Instrumentacin Electrnica: Introduccin - PowerPoint PPT Presentation

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Instrumentacin Electrnica: Introduccin

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... indicado y el valor exacto de la variable medida, siendo nulo el error est tico ... El error din mico es nulo. El retardo es nulo ... – PowerPoint PPT presentation

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Title: Instrumentacin Electrnica: Introduccin


1
Instrumentación ElectrónicaIntroducción
2
1.1 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,
    ...)

3
1.1 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
4
1.1 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

5
1.1 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

6
1.2 Tipos de sensores (1)
  • Clasificación de sensores

7
1.2 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

8
1.2 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

9
1.2 Tipos de sensores (4)
10
1.3 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

11
1.3 Características estáticas (2)
  • Medidas de error
  • Error Valor medido - Valor real

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1.3 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 ?

13
1.3 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)

14
1.3 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

15
1.3 Características estáticas (6)
  • Ejemplo
  • En los sensores interesa tener una sensibilidad
    alta y constante

16
1.3 Características estáticas (7)
  • Linealidad grado de coincidencia entre la curva
    de calibración y una línea recta determinada

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1.3 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

18
1.3 Características estáticas (9)
  • Errores aleatorios y sistemáticos

19
1.3 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)

20
1.4 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

21
1.4 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

22
1.4 Características dinámicas (3)
  • Sistemas de medida de primer orden
  • Sensibilidad estática
  • Constante de tiempo
  • Pulsación propia

23
1.4 Características dinámicas (4)
  • Sistemas de medida de primer orden (cont.)

24
1.4 Características dinámicas (5)
  • Sistemas de medida de primer orden (cont.)

25
1.4 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
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