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INSTRUMENTACIÓN
INDUSTRIAL
DEFINICIONES BÁSICAS
Definiciones1
Instrumento: dispositivo que se usa
directa o indirectamente para medir o
controlar una variable.
El término incluye: elementos primarios,
elementos finales de control, dispositivos
de calculo y de interfaz: anunciadores,
interruptores y pulsadores.
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Definiciones1
TRANSMISOR dispositivo que sensa una variable de proceso por medio de un elemento sensor, y que tiene una variable de salida cuyo valor en estado estable varia únicamente como una función predeterminada de la variable de proceso
(El sensor puede ser o no ser parte del transmisor)
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Definiciones1
SENSOR: primer componente de un
sistema de medida que sensa el valor de
la variable de proceso, y que genera una
salida o un estado correspondiente,
predeterminado e inteligible.
También se usan los términos detector o
elemento primario.
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Definiciones1
TRANSDUCTO R: dispositivo que recibe una cantidad física, posiblemente la modifica y produce una señal de salida. Puede ser un elemento primario, un transmisor, un relevador, un convertidor u otro dispositivo.
Por lo genérico, no se recomienda el uso de este término
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Sistema de medida2
o Elemento sensor o primario: dispositivo
que convierte la variable física de entrada o
mesurando X, en una señal de salida S.
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Sistema de medida2
o En un instrumento básico la señal de salida S se
lleva directamente a un elemento indicador o de
presentación de datos.
o La señal observada es la medida, M
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Sistema de medida
Para transmitir la señal a un sitio remoto
se pueden requerir elementos adicionales:
Conversión de variable: transforma la
energía de salida del elemento sensor
primario en otra forma mas adecuada para
procesamiento posterior.
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Sistema de medida2
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Manipulación de variables: según las necesidades este elemento puede amplificar, filtrar, convertir de análogo a digital etc. la variable de interés.
Diagrama de bloques
sistema de medida3
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Ejemplo3
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Sensor
• Pasivo: la energía de entrada la
suministra el medio medido: i.e:TC,Tubo
Bourdon.
• Activo: la energía de entrada la
suministra una fuente externa. i.e:
ultrasónicos
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Modos de operación
TIPO BALA N CE (N ULL): La deflexión
producida por la variable mesurando se
compensa por la aplicación de una fuerza
externa de sentido opuesto.
Existe una realimentación para comparar el
mesurando contra un estándar conocido.
Elementos básicos: comparador, esquema de
realimentación e indicador de balance
Ejemplo: peso muerto, balanza
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Balance4
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Balance4
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Balance
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La comparación con un elemento externo reduce la interacción entre el mesurando y el medidor.
El mesurando “ve” una alta impedancia de entrada: se reduce el efecto de carga sobre el sistema físico.
El proceso de comparar degrada la velocidad de respuesta.
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Deflexión
TIPO D EFLEX IÓ N : La cantidad medida
produce un efecto físico en el sensor primario
que genera un efecto similar pero de sentido
opuesto en otra parte del instrumento.
La magnitud de la deflexión del primario produce
una desviación en la salida, proporcional al valor
del mesurando
Ejemplo:Tubo Bourdon, escala de resorte.
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Deflexión4
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Deflexión5
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Deflexión
Útil para medición dinámica o estática.
Exactitud aceptable con un precio
moderado
Extrae energía del medio: el mesurando
“ve” una baja impedancia
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Sensor análogo4
Análogo: genera señal continua en magnitud y
en tiempo. La salida es directamente proporcional
al mesurando.
Sensor discreto4
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Discreto: genera señal que existe en instantes
discretos de tiempo. La salida es una representación del
mesurando.
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Características
Estáticas: ◦ Sensibilidad
◦ Resolución
◦ “Offset” y “Bias”
◦ Rango y Gama (span)
◦ Histéresis – “Backlash”
◦ Corrimiento (Drift)
◦ Error de no linealidad
◦ Reproducibilidad
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Calibración2
Relación entre la variable física, o mesurando, y
la señal de salida del sensor.
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Parámetros
SEN SIBILIDAD : pendiente de la curva de calibración.
RESOLUCIÓN O DISCRIMINAC IÓ N : mínimo cambio del mesurando que se puede detectar
Entrada
Salida Sensibilid ad K
T
Parámetros
OFFSET: valor no deseado de salida
para entrada cero. Es error
BIAS: valor ajustado de la salida para
entrada cero. No es error.
RA N G O : región entre los limites dentro
de los cuales una variable es medida,
recibida o transmitida.
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Rango
• LRL (LIMITE MÍNIMO DEL RANGO): mínimo valor del mesurando al cual se puede calibrar un dispositivo.
• URL (LIMITE M Á X IMO DEL RANGO): máximo valor del mesurando al cual se puede calibrar un dispositivo.
• RA N G O D INÁMICO : diferencia entre URL y LRL
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Gama (Span)
LRV (MÍNIMO VALOR DEL RANGO): Mínimo valor del mesurando al cual esta calibrado un dispositivo
URV (MÁX IMO VALOR DEL RANGO): Máximo valor del mesurando al cual esta calibrado un dispositivo
GAMA (SPA N ): La diferencia algebraica entre URV y LRV
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Rango6
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Código C: LRL: 0 psi y URL: 30 psi
Límites de span: para 1 psi LRV= 0 y URV= 1 psi o LRV= 24 psi y URV= 25 psi
Para 30 psi: LRV = 0 psi y URV = 30 psi
SPAN
LRV Relación de Supresion
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Rango
RAN GO DE CERO SUPRIMID O : Rango
en el cual el valor cero del mesurando es
menor que el valor mínimo del rango (LRV).
El cero del mesurando no aparece en la escala.
También se denomina rango elevado
Rango
RANGO DE CERO ELEVA D O : Rango
en el cual el valor cero del mesurando es
mayor que el valor mínimo del rango
(LRV):
El cero de la variable medida puede estar
entre LRV y URV, en el URV o por encima
del URV.
También se denomina rango suprimido.
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Rango – Gama5
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Rango – Gama6
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Histéresis – Banda muerta
Banda Muerta: rango en el cual se puede variar una señal de entrada, después de cambiar de dirección, sin que se obtenga un cambio en la señal de salida.
La banda muerta produce un retardo de fase.
Se mide como un porcentaje del “span” o gama.
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Histéresis – Banda muerta
Histéresis: dependencia del valor de salida, para
una excursión de la variable de entrada, de la
historia de las excursiones anteriores y del
sentido de viaje de la excursión actual.
A diferencia de la banda muerta, cuando la
entrada cambia de sentido, la salida también
cambia de sentido.
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Histéresis – Banda muerta5
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Corrimiento
• Cambio indeseado de la curva entrada-salida durante un periodo.
• Corrimiento de gama: cambio en la pendiente de la curva entrada-salida
• Corrimiento de cero: desplazamiento paralelo de la curva entrada-salida
• Generados por las condiciones ambientales.
• Ejemplo: <±0.005 %/oC
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Corrimiento5
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Conformidad - linealidad
Conformidad: cercanía de una curva dada
a una curva especificada : recta, parábola,
etc.
◦ Se mide como “no conformidad”.
Linealidad: cercanía de una curva dada a
una línea recta.
◦ Se mide como “no linealidad”.
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Linealidad independiente5
• Máxima desviación de la curva de calibración respecto a una línea recta trazada para minimizar la desviación máxima.(ISL)
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Linealidad terminal5
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• Máxima desviación
de la curva de
calibración respecto
a una línea recta
que coincide con la
curva de calibración
en los valores
superior e inferior
del rango. (BSL)
Linealidad basada en cero5
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• Máxima desviación de la
curva de calibración
respecto a una línea recta
que coincide con la curva
de calibración en el valor
inferior del rango y
minimiza la máxima
desviación (BSL)
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Repetibilidad5
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Cercanía entre un número
consecutivo de medidas de
salida para el mismo valor
de la entrada, bajo las
mismas condiciones de
operación, aproximándose
en la misma dirección y
para excursiones completas
Reproductibilidad
Cercanía de varias medidas repetidas de la salida, para el mismo valor de la entrada, bajo las mismas condiciones de operación, en un periodo de tiempo y aproximándose en ambas direcciones.
Incluye el efecto de la histéresis, banda muerta, corrimiento y repetibilidad.
Durante el proceso de mediciones repetidas la entrada puede variar en el rango de medida y las condiciones de operación pueden variar dentro de los limites de operación normal.
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Características dinámicas
Respuesta de primero orden:
KT es la ganancia estática o sensibilidad
del transmisor.
τt es la constante de tiempo del
transmisor
G (s) T s 1
KT
T
Características dinámicas6
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Constante de tiempo
se puede modificar
empleando filtro
pasabajos.
El filtro puede ser
“hardware” o “software”
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