Interferencias y perturbaciones internas

En un sistema de medida el sensor es un elemento dispuesto expresamente con la misión de obtener información, en forma de señal eléctrica, sobre la propiedad medida. Pero no sería razonable esperar, a priori, que por una parte el sensor respondiera exclusivamente a una señal de interés, y que por otra el origen de las señales de salida fuera únicamente la señal presente a la entrada.

La experiencia demuestra en seguida que esto no es así y por lo tanto, conviene tener en cuenta esta realidad. En las mediciones de señales interviene dos factores que alteran las señales de salida de los sensores estos factores son:

-Interferencias-Perturbaciones internas

• Se denomina interferencias o perturbaciones externas aquellas señales que afectan al sistema de medida como consecuencia del principio utilizado para medir las señales de interés. Perturbaciones internas son aquellas señales que afectan indirectamente a la salida debido a su efecto sobre las características del sistema de medida.

• Estas pueden afectar tanto a las características relativas a las variables de interés como a las relativas a las interferencias.

• En la figura siguiente se describe gráficamente un caso de perturbaciones, mediante las letras F se expresa una relación entre la entrada y la salida de cada bloque, se puede observar que esta señal puede actuar como interferencia y como perturbación interna.

• Efecto en las perturbaciones internas y externas en los sistemas de medida. Xs es la señal de interés, Y es la señal de salida del sistema, XI es una interferencia o perturbación externa, Xp es una perturbación interna.

• Un ejemplo mas claro de perturbaciones seria el siguiente:• Para medir una fuerza es común emplear una galga extensométrica . Esta

se basa en la variación de la resistencia eléctrica de un conductor o semiconductor como resultado de aplicarle un esfuerzo. Dado que un cambio de temperatura producirá también una variación del valor de la resistencia. Se dice que los cambios de temperatura son una interferencia o perturbación externa. A su vez para la medida de los cambios de resistencia con el esfuerzo aplicado hará falta un amplificador electrónico . Dado que los cambios de temperatura afectarán a las derivas de dicho amplificador y con ellas a la medida, resulta que dichos cambios son también una perturbación interna.

Técnicas de compensación• Los efectos de las perturbaciones internas pueden reducirse mediante una

alteración del diseño o a base de añadir nuevos componentes al sistema sensorial.

• Para lograr esto existen varios métodos para compensar dichas perturbaciones los cuales son:

• Insensibilidad intrínseca: Se trata de diseñar el sistema de forma que sea inherentemente sensible sólo a las entradas deseadas. Sin embargo por razones prácticas obvias, este método no se puede aplicar en todos los casos. En el caso de sensores de magnitudes mecanicas vectoriales, es el método aplicado para tener una sensibilidad unidireccional y una baja sensibilidad transversal, es decir, en las direcciones perpendiculares a la de interés.

• Otro método es el método de retroacción negativa, se aplica con frecuencia para reducir el efecto de las perturbaciones internas, y es el método en el que se basan los sistemas de medida por comparación .

• El principio se puede representar mediante la siguiente figura:

• El bloque H puede ser insensible a dichas perturbaciones porque maneja menos energía que el bloque G.

• El sistema de medida , G(s), y la retroacción empleada H(s), son lineales y se pueden describir mediante su función de transferencia la cual viene dada por :

• Donde la aproximación es aceptable cuando G(s) H(s)>>1. Si la retroacción negativa es insensible a la perturbación considerada y esta diseñada de forma que el sistema no se haga inestable, resulta entonces que la señal de salida no vendrá afectada por la perturbación. La viabilidad de una solución de este tipo hay que juzgarla desde la perspectiva de las condiciones físicas de los elementos descritos por G(s) y H(s). La posible insensibilidad de H a la perturbación es una consecuencia de que H maneja menos energía que G, ello permite que H pueda ser mucho mas exacto y lineal que G, en este caso también resulta que se extrae menos energía del sistema donde se mide.

• Otra tecnica para reducir las interferencias es el filtrado, Un filtro es todo dispositivo que separa señales de acuerdo con su frecuencia u otro criterio. Si los espectros frecuencia les de la señal y las interferencias no se solapan, la utilización de un filtro puede ser efectiva.

• El filtro puede ponerse en la entrada o en una etapa intermedia. En el primer caso puede ser eléctrico o mecánico, por ejemplo, para evitar vibraciones. En otro caso puede ser neumático, térmico. Por ejemplo, un blindaje con masa apreciable para evitar los efectos de turbulencias al medir la temperatura media de un fluido en circulación.

• Los filtros dispuestos en entrada intermedias son casi en su mayoría filtros eléctricos.

• Una técnica habitual de compensación de perturbaciones es la utilización de entradas opuestas. Se aplica con frecuencia para compensar el efecto de las variaciones de temperatura. Si, por ejemplo, una ganancia varia con la temperatura por depender de una resistencia que tiene coeficiente de temperatura positivo, puede ponerse en serie con dicha resistencia otra que varié de forma opuesta ( con coeficiente de temperatura negativo ) y así mantener constante la ganancia a pesar de los cambios de temperatura.

• También se aplica esta técnica en galgas extensométricas, en la alimentación de puentes resistivos, para compensar el coeficiente de temperatura de galvanómetros y para compensación de vibraciones en sensores piezoeléctricos.