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Sistemas de medida, características estáticas, características dinámicas
Elaborado por: Ing. Humberto López
Que es un sistema de medida
Un sistema de medida electrónico tiene como finalidad obtener una información de un proceso físico y
presentar dicha información de forma adecuada a un observador o sistema técnico de control
Elaborado por: Ing. Humberto López
Fuente: Libro Instrumentación Electrónica Miguel Pérez
Naturaleza y tipos de variables
Elaborado por: Ing. Humberto López
Naturaleza de la variable Tipo de variable
Mecánica Desplazamiento, velocidad, aceleración, fuerza, par, presión, masa, flujo
Térmica Temperatura, calor, entropía
Magnética Campo magnético, flujo, permeabilidad magnética
Eléctrica Carga, corriente, tensión, resistencia, conductancia, capacidad, permitividad dieléctrica, polarización, frecuencia
Óptica Rayos gamma, rayos X, ultravioleta, visible, infrarrojo, microondas
Química Humedad, pH, concentración ionica, análisis de gases
Biológica Proteinas, hormonas, antigenos
Fuente: Libro Instrumentación Electrónica Miguel Pérez
Función de un sistema de medida
Asumiendo que un sistema de medida es una caja negra, la entrada es el valor verdadero de la variable a medir y la salida el valor medido. Solo en casos ideales, la diferencia entre ambos valores será nula por lo que siempre se presenta un error de medida.
• Causas: Ruido del sistema, interferencias exteriores, desviaciones en los parámetros de componentes, mala calibracion
Elaborado por: Ing. Humberto López
Funciones principales de un sistema de medida• Adquisición de datos: adquisición de la señal y
conversión a variable eléctrica.• Procesamiento de datos: Procesamiento, selección
y manipulación de los datos. Se realiza mediante DSP (digital signal processor) o Microcontroladores.
• Distribución de datos: Presentación al observador, almacenamiento y/o transmisión.
Elaborado por: Ing. Humberto LópezFuente: Libro Instrumentación Electrónica Miguel Pérez
Acondicionamiento de señal
Son una serie de pasos para tratar la señal obtenida del proceso, las operaciones básicas se presentan a continuación:
Fuente: Libro Instrumentación Electrónica Miguel Pérez
Elaborado por: Ing. Humberto López
Acondicionamiento de señal
• Amplificación: se incrementa la potencia de la señal
• Filtrado: se elimina perturbaciones o elementos no deseados de la señal
• Linealización: se obtiene una señal de salida que varia linealmente con la variable que se desea medir
• Modulación/Demodulación: modifica la señal para poder ser transmitida largas distancias, también sirve para reducir la sensibilidad a interferencias
Elaborado por: Ing. Humberto López
Sistemas de medida multicanal
Podemos realizar la medición de múltiples variables del exterior, procesarlas y enviarlas a la salida, esto con fines de control, monitoreo, o telemetría avanzados.
• Multicanal con un solo ADC• Multicanal con un ADC por canal
Elaborado por: Ing. Humberto López
Multicanal con un solo ADC (ADC multiplexado)
Ventajas• Bajo costo• expansibilidad
Desventajas• Bajas frecuencias de muestreo• Mayor procesamiento• Un solo rango de conversión• Una sola resolución
Fuente: Libro Instrumentación Electrónica Miguel Pérez
Elaborado por: Ing. Humberto López
Multicanal con un ADC por canal
Ventajas• Alta frecuencia de muestreo• Menor procesamiento• Diferentes rangos de conversión• Distintos niveles de resolución
Desventajas• Alto costo• Poca expansibilidad
Fuente: Libro Instrumentación Electrónica Miguel Pérez
Elaborado por: Ing. Humberto López
Arquitectura de los sistemas de instrumentación En los procesos existen muchas variables de las cuales se obtiene información importante para lograr mantener las operaciones en un punto determinado. Por ello se pueden adoptar dos tipos de arquitecturas básicas:
• Arquitectura centralizada• Arquitectura distribuida
Elaborado por: Ing. Humberto López
Arquitectura centralizada
Elaborado por: Ing. Humberto López
Arquitectura distribuida
Elaborado por: Ing. Humberto López
Comportamientos de un instrumentoLos comportamientos de los instrumentos se pueden definir mediante una función de transferencia que indica el comportamiento estático como dinámico.• El comportamiento estático corresponde a una
relación entre la entrada y la salida cuando la entrada es constante o cuando ha transcurrido un tiempo suficiente para que la salida alcance el valor final.
• El comportamiento dinámico indica la evolución del sistema hasta que la salida alcanza el valor final ante una variación de la entrada
Elaborado por: Ing. Humberto López
Características estáticas
• Exactitud• Precisión• Linealidad• Sensibilidad• Resolución• Gamma• Escala
Elaborado por: Ing. Humberto López
Características dinámicas
• Error dinámico• Tiempo de respuesta• Tiempo nulo• sobrealcance
Elaborado por: Ing. Humberto López
Terminología empleada en instrumentación
Los instrumentos de control empleados en las industrias de procesos tienen su propia terminología; los términos empleados definen las características propias de medida y de control y las estáticas y dinámicas de los diversos instrumentos utilizados
Elaborado por: Ing. Humberto López
Terminología empleada en instrumentación• Campo de medida o rango de medida (range) • Campo de medida con elevación de cero• Campo de medida con supresión de cero.
• Gamma • Escala
• Alcance o Span, (input full scale FS)
Elaborado por: Ing. Humberto López
Terminología empleada en instrumentación• Zona muerta (dead zone)• Zona Activa• Zona de incertidumbre
• Umbral
Elaborado por: Ing. Humberto López
Terminología empleada en instrumentación• Linealidad (linearity)• No Linealidad (nonlinearity)
• Histéresis (hysteresis)• Deriva (drift)
Elaborado por: Ing. Humberto López
Terminología empleada en instrumentación• Sensibilidad (sensitivity)• Saturación (saturation)• Resolución (resolution)
Elaborado por: Ing. Humberto López
Terminología empleada en instrumentaciónErrores:• Error absoluto• Error relativo
• Veracidad (trueness) sesgo o desviación (bias)• Precisión (precision)• Exactitud (accuracy)
Elaborado por: Ing. Humberto López
Terminología empleada en instrumentaciónErrores:• Repetitibilidad (repeactability)• Reproducibilidad (reproducibility)
• Propagación de errores
• Ajustes de errores por cero(OFFSET SHIFT) • Ajustes de errores Angulares(SPAN o SPAN
SHIFT)
Elaborado por: Ing. Humberto López
Terminología empleada en instrumentaciónCalibración:• Error de estado estacionario, error de nivel
(offset)
• Propagacion de errores
Elaborado por: Ing. Humberto López
Propagación del error
Los sistemas están compuestos por subsistemas y estos por estar conformados por elementos o componentes reales presentan errores.
¿Cómo cuantificar el error total?
Elaborado por: Ing. Humberto López
Propagación del error en términos estadísticos
Elaborado por: Ing. Humberto López
Terminología empleada en instrumentación• Set Point o Punto de Referencia• Ruido o Perturbación
• Componente• Sistema• Proceso• Planta
Elaborado por: Ing. Humberto López
Terminología empleada en instrumentación• Temperatura de servicio• Vida útil del equipo• Velocidad de respuesta
Elaborado por: Ing. Humberto López
Terminología empleada en instrumentación• Tiempo de respuesta• Tiempo nulo• Sobrealcance• Subamortiguado• Sobreamortiguado• Críticamente amortiguado
Elaborado por: Ing. Humberto López
Terminología empleada en instrumentación
Elaborado por: Ing. Humberto López