango de 0 a 50 grados celsius. Espectro o conjunto de valores de la variable de medida que están comprendidas dentro de los limites superior e inferior de la capacidad de medida o de transmisión del instrumento. iene e!presado estableciendo los dos valores e!tremos.
ALCANCE (SPAN) Es la diferencia entre el valor superior e inferior del campo de medida. Es la diferencia algebraica entre los valores superior e inferior del campo de medida del instrumento. Para el caso del termómetro del ejemplo, el "P#$ será de 50 grados celsius.
ERROR Es la diferencia que e!istiría entre el valor que el instrumento indique que tenga la variable de proceso % el valor que realmente tenga esta variable en ese momento.
E&'"(E$ ()E" ('P*" +E E))*)E" Errores grandes -gross errors "on en general de origen /umano, como la mala lectura de los instrumentos, ajuste incorrecto % aplicación inapropiada, así como equivocaciones en los cálculos. Errores sistemáticos "e deben a fallas de los instrumentos, como partes defectuosas o gastadas, % efectos ambientales sobre el equipo del usuario. Errores aleatorio 1eneralmente son la acumulación de un gran n2mero de errores mu% peque3os cu%o origen es difícil de identificar. Estos errores normalmente son de preocupación para mediciones con un alto grado de e!actitud. 4os errores aleatorios se pueden analizar estadísticamente. 4os errores sistemáticos -% tal vez tambin los aleatorios pueden ser clasificados en estáticos % dinámicos. Errores estáticos "i el proceso está en condiciones de rgimen permanente, el error es estático. Este error normalmente se origina por las limitaciones de los dispositivos de medición o las le%es físicas que gobiernan su comportamiento. Errores dinámicos "iempre que las condiciones sean de cambio continuo e!istirá un error dinámico que se presentará en retrasos en la medición. Esto está influido por el tipo de acoplamiento, los materiales, el proceso a medir, etc.
ESCALA COMPLETA DE SALIDA
Esto es la diferencia algebraica entre las se3ales elctricas de salida medidas con el má!imo estímulo de entrada % el mínimo estímulo de entrada. Esto debe incluir toda desviación de la función de transferencia lineal. En la figura "6" es la escala completa de salida.
EXACTITUD (o inexactitud, ‘accuac!") En las especificaciones de un sensor, esto realmente quiere decir falta de e!actitud. Está es la razón de la má!ima desviación de un valor representado por el sensor con respecto al valor ideal. $ormalmente este valor se da en 7. EJEMPLO:Un sensor de desplazamiento lineal idealmente debería generar 1mV por 1mm de desplazamiento. Sin embargo, en un eperimento, un desplazamiento de 1!mm produ"o una salida de 1!.# mV. $onsiderando s%lo este &alor de mV se esperaría 'ue el desplazamiento (ubiera sido de 1!.# mm 'ue es !.# mm m)s 'ue la realidad. Esta des&ia*i%n indi*a una ea*titud +o alte de- de #. / el &alor de la des&ia*i%n se le llama error.
PRECISI#N Esto es la tolerancia mínima de medida que permitirá indicar, registrar o controlar el instrumento. En otras palabras, es la mínima división de escala de un instrumento indicador. 1eneralmente esta se e!presa en porcentaje -7 del "P#$. 4a precisión de un instrumento indica su capacidad para reproducir cierta lectura con una e!actitud dada. EJEMPLO: Se est) midiendo un &olta"e *ono*ido de 1!!V. Se toman # le*turas *on *ierto &oltímetro 0 los &alores en*ontrados son 1!, 1!2, 1!#, 1!2, 1!#. 3adas estas le*turas, *u)l es la ea*titud 0 *u)l es la pre*isi%n del instrumento. 4. 5a 'ue la des&ia*i%n m)ima del instrumento es #V de la entrada real de 1!!V, se tiene una ea*titud de #. La pre*isi%n del instrumento la da la des&ia*i%n m)ima de la media de las le*turas, en este *aso, 61.
$ONA MUERTA (DEAD %AND) Es el má!imo campo de variación de la variable en el proceso real, para el cual el instrumento no registra ninguna variación en su indicación, registro o control. Es el área de valores de la variable que no /ace variar la indicación del instrumento
6ig. 8ona muerta
SATURACI#N Es el área en la cual el instrumento /a sobrepasado su capacidad má!ima de operación por lo que se presenta un comportamiento distinto a la operación normal % por lo tanto, no confiable.
SENSI%ILIDAD Es la relación entre la variación de la lectura del instrumento % el cambio en el proceso que causa este efecto.
REPETI%ILIDAD Es la capacidad de un instrumento de repetir el valor de una medición, de un mismo valor de la variable real en una 2nica dirección de medición.
&ISTERESIS "imilar a la repetibilidad, pero en este caso el proceso de medición se efectuara en ambas direcciones. 9n error de /istresis es la desviación de la se3al de salida del sensor en un punto específico de la se3al de entrada. :uando se le apro!ima al punto desde direcciones opuestas
6ig. ;istresis EJEMPLO: Un term%metro de 78 $ en un ob"eto de #!8 $ *uando el ob"eto pasa de m)s río a m)s *aliente 0 #18 $ *uando pasa de *aliente a m)s río. En este *aso la (ister9sis es 6 18 $. 3e la un*i%n de transeren*ia ideal.
CAMPO DE MEDIDA CON SUPRESI#N DE CERO
Es aquel rango de un instrumento cu%o valor mínimo se encuentra por encima del cero real de la variable
CAMPO DE MEDIDA CON ELE'ACI#N DE CERO Es aquel rango de un instrumento cu%o valor mínimo se encuentra por debajo de cero de las variables
CAMPO DE MEDIDA CON ELE'ACI#N DE CERO Es aquel rango de un instrumento cu%o valor mínimo se encuentra por debajo de cero de las variables En el caso de sensores
Iedancia de *a+ida Este parámetro toma relevancia cuando se quiere /acer una buena interfase con un circuito electrónico. 4a impedancia del sensor -8out se conecta en paralelo o en serie seg2n se maneje corriente o voltaje.
6ig. 'mpedancia de salida
Condicione* de a+acenaiento (iempo má!imo % mínimo, /umedad relativa má!ima % mínima, presencia de gases, etc.
E*ta-i+idad de +a.o +a/o "e refiere a el envejecimiento de los materiales que repercute en un cambio irreversible en las propiedades elctricas, mecánicas, químicas o trmicas del sensor. #lgunos sensores se pueden someter a envejecimiento acelerado para mejorar sus características. Efectos trmicos "e pueden especificar por bandas de los límites de operación. EJEMPLO: /**ura*0 6 1 de ! a #! 8 $ 6 de ; ! a ! 8 $ 0 de #! a 1!! 8 $. 6 2 uera de esos rangos Limites de opera*i%n: de ; ! a 1#! 8 $.
Eo de autoca+entaiento Es especificado cuando una se3al de e!citación es absorbida por un sensor % su temperatura es afectada de tal manera que afecta su e!actitud.
CLASI0ICACI#N DE LOS INSTRUMENTOS E!isten dos formas de clasificar los instrumentos las cuales son a.< +e acuerdo a su función en el proceso. b.< +e acuerdo a la variable de proceso que miden. Este modo de clasificarlos no es necesariamente el 2nico, pero se considera bastante completo. = +e acuerdo a su función estos serán •
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'nstrumentos indicadores son aquellos que como su nombre bien dice, indican directamente el valor de la variable de proceso. Ejemplos manómetros, termómetros, etc. 'nstrumentos ciegos son los que cumplen una función reguladora en el proceso, pero no muestran nada directamente. Ejemplos termostatos, presostatos, etc. 'nstrumentos registradores en algunos casos podrá ser necesario un registro /istórico de la variable que se estudia en un determinado proceso. en este caso, se usaran instrumentos de este tipo. . Elementos primarios algunos elementos entran en contacto directo con el fluido o variable de proceso que se desea medir, con el fin de recibir alg2n efecto de este -absorben energía del proceso, % por este medio pueden evaluar la variable en cuestión. -placa orificio "ensor 9n sensor es un dispositivo que recibe una se3al o estímulo % responde con una se3al elctrica. Esto es independiente de si el sensor requiere e!citación o no para generar la se3al elctrica. Ejemplos "ensor piezoelctrico, termopar, galga e!tensiomtrica (ransmisores estos elementos reciben la variable de proceso a travs del elemento primario, % la transmiten a alg2n lugar remoto. Estos transmiten las variables de proceso en forma de se3ales proporcionales a esas variables. (ransductores son instrumentos fuera de línea -no en contacto con el proceso, que son capaces de realizar operaciones lógicas %>o matemáticas con se3ales de uno o más transmisores. Paquete manufacturado que produce un voltaje de salida correspondiente a una variable o estímulo de entrada. Ejemplos :eldas de carga, acelerómetros, etc. :onvertidores en ciertos casos, la se3al de un transmisor para ser compatible con lo esperado por el receptor de esa se3al, en ese caso se utilizara un elemento convertidor para lograr la ante mencionada compatibilidad de se3al
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)eceptores son los instrumentos que generalmente son instalados en el panel de control, como interfase entre el proceso % el /ombre. Estos reciben las se3al de los transmisores o de un convertidor. :ontroladores este es uno de los elementos más importante, %a que será el encargado de ejercer la función de comparar lo que esta sucediendo en el proceso, con lo que realmente se desea que suceda en l, para posteriormente, en base a la diferencia, envi una se3al al proceso que tienda a corregir las desviaciones. Elemento final de control será este elemento quien reciba la se3al del controlador % quien estando en contacto directo con el proceso en línea, ejerza un cambio en este, de tal forma que se cambien los parámetros /acia el valor deseado. Ejemplo válvulas de control, compuertas, etc. +e acuerdo a la variable de proceso que miden Esta clasificación, como su nombre lo indica, se referirá a la variable de proceso que tratemos de medir. En la actualidad, se pueden medir, casi sin e!cepción, todas las variables de proceso e!istentes, sin embargo, algunas se medirán de forma directa % otras indirectamente.
DIAGRAMAS DE 0LU1O E4 diagrama de flujo de procesos es uno de los documentos más importantes para el ingeniero de dise3o de instrumentación. En ste se presentan de una forma secuencial los equipos involucrados en el proceso, así como los datos de proceso deseables % las e!pectativas de los rangos de variación, características más resaltantes de los equipos, sentidos de fluidos % cualquier otro dato de proceso relevante para el dise3o de la 'ngeniería, no solo de instrumentación, sino más importante a2n, para todas las disciplinas. #/ora bien, el diagrama de flujo informa sobre que es lo que se espera que el proceso /aga % como lo /ará, pero en raras ocasiones, se indica en ste los puntos % variables que se desean controlar. Para determinar este punto, se requerirá del consenso de las disciplinas de procesos e instrumentación. # partir de ese momento, se definirán los puntos de medición, las características de los fluidos de procesos, los rangos de las variables % cuáles variables se desean indicar %>o controlar, %>o registrar. Esta parte de la fase inicial de dise3o suele ser difícil por muc/os factores, tales como los criterios del proceso que se desea controlar no están claros, en cu%o caso, las e!periencias anteriores similares del ingeniero instrumentista puede ser mu% valiosas, o como en muc/os otros, los datos del proceso pueden no ser accesibles bien sea, que no se pueden estimar con facilidad o en el caso de plantas e!istentes en e!pansión, no se dispone de estos datos, por lo cuál /abrá que proceder a un levantamiento de campo de esos valores.
TRANSDUCTORES 2 SE3ALES DE CAMPO
(ransductor es todo dispositivo o elemento que convierte una se3al de entrada en una de salida pero de diferente naturaleza física. $ormalmente se desea transformar se3ales de las variables físicas o químicas que deseamos medir, en magnitudes elctricas que son las que manejamos con más facilidad en instrumentación. 4a salida del transductor es una función conocida de la magnitud de entrada % la relación entre ambas -magnitud a medir % salida del transductor puede no ser lineal, aunque se prucura que lo sea para simplificar su tratamiento.
#unque lo más /abitual es que una de las dos formas de energía que intervienen en el proceso de transducción sea elctrica, no siempre es cierto. Pensemos por ejemplo en los micrófonos ópticos en los que el sonido produce deformaciones en una lámina metálica en la que se refleja un /az luminoso. 4a se3al de salida es una variación en el brillo del /az reflejado que posteriormente será convertida mendiante un fotodetector -que no es más que un transductor electroóptico a una se3al elctrica. 4a se3al elctrica tal como la proporciona un transductor no es, en general, directamente utilizable por un sistema de adquisición de datos conectado a un ordenador. Por eso suele someterse a estas se3ales a una serie de procesos típicos. Estos pueden ser entre otros aislamiento, acoplo de impedancias, cambios de nivel o tipo de la se3al, amplificación, filtrado, linealización, cálculos varios -p. ej. , etc. Estos procesos pueden efectuarse en el propio transductor, en el sistema de adquisición de datos o en un punto intermedio. 9no de los procesos deseados suele ser la amplificación o conversión de la se3al al rango de tensión usual en los sistemas de adquisición de datos -0 a ?0@ esto puede requerir una atenuación para se3ales más elevadas, o una amplificación apropiada para las de niveles bajos. *tro es su transformación al rango /abitual de corriente en proceso de datos de campo -A a B0 m#, para poder transmitirlos por cable trenzado a distancia. 4a transmisión en corriente proporciona una notoria inmunidad al ruido %a que la información no es afectada por caídas de tensión en la línea, impulsos parásitos, resistencias o voltajes inducidos por contaminación electromagntica, etc. +esde el punto de vista de las se3ales que proporcionan estos transductores se pueden clasificar en ? (ransductores de resistencia variable B (ransductores de reactancia variable -capacitivos o inductivos C (ransductores generadores de carga A (ransductores generadores de tensión 5 (ransductores generadores de corriente D (ransductores digitales En esta peque3a lista no están incluidos todos los tipos posibles pero sí los más /abituales. 4os dos primeros son de tipo pasivo -no generan se3al, sólo la transforman, el resto se consideran activos -sí generan se3al. El /ec/o de que generen una se3al no implica necesariamente que deban ser alimentados de forma e!terna. :omo ejemplo tenemos los transductores piezoelctricos que generan una tensión entre sus dos e !tremos, cuando son sometidos a presión o deformación.
Para su introducción en un sistema de instrumentación con osciloscopios digitales o cone!ión a ordenador, los que generan se3al no presentan problemas %a que pueden ser conectados directamente al ordenador. ;a% materiales que permiten variar su resistencia como respuesta a casi cualquier fenómeno físico temperatura, presión, /umedad, etc., por lo que la variedad de este tipo de transductores es inmensa.
6ig. 4a transformación de una variable física en elctrica
Tan*ductoe* de e*i*tencia 4aia-+e "on mu% populares % se utilizan en la medida de numerosas variables, %a que es la salida de aquellos que utilizan potenciómetros lineales de cursor deslizante, galgas e!tensiomtricas, termómetros resistivos -termorresistencias )(+ % termistores, magnetorresistencias, resistencias dependientes de la luz -4+), /igrómetros resistivos, etc. Para obtener una se3al de salida se deben tener en cuenta dos fenómenos, el primero es la necesidad de una alimentación elctrica %a que la resistencia en sí no genera ninguna se3al % el segundo es que esta alimentación influ%e en la salida por el posible autocalentamiento del transductor. 4a medida de la resistencia se puede /acer de forma directa, es decir, como una aplicación de la le% de */m midiendo la corriente que la atraviesa a una cierta tensión o la tensión que cae en ella a una corriente constante. Pero el mtodo más usado por ser el más preciso % sensible es el que utiliza un puente de /eatstone. "obre este tipo de medidas e!iste una gran bibliografía que se puede encontrar en cualquier te!to de instrumentación. "u salida se realiza a travs de un amplificador diferencial que proporciona una se3al en tensión, que es la más usada como entrada de un sistema de adquisición de datos conectado a un ordenador personal.
Tan*ductoe* de eactancia 4aia-+e (caaciti4o* o inducti4o*) 4os transductores capacitivos son mu% usados cuando se quiere detectar desplazamientos mu% peque3os -/asta ?0
transformadores de desplazamientos en se3ales elctricas. "e suelen dividir en tres grupos principales los de reluctancia variable, los de corrientes de 6oucault % los transformadores diferenciales -4+(. 4a medida en estos transductores se debe realizar en alterna % por lo tanto a continuación, deberá /aber un sistema de conversión de alterna a continua, que puede ser de valor eficaz, de valor medio o de pico. 4a medida propiamente dic/a se puede /acer por medio de un divisor de tensión aplicando directamente la le% de */m, utilizando un puente de alterna o un oscilador de frecuencia variable. En cualquier caso su paso a tensión continua es necesario para su utilización en un sistema de adquisición de datos por ordenador.
Tan*ductoe* .eneadoe* de ca.a En realidad los transductores generadores de carga son generadores de corriente pero en estado de reposo poseen resistencias mu% altas % por lo tanto corrientes mu% bajas. "on mu% usados para medida de radiación, clulas fotoelctricas, clulas de ionización, transductores piezoelctricos. "u medida depende del transductor % del uso que se desee de la medida. "i se desea una medida continua se utilizan amplificadores, convertidores tensión
Tan*ductoe* .eneadoe* de ten*i5n Estos transductores están bastante e!tendidos. +estacan los termopares, p;metros, medidores )edo!, etc. #demás, numerosos equipos que no generan esta salida directamente del sensor, la presentan en su salida por medio de conversiones electrónicas internas. 4a ventaja que presentan es que no necesitan ninguna acción para su introducción en sistemas de adquisición de datos por ordenador salvo quizás, una adaptación de niveles de tensión. "u desventaja es la transmisión a distancia %a que sta puede ser afectada por ruidos.
Tan*ductoe* .eneadoe* de coiente E!isten numerosos transductores que presentan salida en corriente, %a que es la salida más e!tendida en equipos de instrumentación para la transmisión de se3ales de campo -A
Tan*ductoe* di.ita+e* Estos transductores son mu% utilizados en equipos electromecánicos para indicar acciones, por ejemplo finales de carrera, interruptores de diferentes magnitudes, alarmas, etc. +esde el punto de vista de su introducción al ordenador no presentan más problema que la adaptación de sus niveles de tensión.
SISTEMAS DE AD6UISICI#N DE DATOS
4os sistemas digitales de control se utilizan ampliamente debido a su bajo coste en comparación con los analógicos. Presentan ventajas en cuanto inmunidad al ruido, precisión % facilidad de implementar funciones complejas. El principal inconveniente es que tienen una respuesta más lenta, aunque para la ma%oría de las aplicaciones esto no es un inconveniente. 4os sistemas de control de procesos con realimentación computerizada se utilizan en muc/as industrias para controlar sus distintos procesos de fabricación. En el mundo físico, las variables son continuas % es preciso transformarlas, amplificarlas % convertirlas a variables digitales para que un sistema digital las pueda procesar. 4os sistemas de adquisición de datos realizan todas estas funciones. En otras palabras, los sistemas de adquisición % conversión de datos se usan para procesar se3ales analógicas % convertirlas en digitales para su posterior procesamiento o análisis mediante computador o en nuestro caso en un ordenador personal. En general, un sistema de adquisición de datos toma una magnitud física tal como presión, temperatura, posición, etc. % la convierte en una tensión o corriente elctrica que será posteriormente muestreada % cuantificada -digitalizada. 9na vez conseguido esto, todo el posterior tratamiento de la se3al se realiza por circuitos electrónicos digitales. En principio tiene lugar un tratamiento electrónico % al terminar ste, la se3al se convierte en digital mediante un convertidor o conversor #>+ -analógico>digital. Esta salida digital puede ir a diferentes sistemas digitales tales como un ordenador, un controlador digital, un transmisor de datos digital, etc. 9n circuito completo de adquisición de datos se indica en la figura siguiente con todos los componentes fundamentales % sus intercone!iones.
6ig. < Esquema general de un sistema de adquisición de datos 4a entrada al sistema -el parámetro físico a medir, se convierte en una magnitud elctrica por el transductor % sta se lleva a la entrada del amplificador. 4a misión de ste es preparar la se3al de salida del transductor al nivel de tensión necesario -? a ?0 para atacar al siguiente circuito analógico. "igue al amplificador un filtro activo paso baja, usado para eliminar los componentes de alta frecuencia o ruido de la se3al. En ocasiones se puede necesitar /acer con la se3al alguna operación no lineal en cu%o caso sta se puede /acer antes o despus del filtrado. # continuación, la se3al va a un multiple!or analógico en el que cada canal de entrada es conectado secuencialmente a la salida durante un periodo de tiempo especificado.
+e esta forma los circuitos que siguen al multiple!or son compartidos secuencialmente por un cierto n2mero de se3ales analógicas. 4a salida del multiple!or analógico va a un circuito de muestreo % retención -Gsample and /oldG, el cual muestrea la salida del multiple!or en un momento determinado % mantiene el nivel de tensión en su salida /asta que el conversor -#>+ realiza la conversión. Por 2ltimo, la programación % secuencia de tiempos de la operación se realiza por los circuitos de control que a partir de las salidas digitales de control, procedentes del ordenador personal, controla al multiple!or, Gsample and /oldG % conversor #>+.
