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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5

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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30

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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