instrumentacion semana 2

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


Fuente: Libro Instrumentación Electrónica Miguel Pérez

Naturaleza y tipos de variables


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


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


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:



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


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


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



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



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


Arquitectura centralizada


Arquitectura distribuida


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


Características estáticas

• Exactitud• Precisión• Linealidad• Sensibilidad• Resolución• Gamma• Escala


Características dinámicas

• Error dinámico• Tiempo de respuesta• Tiempo nulo• sobrealcance


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


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)


Terminología empleada en instrumentación• Zona muerta (dead zone)• Zona Activa• Zona de incertidumbre

• Umbral


Terminología empleada en instrumentación• Linealidad (linearity)• No Linealidad (nonlinearity)

• Histéresis (hysteresis)• Deriva (drift)


Terminología empleada en instrumentación• Sensibilidad (sensitivity)• Saturación (saturation)• Resolución (resolution)


Terminología empleada en instrumentaciónErrores:• Error absoluto• Error relativo

• Veracidad (trueness) sesgo o desviación (bias)• Precisión (precision)• Exactitud (accuracy)


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)


Terminología empleada en instrumentaciónCalibración:• Error de estado estacionario, error de nivel

(offset)

• Propagacion de errores


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?


Propagación del error en términos estadísticos


Terminología empleada en instrumentación• Set Point o Punto de Referencia• Ruido o Perturbación

• Componente• Sistema• Proceso• Planta


Terminología empleada en instrumentación• Temperatura de servicio• Vida útil del equipo• Velocidad de respuesta


Terminología empleada en instrumentación• Tiempo de respuesta• Tiempo nulo• Sobrealcance• Subamortiguado• Sobreamortiguado• Críticamente amortiguado


Terminología empleada en instrumentación


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