especificaciones en la instrumentacion de medida
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Grado de precisión de los
instrumentos de medición
ESPECIFICACIONES EN LA INSTRUMENTACION DE MEDIDA
La especificación es un instrumento de medida es
la descripción escrita de su comportamiento que
objetivamente cuantifica sus posibilidades. Sin
embargo, no todos los fabricantes especifican con
los mismos criterios o, tan siquiera, con los mismos
parámetros. Además, hay fabricantes agresivos que
presentan unas especificaciones aparentemente
superiores a las reales, mientras que otros mas
conservadores, prefieren especificar el
comportamiento del peor de sus equipos.
Las especificaciones definen el comportamiento no
de un equipo en particular, sino de todos los
equipos del mismo lote o del mismo modelo. por
ello, es habitual que las especificaciones de un
modelo se presenten de tal forma que un gran
porcentaje de los equipos de aquel modelo se
comporten al menos tan bien como se presenta en
sus especificaciones.
¿QUÉ PARÁMETROS DEFINEN EL COMPORTAMIENTO DE UN EQUIPO DE MEDIDA Y COMO LO CUANTIFICAMOS DE FORMA OBJETIVA?
1.- ERROR EN LA MEDIDA.-
En metrología se asume que toda la cantidad a medir un valorverdadero, este valor verdadero es el que se obtendría con uninstrumentos de medida perfecto. Sin embargo, en metrología tambiénse reconoce que tal instrumento ideal no existe, por lo que el verdaderovalor de medida no se conocerá. Para soslayar esta limitación se recurreal concepto de «valor convencionalmente verdadero», es decir el valorde la medida que, a efectos prácticos, se considera como suficientepróximo al verdadero.
2.- EXACTITUD Y PRESICION.-
Una forma de mejorar la información dada por un instrumento de medidaes repetir muchas veces la misma medidas en las mismas condiciones.Si el equipo de medida tiene resolución suficiente, nos podemosencontrar que las distintas realizaciones de la medida dan resultadosdiferentes.
En definitiva, el comportamiento de un equipo de medida se define entérminos de su exactitud y precisión. Un instrumento de medida es tantomas exacto cuanto mas próximo esta el valor medio de las N medidas alvalor convencionalmente verdadero. Y el mismo instrumento será maspreciso.
3.- TOLERANCIA.-
la precisión y exactitud de un equipo determinan perfectamente susposibilidades de medida. Sin embargo, no todas los quipos de un mismomodelo tienen idénticas precisiones y exactitudes. Además, estas no semantienen constantes con el tiempo; lo mas normal es que los equiposdegraden paulatinamente sus prestaciones.
INCERTIDUMBRE DE UNA MEDIDA
Según el vocabulario internacional de metrología, VIM, la incertidumbre de una medidaes una estimación que caracteriza el rango de valores en el cual se sitúa el verdaderovalor de una magnitud de medida (VIM 3.9, 1984)Dado que los instrumentos de medida no son perfectos, siempre habrá incertidumbresobre la veracidad de las medidas que proporcionan. Ejemplo: cuando una balanzaindica que el peso de una persona es de 75Kg, sabemos que no tenemos la certeza deque este sea el peso real de la persona. Dependiendo de la precisión y exactitud de labalanza podemos estimar que el peso real esta en un entorno mas o menos próximo a75Kg.
Grado de Precisión
La precisión representa la posibilidad de repetición entre varias medidas de la mismacantidad. La concordancia entre varios valores medidos de una misma cantidad implicaprecisión, pero no exactitud. La medida de acercamiento de la medición al valor mediose expresa como precisión de la medida y el acercamiento al valor real exactitud. Haymuchos grados de precisión según sea el objeto del trabajo El grado de precisión quese obtiene en una medición de campo depende de la sensibilidad del equipo, de ladestreza del observador y de las condiciones ambientales imperantes.
¿QUÉ REQUISITOS DEBE CUBRIR UN INTRUMENTO DE MEDICION?
Toda medición o instrumento de recolección de datos debe reunir dos requisitosesenciales; confiabilidad y validez.
LA CONFIABILIDAD de un instrumento de medición se refiere al grado de precisión oexactitud de la medida, en el sentido de que si aplicamos repetidamente el instrumentoal mismo sujeto u objeto produce iguales resultados. Es el caso de un balanza o de untermómetro, los cuales serán confiables si al pesarnos o medirnos la temperatura endos ocasiones seguidas, obtenemos los mismos datos.
LA VALIDEZ se refiere al grado en que un instrumento mide la variable que pretendemedir. Por ejemplo, un test de inteligencia no será válido, si lo que mide es realmentememoria y no inteligencia. Ciertas variables como el sexo, la nacionalidad, son muyfáciles de observar o de preguntar y obtener una respuesta válida. Pero cuando se tratade diversas variables que se trabajan en ciencias sociales como motivaciones,actitudes, sentimientos, emociones, etc., la validez de un instrumento que pretendamedirlas se torna más compleja, y por lo tanto, cabe preguntarse si ¿realmente elinstrumento estará midiendo lo que pretende medir?
SEGÚN EL ESTÁNDAR ANSI/ISA-S5.1-1984 (1992)
El objetivo de este estándar es establecer una manera uniforme de designar instrumentos y sistemas de instrumentación usados para medición y control. Para ello, se presenta un sistema de designación que incluye códigos y símbolos de identificación.
2.1.- General
2.1.1.- El estándar reconoce las necesidades de cada usuario y ofrece métodos alternativos de simbolismo.
2.1.2.- Los símbolos para equipos de procesos no forman parte de este estándar, pero son incluidos sólo para ilustrar las aplicaciones de los símbolos de instrumentación.
2.2.- Aplicación en la industria.
2.2.1.- El estándar es aplicable en química, petróleo, generación de energía, aire acondicionado, refinerías y muchas otras industrias procesadoras.
2.2.2.- Ciertos campos, como astronomía, navegación y medicina usan instrumentos especializados que son distintos a los instrumentos convencionales de procesamiento industrial. No se ha hecho un esfuerzo específico para que el estándar reconozca los requerimientos de estos campos. Sin embargo, se espera que sea lo suficientemente flexible para reconocer muchas de las necesidades de los campos especiales.
2.3.- Aplicación en el trabajo
2.3.1.- El estándar es aplicable siempre que se necesite una referencia a algún instrumento o función de sistemas de control para fines de simbolización e identificación. Tales referencias pueden ser requeridas tanto para los siguientes usos como para otros:
Planos de diseños.Ejemplos en clases.Discusiones (debates, exposiciones), libros y papeles técnicos.Diagramas de sistemas de instrumentación, diagramas de lazos y diagramas lógicos.Descripciones funcionales.Diagramas de flujo: procesamiento, mecánica, ingeniería, sistemas, instalaciones de tuberías (piping) e instrumentación.Planos de construcción.Especificaciones, órdenes de compra, manifiestos y otras listas.Identificación (rotulación) de instrumentos y funciones de control.Instrucciones, dibujos y grabaciones de instalación, operación y mantenimiento.
2.3.2.- El estándar intenta proveer suficiente información para capacitar a cualquiera (que tenga un
conocimiento razonable de procesos) para revisar documentos describiendo procedimientos de
medición y control para entender su significado dentro de los procesos. El conocimiento detallado de
un especialista en instrumentación no es un pre requisitos para entenderlo.
2.4.- Aplicación en clase de instrumentación y en funciones de instrumento.
Los métodos de simbolismo e identificación dados en este estándar son aplicables en todas las clases
de instrumentación de control y medición. Pueden ser usados no sólo para describir instrumentos
discretos y sus funciones, sino también para describir las funciones análogas de sistemas, los cuales
son denominados display compartido, control compartido, control distribuido y control de cálculo.
2.5.- Límite de identificación funcional.
El estándar sirve para la identificación y simbolización de las llaves de función de un instrumento. Los
detalles adicionales son mejor descrito en una apropiada especificación, hojas de datos, u otros
documento propuesto para lo que se requiera como detalles.
2.6.- Límite de la identificación de circuitos:
El estándar cubre la identificación de un instrumento y los demás instrumentos o funciones de control
asociadas con él dentro de un circuito. El usuario es libre para aplicar identificación adicional por
número de serial, número de unidad, número de área, numero de planta u otras maneras.
Factores que pueden afectar un instrumento
Errores sistemáticos
Son los que se repiten constantemente y afectan al resultado en unsólo sentido (aumentando o disminuyendo la medida).Pueden ser debidos a un mal calibrado del aparato, a la utilizaciónde fórmulas (teoría) incorrectas, al manejo del aparato de forma norecomendada por el fabricante, etc. Estos errores sólo se eliminanmediante un análisis del problema y una "auditoría" de un técnicomás cualificado que detecte lo erróneo del procedimiento.
Errores accidentales o aleatorios
No es posible determinar su causa. Afectan al resultado en ambossentidos y se pueden disminuir por tratamiento estadístico:realizando varias medidas para que las desviaciones, por encima ypor debajo del valor que se supone debe ser el verdadero, secompensen.
El factor humano
El "medidor" (observador) puede originar errores sistemáticos poruna forma inadecuada de medir, introduciendo así un error siempreen el mismo sentido. No suele ser consciente de cómo introduce suerror. Sólo se elimina cambiando de observador.El observador puede introducir también errores accidentales poruna imperfección de sus sentidos. Estos errores van unas veces enun sentido y otros en otro y se pueden compensar haciendo variasmedidas y promediándolas.
Factores ambientales
La temperatura, la presión, la humedad, etc pueden alterar el proceso de medida si varían deunas medidas a otras. Es necesario fijar las condiciones externas e indicar, en medidasprecisas, cuales fueron éstas. Si las condiciones externas varían aleatoriamente durante lamedida, unos datos pueden compensar a los otros y el error accidental que introducen puedeser eliminado hallando la media de todos ellos.
La medida: Normas UNE
La medida debe ser exacta: debe reflejar lo más exactamente posible, con un número, lacantidad de magnitud medida. La aproximación al "valor verdadero o valor real" depende de lasensibilidad del aparato y del proceso de medida.
AENOR es la Asociación Española de Normalización y Certificación. Es la encargada deelaborar las normas de Metrología y Calibración.
La norma UNE 82009-1, lleva por título "Exactitud (veracidad y precisión) de resultados ymétodos de medición. Se corresponde con la norma internacional ISO 5725-1 :1994. En ella seestablecen las definiciones, conceptos y procedimientos para medir.
En esta norma, el término general "exactitud" se utiliza para referirse conjuntamente a la"veracidad" y a la "precisión". Hoy se sustituye "exactitud" por "veracidad". La "veracidad" de unmétodo de medida, y por lo tanto de una medida, es tal si logra el valor verdadero de lapropiedad que se mide.
Se comprueba la "veracidad" del método midiendo contra un valor conocido de antemano: unpatrón.La calidad de una medida la indican sus errores absoluto y relativo. Es tanto mejor cuantomenor sea su error relativo.
La "veracidad " de un proceso, dicen los manuales de la industria, se expresa por su desviacióno sesgo (error absoluto o imprecisión).Toda medida, por muy exacta que sea, va siempre acompañada de una imprecisión oincertidumbre. La imprecisión acota entre que valores debe estar el "valor verdadero".
Los instrumentos según UNE Deberán tener las siguientes
cualidades :
Rapidez
Es rápido si necesita poco tiempo para su calibración antes de empezar a medir y
si la aguja o cursor alcanza pronto el reposo frente a un valor de la escala cuando
lanzamos la medida. La aguja no oscila mucho tiempo.
Sensibilidad
Es tanto más sensible cuanto más pequeña sea la cantidad que puede medir. Una
balanza que aprecia mg es más sensible que otra que aprecia gramos.
Fidelidad
Un aparato es fiel si reproduce siempre el mismo valor, o valores muy próximos,
cuando medimos la misma cantidad de una magnitud en las mismas condiciones.
La confiabilidad de un instrumento de medición se determina mediante diversas
técnicas, las cuales se comentarán brevemente después de revisar el concepto de
validez.
ESTE APUNTE SE BASA EN ANSI / ISA VERSIÓN 1992. VEA ISA-S51.1 Y EL ISA-S75 El estándar es recomendable emplearlo cada vez que se requiera cualquierreferencia para un instrumento o para una función de control de un sistema con lospropósitos de identificación y simbolización
Para la comprensión de esta norma se entregan las siguientes definiciones para untratamiento mas completo vea ISA-S51.1 y el ISA-S75 de las series estándar. lostérminos entre comillas en una definición son también detallados en esta sección .
Detalles técnicos para instrumentos
• Accesible.- (Accesible) Este término se aplica a un dispositivo o una función, lacual puedes usarse o verse por un operador, con el propósito de efectuar accionesdel control Por ejemplo: Cambiar el Set Point , Transferencia Manual Automático,Acciones de ON OFF
• Alarma.- (Alarm) Un dispositivo o función que señala la existencia de unacondición anormal por medio de un cambio discreto audible o visual o ambos cuyoobjetivo es atraer la atención.
No se recomienda que se emplee el término switch de alarma o alarma en generalpara designar un dispositivo, que realiza una acción simple como abrir o cerrar uncircuito que podría considerarse como una situación de desconexión enclavadanormal o anormal o poner en servicio, parar, o actuación de una luz piloto o undispositivo de alarma o similares. El primer dispositivo se designa correctamentecomo un switch de nivel, un switch de flujo, etc. Debido que el abrir y cerrar es loque el dispositivo realiza. El dispositivo puede designarse como alarma solamente siel dispositivo mismo contiene la función de alarma
• Asignar.- ( Assignable)Termino aplicado a la indicación que permite dirigir o
canalizar una señal a un dispositivo u otro elemento sin la necesidad de unir o
cambiar alambrado.
• Estación Auto – Manual.- (Auto – manual station) Sinónimo de Estación de
Control
• Globo.-(balloon) Sinónimo de burbuja o de círculo simple que encierra un número
o una letra
• Detrás del panel.-(Behind the panel) Un término aplicado a una localización que
esta dentro de una área que contiene (1) el panel de instrumento(2) conexiones y
montaje asociado, o (3) que esta encerrada dentro del panel o tablero.. . Los
dispositivos “detrás del panel” se refiere a que en condición normal no es
accesible por el operador.
• Binario (Binary) Término aplicado a una señal o dispositivo que solamente tiene
dos posiciones discretas o estados. Al usarse de manera simple como “señal
binaria que es opuesta a señal análoga significa dos estados posibles ON – OFF o
High - Low ejemplo aquel que no representa un estado continuo
• Placa .-(Board) Sinónimo de panel
• Burbuja.-(Bubble) El símbolo circular tiene como propósito identificar un
instrumento o una función y puede tener un número como etiqueta.
• Dispositivo computacional.-(Computing divice) Un dispositivo o función que
realiza uno o más cálculos u operaciones lógicas o ambas, enviando como
resultado una o más señales de salida. Algunas veces se le llama relé
computacional.
•Configurable.-(Configurable) Termino aplicable a un dispositivo o sistema cuyas
características funcionales pueden seleccionarse o arreglarse a través de una
programa u otros métodos. Este concepto excluye el “realambrado” como medio de
• Controlador.- (Controller) Un dispositivo que tiene una
salida que varia para regular una variable controlada de una manera
especifica. Un controlador puede tener instrumentos análogos o
digitales o puede ser equivalente a un instrumento en un sistema de
“control distribuido “.
Un contralor automático varia su salida automáticamente en respuesta a
una entrada directa o indirecta en la medición de variables de un
proceso..En cambio un controlador manual es “una estación local” y su
salida no depende de la medición de las variables del proceso, por lo
tanto su ajuste es manual.
Un controlador puede estar integrado con otros elementos funcionales en
un lazo de control
• Estación de Control.-(Control station) Una estación de carga manual
es la que permite la interrupción entre el modo manual y el automático de
un lazo de control, se puede decir que es la interface del operador con un
sistema de control distribuido y puede relacionarse como estación de
control
• Válvula de Control.-(Control valve) dispositivo que comúnmente es
actuada manualmente en acciones ON OFF o semi actuada, que permite
manipular el flujo en uno o más procesos de fluidos. Válvula de control
manual estará limitada a la actuación manual de la válvula(1) que son
usadas para acelerar o “estrangular”, (2) requiere identificación como un
instrumento
• Convertidor.-(Converter) Dispositivo que recibe señal de información desde
un instrumento de una forma y envía una señal hacia una salida bajo otra forma.
Un instrumento que cambia salida del sensor a una señal estándar no es
propiamente un convertidor sino un transmisor. Típicamente un elemento de
temperatura (TE) se puede conectar a un transmisor(TT) no a un convertido
(TY).
Un convertidor algunas veces se puede referir a un transductor, sin embargo,
este término es completamente general y su empleo especifico en conversión
de señales no se recomienda
• Digital.-(Digital) Término aplicado a una señal o dispositivo que usa dígitos
binarios para representar valores continuos o estados discretos
• Sistema de Control Distribuido.-(Distribuided control system) Un sistema
que opera funcionalmente integrado consistiendo en subsistemas que pueden
operar física y remotamente separados unos de otros
• Elemento Final de Control.- (Final control element) El dispositivo que
directamente controla el valor de la variable manipulada de un lazo de control a
menudo resulta ser una válvula de control
• Función.-(Function) El propósito de o una acción efectuada por un
dispositivo
• Identificación.-(Identification) La Secuencia de dígitos o letras o ambos
empleado para designar un instrumento o un lazo
• Instrumento.-(Instrument) Un Dispositivo usado directa o indirectamente paramedir y/o controlar una variable. El término incluye elementos primarios,elementos finales de control, dispositivos computacionales, ydispositivos eléctricos tales como anunciadores, interruptores y pulsadores Eltérmino no se aplica a partes(por ejemplo un fuelle receptor o resistencias ) queson componenetes internas de un instrumento.
• Instrumentación.-(Instrumentation) Una colección de instrumentos o suaplicación para el propósito de observar , medir , controlar o combinaciones deestas.
• Local.-(Local) La ubicación de un instrumento que no esta en un panel oconsola y no esta montado en una la sala de control. Los instrumentos localesestán comúnmente en la vecindad de un elemento primario o de un elemento finalde control. La palabra “campo” (field) se usa comúnmente como sinónimo de local
• Panel Local.- (Local panel)Un panel local no es un panel principal. Los paneleslocales se ubican en las cercanías de los subsistemas o sub áreas de la planta. Eltérmino “panel de instrumentación local” no debe confundirse como “instrumentolocal”
• Lazo o Loop.- Combinación de dos más instrumentos o arreglo de funciones decontrol también el paso de señales de uno a otro con el propósito de medir y/ocontrolar una variable de un proceso
• Estación de carga Manual.-(Manual loading station) Dispositivo o función quetiene un ajuste manual de la salida usado para actuar con uno o más dispositivosde control remoto La estación no provee interruptores entre el modo de controlmanual o automático de un lazo de control.( ver controlador y estación decontrolador) La estación puede tener indicadores integrados a ella; luces, u otroscaracterísticas. Se le conoce como estación manual o carga manual.• Medición.-(Measurement) Determinación de la existencia o magnitud de unavariable• Monitor.- Termino general para un Instrumentos o sistemas de instrumentos quemiden o detectan el estado o magnitud de una o más variables con el propósito deobtener una información útil. El término monitor es muy ambiguo se asociageneralmente con analizadores, indicadores o alarmas. En algunos casos se usacomo verbo “monitorear”• Luz Monitor.-(Light monitor)Sinónimo de luz piloto
• Panel.- Una estructura que tiene un grupo de instrumentos montados en ella, que encierra interfaces
para el operador del proceso y es seleccionada con una designación única. El panel puede consistir en
una o más secciones, cubículos, consolas o escritorios, sinónimo de tablero ( board)
• Panel de Montaje-(Panel – mounted) Termino aplicado a un Instrumento que están instalados en un
panel o consola y son accesibles al operador en forma normal. Una función que normalmente es
accesible a un operador en un sistema de visualización compartida, es el equivalente de un dispositivo
montado en un panel discreto.
• Luz Piloto.-( Light pilot) luz que indica cual son las condiciones normales de un sistema o
dispositivo. Por ejemplo luz de alarma que indica condición anormal. Se le conoce también como luz
monitor
• Elemento Primario.-(Primary element) sinónimo de sensor o detector
• Proceso.-(Process) Cualquier Operación o secuencia de operaciones que involucra unl cambio de
energía, estado, composición, dimensión u otras propiedades que pueden definirse respecto a una
referencia
• Variable de Proceso.-(Process variable) Cualquier variable perteneciente a un proceso En esta
norma se aplica para todas las variables que no sean las de señales de instrumentación
• Programa.-(Program) Secuencia repetitiva de acciones que definen el
estado de salidas relacionadas con los valores dado por las entradas
• Controlador Lógico Programable.- Dispositivo que posee múltiples entradas y salidas y que
contiene un programa modificable
• Relé.- dispositivo cuya función es pasar una información inmodificable a o en alguna forma
modificada Se ua a menudo como un medio “dispositivo computacional.” El ultimo termino es preferido
Se aplica específicamente en electricidad, neumática o hidráulica como interruptor que actúa bajo una
señal, también es aplicable a funciones efectuadas por un rele
• Scan.- Para “monitorear” en una forma predeterminada el estado cada una de las variables de un
proceso en forma periódica, puede estar asociado con otras funciones como alarma y memoria.
• 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.
• Set point.- Punto de referencia para una variable de entrada queestablece el valor deseado de la variable a controlar. Se puede estableceren forma manual, automáticamente o programada. Su valor se expresaen la misma unidad que la variable controlada
• Display de Pantalla.- Dispositivo de interfaz, para el operador,Comúnmente pantalla de video empleada para controlar informacióndesde de las fuentes hacia el operador• Controlador compartido ( Shared controller).- Elemento que contienealgoritmos preprogramados que usualmente son accesibles,configurables y asignables, permitiendo que un solo dispositivo controlevarias variables
• Interruptor (Switch).- Dispositivo que conecta, desconecta, seleccionao transfiere uno o más circuitos y no esta designado como un controlador,como un relé o como una válvula de control. Como verbo el terminotambién es aplicable a las funciones efectuadas por los switch• Punto de Prueba (Test Point).- Es una Conexión al proceso coninstrumentos no conectados permanentemente, es por extensión unaconexión temporal o intermitente de un instrumento.
• Transductor (Transducer) .- Termino general para un Dispositivo querecibe información de una o más formas de cantidades físicas,modificando esta información y/o su forma produciendo una señal desalida. Dependiendo de su aplicación en el proceso puede ser unelemento primario, transmisor, relé , convertidor u otro dispositivo.Pero el termino transductor no es especifico, su uso para aplicacionesespecificas no se recomienda.
• Transmisor.-(Transmitter) Dispositivo que detecta la variable de unproceso por medio de un sensor y tiene una salida cuyo valor en elestado estable varia como una función predeterminada de la variable delproceso. El sensor puede o no estar integrado al transmisor
CONCLUSIONES
Las especificaciones de los equipos de instrumentación pueden presentarse de muy
diferentes formas pero, en cualquier caso deberían ser por una parte lo
suficientemente completas para poder anticipar la amplitud del instrumento en las
diferentes condicionen de uso y, por otra fáciles de interpretar y usar.
La precisión y exactitud de un instrumento de medida determina cuantitativamente su
comportamiento, aunque estas especificaciones solo se detallan en los equipos de
medidas de mas altas prestaciones.
El comportamiento global de un conjunto de equipos se presenta en términos de
tolerancia el fabricante puede expresar la tolerancia como error máximo posible en
cualquiera de los instrumentos de un mismo lote o modelo aunque habitualmente
especifica la tolerancia en términos del comportamiento estadístico de las muestras
seleccionadas durante el control de calidad de su producción.
El resultado de una medida se debe expresar mediante un intervalo que a priori pueda
contener su verdadero valor con una cierta probabilidad, ala hora de calibrar o verificar
un instrumento e medida es necesario emplear un patrón con al menos una
incertidumbre veces inferior ala propia del equipo a calibrar de esta forma
prácticamente evitaremos que equipos que estén fuera de especificaciones sean
dados como buenos, esta proporción es especialmente recomendable en las
calibraciones hechas en campo a partir de una sola medida.