Title: Instrumentacin Electrnica: Introduccin
1Instrumentación ElectrónicaIntroducción
21.1 Sistema de medida (1)
- Función asignación objetiva y empírica de un
número a una propiedad o cualidad de un objeto o
evento - Aplicaciones
- Supervisión y diagnóstico de procesos
- Control de procesos
- Ingeniería experimental (diseño de prototipos,
...)
31.1 Sistema de medida (2)
- Estructura de un sistema de medida y control
Sensor
Acondicionador
Transmisión de datos
Presentación
Alarmas
Supervisor
Controlador
control manual
Acondicionador
Accionamiento
Transmisión de órdenes
41.1 Transductores, sensores y accionam.
- Transductor convierte una señal de una forma
física a otra distinta, generalmente eléctrica. - Sensor a partir de la energía del medio donde se
mide, genera una señal de salida transducible que
es función de la variable medida transductor de
entrada - Accionamiento transductor de salida
51.1 Acondicionamiento de señales
- Acondicionadores de señal, adaptadores o
amplificadores convierten la señal de salida de
un sensor electrónico en una señal apta para ser
presentada, registrada o procesada (por ej. A/D). - Funciones
- Amplificación
- Filtrado
- Adaptación de impedancias
- Modulación y demodulación
61.2 Tipos de sensores (1)
- Clasificación de sensores
71.2 Tipos de sensores (2)
- Aporte de energía
- Moduladores la energía de la señal de salida
procede, en su mayor parte, de una fuente de
alimentación auxiliar - Generadores la energía de la señal de salida es
suministrada por la entrada
81.2 Tipos de sensores (3)
- Modo de operación
- De deflexión la magnitud medida produce un
efecto físico relacionado con alguna variable
útil (ej. muelle para la medida de fuerzas) - De comparación se intenta anular la deflexión
mediante la aplicación de un efecto conocido,
opuesto al generado por la magnitud a medir. Es
necesario un detector de desequilibrio y un medio
para restablecerlo (ej. balanza manual) ? más
exacto pero peor respuesta dinámica
91.2 Tipos de sensores (4)
101.3 Características estáticas (1)
- Exactitud o precisión
- Capacidad de un instrumento de medida de dar
indicaciones que se aproximen al verdadero valor
de la magnitud medida - Se determina mediante calibración estática a
partir de un patrón de referencia al menos 10
veces más exacto que el sensor que se calibra
111.3 Características estáticas (2)
- Medidas de error
- Error Valor medido - Valor real
-
-
-
121.3 Características estáticas (3)
- Medidas de error (cont.)
- Ejemplo Sensor de posición de clase 0.2 y
alcance 10 mm ? error inferior a 20 mm en el
rango de medida - Las medidas han de expresarse de forma coherente
con la precisión de los aparatos de medida - 20ºC ? 1ºC OK
- 20ºC ? 0.1ºC ?
- 20.5ºC ? 1ºC ?
131.3 Características estáticas (4)
- Fidelidad
- Capacidad de un instrumento de medida de dar el
mismo valor de la magnitud medida al medir varias
veces en unas mismas condiciones determinadas - Fidelidad condición necesaria pero no suficiente
para exactitud - Repetibilidad
- Fidelidad cuando las medidas se realizan en un
intervalo de tiempo corto. Cuantitativamente es
el percentil del 95 de la diferencia entre dos
resultados individuales (si no se indica otro
como el 99)
141.3 Características estáticas (5)
- Deriva
- Variación de la salida a lo largo del tiempo
- Deriva de cero variación de la salida con
entrada nula - Deriva del factor de escala variación de la
sensibilidad - Sensibilidad o factor de escala
- Pendiente de la curva de calibración
- Puede ser constante o no a lo largo de la escala
de medida
151.3 Características estáticas (6)
- Ejemplo
- En los sensores interesa tener una sensibilidad
alta y constante
161.3 Características estáticas (7)
- Linealidad grado de coincidencia entre la curva
de calibración y una línea recta determinada
171.3 Características estáticas (8)
- Linealidad (cont.)
- La linealidad facilita la conversión a unidades
físicas de la medida - Con la utilización de microprocesadores puede
interesar más la repetibilidad que la linealidad - Resolución incremento mínimo de la entrada que
produce un cambio detectable en la salida. Cuando
el incremento de la entrada se produce desde cero
se habla de umbral - Histéresis diferencia en la salida para una
misma entrada, según la dirección en la que se
alcance
181.3 Características estáticas (9)
- Errores aleatorios y sistemáticos
191.3 Características estáticas (9)
- Errores aleatorios y sistemáticos (cont.)
- Los errores sistemáticos se pueden corregir
mediante calibración y analizando el
procedimiento de medida - Los errores aleatorios se corrigen promediando
varias medidas realizadas en las mismas
condiciones (teorema del límite)
201.4 Características dinámicas (1)
- La presencia de inercias (masas,
inductancias,...), capacidades (eléctricas,
térmicas, ...) y en general elementos que
almacenen energía hace que la respuesta de un
sensor a señales de entrada variables en el
tiempo sea distinta a la descrita por su
característica estática - Error dinámico diferencia entre el valor
indicado y el valor exacto de la variable medida,
siendo nulo el error estático - Velocidad de respuesta indica la rapidez con que
el sistema de medida responde a los cambios de la
variable de entrada. Puede ser un aspecto
importante en sistemas de control - Para describir el comportamiento dinámico de un
sensor se utiliza su función de transferencia ?
sistemas lineales
211.4 Características dinámicas (2)
- Sistemas de medida de orden cero
- y(t) k x(t)
- El sistema queda caracterizado por su
sensibilidad (constante) k - El error dinámico es nulo
- El retardo es nulo
- Es necesario que el sensor no incluya ningún
elemento que almacene energía - Ejemplo potenciómetros para la medida de
desplazamiento
221.4 Características dinámicas (3)
- Sistemas de medida de primer orden
-
- Sensibilidad estática
- Constante de tiempo
- Pulsación propia
231.4 Características dinámicas (4)
- Sistemas de medida de primer orden (cont.)
-
241.4 Características dinámicas (5)
- Sistemas de medida de primer orden (cont.)
-
251.4 Características dinámicas (6)
- Sistemas de medida de primer orden (cont.)
- Ejemplo termómetro basado en elemento de masa M
(kg), calor específico Cp (J/(kg K)), área de
transmisión de calor A y coeficiente de
transmisión de calor por convección h (W/(m2K)) - Calor de entrada - Calor de salida Calor
acumulado - siendo Te la temperatura externa, Ti la
temperatura interna del sensor y suponiendo que
no se pierde calor por los hilos de conexión - Queda
-
Capacidad calorífica
Resistencia a la transmisión de calor