2014 ~ Instrumentación Electronica

viernes, 26 de septiembre de 2014

INTRODUCCION

21:07 Posted by Unknown unidad_1 No comments

¿QUE ES UNA MEDIDA ?

acción de determinar una magnitud con un utensilio o aparato tomando como patrón una unidad. La medida puede ser directa, como la medida de temperatura con un termómetro o indirecta, como las medidas que requieren el uso de operaciones y formulas.

¿CUALES SON LOS OBJETIVOS DE UNA MEDIDA?

la necesidad de medir siempre ha estado presente en el ser humano desde el comienzo de la historia y el por qué se hace tiene una respuesta sencilla se mide para conocer aquello que es necesario o para conocer algo que no podemos percibir con nuestros sentidos ahí es donde generalmente recurrimos a un instrumento el cual nos puede facilitar el trabajo de medir algo o ayudarnos a medir algo que no conocemos lo que el ser humano no es capaz de ver.

¿QUE ES INSTRUMENTO?

Objeto fabricado, simple o formado por una combinación de piezas, que sirve para realizar un trabajo o actividad, especialmente el que se usa con las manos para realizar operaciones manuales técnicas o delicadas, o el que sirve para medir, controlar o registrar algo.

¿QUE ES INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA?

La instrumentación electrónica es la técnica que se ocupa de la medición de cualquier tipo de magnitud física, de la conversión de la misma a magnitudes eléctricas y de su tratamiento para proporcionar la información adecuada a un sistema de control, a un operador humano o a ambos.

La instrumentación electrónica se aplica en el sensado y procesamiento de la información proveniente de variables físicas y químicas, a partir de las cuales se realiza el monitoreo y control de procesos, empleando dispositivos y tecnologías electrónicas.

VARIABLES Y SEÑALES

La información de las variables que se pretenden capturar se almacenan en algún tipo de variable eléctrica, generalmente tensión. Esa variable eléctrica es lo que se denomina SEÑAL. La naturaleza de las variables y de las señales que las contienen puede ser igual o distinta; en el primer caso, variable y señal coinciden mientras que en el segundo, la variable es almacenada dentro de alguno de los parámetros de la señal. En cualquiera de los casos variables y señales pueden clasificarse siguiendo varios criterios, los más comunes son los siguientes:

Variables Analógicas: Son aquellas que toman infinitos valores entre dos puntos cualesquiera de la misma. Ejemplo: la temperatura. Si se analiza su variación durante un día, se observa que no puede pasar de una valor a otro dando un salto. Esto quiere decir que si la temperatura se incrementa de 11 grados a 17 grados, toma infinitos valores intermedios.

Variables Digitales: Son aquellas que constituyen un conjunto finito de valores. Ejemplo: el Sistema Binario. Este sistema permite dos valores diferentes, denotados por «0» y «1».

INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICA EN EL CONTROL DE PROCESOS:

Entorno industrial: Los instrumentos han ido liberando al operario de su función de actuación física directa en la planta y al mismo tiempo, le han permitido una labor única de supervisión y de vigilancia del proceso desde centros de control situados en el propio proceso o bien en salas aisladas separadas.

Instrumentación y Control están fuertemente ligadas: Los sistemas de control requieren de instrumentos de medida para realizar comparaciones y mantener alguna relación en el sistema, con respecto al proceso.

Comparte algunos criterios de diseño

Instrumentación electrónica en procesos de control. En las siguientes imágenes se puede observar un sistema de control genérico y sistema de control industrial:

SISTEMA DE MEDIDA

18:52 Posted by Unknown unidad_1 No comments

SISTEMA DE MEDIDA

Un sistema de medida es una combinación de dos o más elementos con el fin de realizar una o varias funciones. En los sistemas de medida, esta función es la asignación de un número a la propiedad o cualidad que se pretende medir, de tal forma que la describa cuantitativamente.

Un sistema de medida electrónico es aquel cuya finalidad es obtener información acerca de un proceso físico y presentar dicha información en la forma adecuada a un observador u a otro sistema de control.

El resultado de la medida debe ser:

Objetivo (Independiente del observador)
Empírico (Basado en la experimentación)

FUNCIONES DE UN SISTEMA DE MEDIDA

En un sistema de medida se distinguen tres funciones principales, estas son:

Adquisición de datos: La información de las magnitudes físicas es adquirida y convertida en una señal eléctrica. De esta etapa dependerán en buena parte las prestaciones del sistema de medida. La variable del mundo físico es convertida en una señal eléctrica mediante un dispositivo sensor a fin de ser procesada adecuadamente.
Procesamiento de datos: Consiste en el procesamiento, selección y manipulación de los datos, la cual puede ser realizada por un DSP.
Distribución de los datos: El valor medido se presenta a un observador o se transmite a otro sistema.

La señal procedente del sensor tiene algunas características que la hacen poco adecuada para ser procesada: señal de pequeño nivel, espectro grande, falta de linealidad, etc. Estas características pueden ser corregidas en la etapa de acondicionamiento de la señal.

Análisis o acondicionamiento de la señal

Consiste en el procesamiento, selección y manipulación de los datos con arreglo a los objetivos perseguidos. La etapa de acondicionamiento de la señal consiste en realizar una o varias de las siguientes funciones:

Amplificación: Se realiza cuando se considera que el nivel típico de salida del sensor es demasiado bajo. La amplificación se realiza con la ayuda de un amplificador operacional, el cual requiere de una serie de características importantes de entrada para minimizar los efectos de carga en la señal de salida.Cuanto se pueda elevar los niveles de las señales, mejor será porque los posibles ruidos que se introduzcan en el circuito resultarán cuantitativamente menores.
Filtrado: Consiste en eliminar cierta banda de frecuencias de la señal. El intervalo de frecuencias que deja pasar un filtro es la banda de paso, el intervalo que no se deja pasar es la banda de rechazo y los límites entre ambos intervalos son las frecuencias de corte.
Linealización: Consiste en obtener una señal de salida que varíe linealmente con la variable que se desea medir. Un caso bastante frecuente es la de un sensor donde la salida varía de forma exponencial con respecto a la variable a medir.
Conversión de señal: Se requiere cuando es necesario convertir un tipo de variación eléctrica en otro. Por ejemplo, un gran número de sensores varían su resistencia como consecuencia de la variación de la variable a medir. En estos casos se requiere un circuito que convierta estos cambios de resistencia en una tensión o en una corriente. Es bastante frecuente también en la transmisión de una señal (largas distancias) la necesidad de realizar una conversión de tensión a corriente o la conversión de tensión a frecuencia.

Presentación o transmisión de la señal

El valor medido se puede presentar a un observador (mediante un display), almacenar (disco, chip de memoria) o transmitir a otro sistema de medida o de control.

SISTEMAS DE MEDIDA MULTICANAL

MAGNITUDES Y MEDIDAS

19:17 Posted by Unknown unidad_1 No comments

El gran físico inglés Lord Kelvin consideraba que solamente puede aceptarse como satisfactorio nuestro conocimiento si somos capaces de expresarlo mediante números. Aun cuando la afirmación de Lord Kelvin tomada al pie de la letra supondría la descalificación de valiosas formas de conocimiento, destaca la importancia del conocimiento cuantitativo, particularmente en el tipo de ciencia que él profesaba.

La operación que permite expresar una propiedad o atributo físico en forma numérica es precisamente la medida.

Magnitud, cantidad y unidad

La noción de magnitud está inevitablemente relacionada con la de medida. Se denominan magnitudes ciertas propiedades o aspectos observables de un sistema físico que pueden ser expresados en forma numérica. En otros términos, las magnitudes son propiedades o atributos medibles.

La longitud, la masa, el volumen, la fuerza, la velocidad, la cantidad de sustancia son ejemplos de magnitudes físicas. La belleza, sin embargo, no es una magnitud, entre otras razones porque no es posible elaborar una escala y mucho menos un aparato que permita determinar cuántas veces una persona o un objeto es más bello que otro.

La sinceridad o la amabilidad tampoco lo son. Se trata de aspectos cualitativos porque indican cualidad y no cantidad.

En el lenguaje de la física la noción de cantidad se refiere al valor que toma una magnitud dada en un cuerpo o sistema concreto; la longitud de esta mesa, la masa de aquella moneda, el volumen de ese lapicero, son ejemplos de cantidades.

Una cantidad de referencia se denomina unidad y el sistema físico que encarna la cantidad considerada como una unidad se denomina patrón.

La medida como comparación

La medida de una magnitud física supone, en último extremo, la comparación del objeto que encarna dicha propiedad con otro de la misma naturaleza que se toma como referencia y que constituye el patrón.

La medida de longitudes se efectuaba en la antigüedad empleando una vara como patrón, es decir, determinando cuántas veces la longitud del objeto a medir contenía a la de patrón. La vara, como predecesora del metro de sastre, ha pasado a la historia como una unidad de medida equivalente a 835,9 mm. Este tipo de comparación inmediata de objetos corresponde a las llamadas medidas directas.

Con frecuencia, la comparación se efectúa entre atributos que, aun cuando están relacionados con lo que se desea medir, son de diferente naturaleza. Tal es el caso de las medidas térmicas, en las que comparando longitudes sobre la escala graduada de un termómetro se determinan temperaturas. Esta otra clase de medidas se denominan indirectas.

Tipos de magnitudes

Entre las distintas propiedades medibles puede establecerse una clasificación básica. Un grupo importante de ellas quedan perfectamente determinadas cuando se expresa su cantidad mediante un número seguido de la unidad correspondiente. Este tipo de magnitudes reciben el nombre de magnitudes escalares. La longitud, el volumen, la masa, la temperatura, la energía, son sólo algunos ejemplos.

Sin embargo, existen otras que precisan para su total definición que se especifique, además de los elementos anteriores, una dirección o una recta de acción y un sentido: son las llamadas magnitudes vectoriales o dirigidas. La fuerza es un ejemplo claro de magnitud vectorial, pues sus efectos al actuar sobre un cuerpo dependerán no sólo de su cantidad, sino también de la línea a lo largo de la cual se ejerza su acción.

Al igual que los números reales son utilizados para representar cantidades escalares, las cantidades vectoriales requieren el empleo de otros elementos matemáticos diferentes de los números, con mayor capacidad de descripción. Estos elementos matemáticos que pueden representar intensidad, dirección y sentido se denominan vectores.

Las magnitudes que se manejan en la vida diaria son, por lo general, escalares. El dependiente de una tienda de ultramarinos, el comerciante o incluso el contable, manejan masas, precios, volúmenes, etc., y por ello les es suficiente saber operar bien con números. Sin embargo, el físico, y en la medida correspondiente el estudiante de física, al tener que manejar magnitudes vectoriales, ha de operar, además, con vectores.

ARQUITECTURA DE INSTRUMENTACION

19:38 Posted by Unknown unidad_1 No comments

ARQUITECTURA CENTRALIZADA

ARQUITECTURA DISTRIBUIDA

Posee varios núcleos inteligentes.
Número elevado de señales
Dispersión geográfica grande.
Comunicación con otros sistemas a través de un bus de proceso digital.

CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICION

21:54 Posted by Unknown unidad_1 2 comments

CARACTERÍSTICAS DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

Los instrumentos de medición hacen posible la observación de los fenómenos y su cuantificación, sin embargo estos instrumentos no son ideales sino reales, y por lo tanto tiene una serie de limitaciones que debemos tomar en cuenta para poder juzgar si afectan de alguna manera las medidas que estamos realizando, y así mismo determinar la veracidad de las anteriores.

La caracterización se realiza de forma independiente bajo dos situaciones: Comportamiento estático y comportamiento dinámico.

CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS

Un sistema opera en régimen estático, si la variable que se mide permanece constante en el tiempo, o cuando en cada medida se espera para medir la salida un tiempo suficiente para que la respuesta haya alcanzado el valor final o régimen permanente.

El régimen estático es útil para caracterizar el comportamiento del sistema de instrumentación cuando la magnitud que se mide varia con un espectro frecuencial que sólo contiene componentes inferiores a la anchura de banda del equipo de medida.

Los principales parámetros que se utilizan para caracterizar el comportamiento estático de un instrumento son:

Curva de calibración:

La curva de calibración es la relación entre la entrada al sensor y su correspondiente salida, es decir que la curva de calibración de un sensor o de un sistema de medida en general es la línea que une los puntos obtenidos aplicando sucesivos valores de la magnitud de entrada con sus respectivos valores de salida.Permiten obtener una relación directa punto a punto de la señal de salida en función de la entrada y viceversa.

Para definir la curva de calibración adecuadamente se necesita como mínimo indicar su forma y sus límites. Estos últimos se especifican con algunos de los siguientes parámetros:

Campo o margen de medida (range): Es el conjunto de valores comprendidos entre los límites superior e inferior entre los cuales de puede efectuar la medida.Por ejemplo, si se dispone de un termómetro diseñado para medir entre -20 y 600C, el campo de medida será -200C /600C.

Alcance o fondo de escala (span, input full scale), FS: Es la diferencia entre los límites superior e inferior de medida. Ejemplo termómetro……..Alcance 80°C

Salida a fondo de escala (full scale output, FSO): Es la diferencia entre las salidas para los extremos del campo de medida.

Sensibilidad (sensitivity): La sensibilidad es la pendiente de la curva de calibración. Si esta es una recta la sensibilidad es constante y se dice que es el sistema o sensor es lineal.

No linealidad (nonlinearity): es la máxima desviación de la curva de calibración con respecto a la línea recta por la que se ha aproximado.Habitualmente se suele expresar en forma de % con respecto al alcance. También se conoce como ninealidad o error de linealidad.La linealidad expresa hasta que punto es constante la sensibilidad del sensor.

Zona muerta (dead zone):Es el rango de valores de la magnitud que se mide alrededor del valor nulo, para el que el instrumentos no proporciona respuesta.

Histéresis (hysteresis): Es la diferencia que se obtiene en la respuesta del instrumento de medida en función del sentido en que se ha alcanzado la magnitud que se mide.

Saturación (saturation): Es el nivel de entrada a partir del cual la sensibilidad del instrumento disminuye de forma significativa. Se suele expresar con referencia a un determinado error de linealidad.

Estabilidad (stability) y deriva (drift): La estabilidad y deriva son conceptos complementarios La estabilidad de un sistema de medida, es su capacidad para mantener invariable su curva de transferencia durante largos períodos de tiempo. La deriva de un instrumento es la variación o fluctuación de su curva de transferencia a lo largo del tiempo.

Umbral (threshold) y resolución (resolution): El umbral es la mínima desviación respecto del valor cero de la magnitud que se mide, que es apreciable en la respuesta del equipo. Se denomina resolución a la mínima desviación respecto de un valor dado de la magnitud que se mide, que puede ser discriminada en la respuesta.

Error de nolinealidad (nolinearity error):

En la máxima desviación de la curva de transferencia real de un sistema respecto del comportamiento lineal con que se ha aproximado. El error de nolinealidad se puede medir con las siguientes magnitudes:

El error de linealidad siempre está referido a lo que el diseñador considera Comportamiento lineal, lo cual depende del contexto en que está trabajando.

EXACTITUD Y PRECISIÓN

Precisión (precisión)

establece el grado de acomodación o correlación dentro de un grupo de medidas del mismo valor. La precisión representa una medida de la capacidad de repetibilidad y reproducibilidad de las medidas por un instrumento:

Repetibilidad (repeatability): establece la precisión de un instrumento cuando el conjunto de medidas de la misma magnitud se realiza de forma repetitiva y utilizando las mismas condiciones de medida. Las condiciones de repetibilidad incluyen: - El mismo procedimiento de medida. - Los mismos criterios de lectura.

El mismo instrumento de medida utilizando las mismas condiciones.
El mismo sistema.
Medidas sucesivas con poco intervalo de tiempo entre ellas.

Reproducibilidad (reproducibility): establece la precisión del proceso de medida cuando el conjunto de medidas se realiza bajo condiciones de medida cambiantes.

La precisión, la repitibilidad y la reproducibilidad se expresan cuantitativamente por medio de los parámetros estadísticos típicos de caracterización de la dispersión de valores.

Exactitud (accuracy)

Hace referencia tanto a la veracidad como a la precisión de un equipo de instrumentación. Define la concordancia de una medida respecto del valor verdadero de la magnitud que se mide, y es afectada tanto por los errores sistemáticos (veracidad) como por los errores aleatorios (precisión).

CALIBRACIÓN

Establecer, con la mayor exactitud posible, la correspondencia entre las indicaciones de un instrumento de medida y los valores de la magnitud que se mide.

Las tolerancias de los componentes y las no idealidades de los circuitos electrónicos conducen a que dos sensores o dos instrumentos de medida aparentemente idénticos no presenten nunca curvas idénticas de calibración.

La curva de calibración de los instrumentos varía a lo largo del tiempo y del grado de utilización de los mismos.

Calibración a punto: Actuar sobre el sistema de medida de forma que para un punto concreto la salida sea lo más exacta posible.
Calibración del cero y de la sensibilidad: Para ajustar perfectamente una curva de calibración lineal se necesitaría ajustar dos puntos o un punto y la pendiente (sensibilidad). Algunos instrumentos incorporan esta posibilidad pero sin acceso al usuario, pero sí para el fabricante.

Gama y Escala

La gama de un instrumento es la diferencia que existe entre el máximo valor que se ve en el indicador y el menor. Y la escala en general te indica el grado de incertidumbre que se tiene sobre la medición del equipo. Es decir que si tienes un equipo con una tensión (voltaje) de 40,5 voltios, pero el voltímetro que utilizas para realizar la lectura tiene una escala que solo discrimina incrementos de 2 voltios en adelante, medirás 40 y no el correcto, aun cuando pude no ser muy importante

Eficiencia

La eficiencia de un instrumento se define como la indicación del instrumento dividida por la potencia que absorbe del circuito para poder realizar la medición. Queremos medir el voltaje existente entre los extremos de una resistencia, y para ello vamos a utilizar un multimetro. Ahora bien, para poder realizar la medición, por el multimetro tiene que circular una pequeña cantidad de corriente, y se va a disipar cierta potencia en el instrumento. La relación entre la lectura realizada con el multimetro y la potencia disipada por el mismo es lo que denominamos eficiencia. Cuanto mayor sea la eficiencia de un instrumento menor será su influencia sobre el circuito en el cual se está realizando la medición.