1. Introducción a La Instrumentación

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Instrumentacion

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1. Introduccin a la Instrumentacin. IT Apizaco.Enero 2015Definiciones y conceptosEn todos estos procesos, es absolutamente necesario controlar y mantener constantes algunas magnitudes, tales como la presin, el caudal, el nivel, la temperatura, el pH, la conducvidad, la velocidad, la humedad, el punto de roco, etc. Los instrumentos de medicin y control permiten el mantenimiento y la regulacin de estas constantes en condiciones ms idneas que las que el propio operador podra realizar.

La principal desventaja del lazo abierto es la prdida de exactitud. No hay garanta de que la entrada manual al proceso sea la adecuada para llevar la variable al punto de consigna deseado.

Definiciones en controlLos instrumentos de control empleados en las industrias de proceso tales como qumica, petroqumica, alimenticia, metalrgica, energtica, textil, papel, etc., tienen su propia terminologa; los trminos empleados dependen las caractersticas propias de medida y de control y las estticas y dinmicas de los diversos instrumentos utilizados:Indicadores, registradores, controladores, transmisores y vlvulas de control.

Campo de medida (range)Es el espectro o conjunto de valores de la variable medida que estn comprendidos dentro de los lmites superior e inferior de la capacidad de medida, de recepcin o de transmisin del instrumento. Viene expresado estableciendo los dos valores extremos.

Determinar el campo de los instrumentos5Alcance (Span)Es la diferencia algebraica entre los valores superior e inferior del campo de medida del instrumento.

Determinar el Span de los instrumentosErrorEs la desviacin que presentan las medidas prcticas de una variable de proceso con relacin a las medidas tericas o ideales, como resultado de las imperfecciones de los aparatos y de las variables parsitas que afectan al proceso.Error EjemploEl error obtenido al medir un caudal con un diafragma, un transmisor electrnico de 4-20 mA c.c., un receptor y un integrador electrnicos es de:

Calcular el error total posible en la medicin.

Incertidumbre de la medida (uncertainty).Resultante de la calibracin de un instrumento de campo o laboratorio con un instrumento patrn en donde se determina el error del instrumento y debido a que el instrumento patrn tambin cuenta con un error, tambin se considera que al realizar la comparacin de medidas, existen diferentes fuentes de error.Entre las fuentes de incertidumbre se encuentran:Influencia de las condiciones ambientales.Lecturas diferentes de instrumentos analgicos realizadas por los operadores.Variaciones en las observaciones repetidas de la medida en condiciones aparentemente idnticas.Valores inexactos de los instrumentos patrn.Muestra del producto no representativa. Por ejemplo, en la medida de temperatura con un termmetro patrn de vidrio, la masa del bulbo cambia la temperatura de la muestra del proceso cuya temperatura desea medirse.La incertidumbre es la dispersin de los valores que pueden ser atribuidos razonablemente al verdadero valor de la magnitud medida.

Clculo de incertidumbre :

Ejercicio. Calcular la incertidumbre de la medicin de la siguiente serie de datos consistente en las masas de 98 filtros de policarbonato, medidas con una electrobalanza. 4.374.414.54.44.444.434.424.44.474.524.394.454.444.454.484.444.464.434.44.434.424.434.44.314.444.394.444.434.474.474.394.414.474.414.434.414.44.424.384.444.384.444.464.454.44.444.414.444.434.364.474.464.484.464.424.434.394.384.434.354.454.374.374.474.414.454.414.394.444.44.464.44.424.44.474.414.364.444.44.414.344.44.444.364.364.364.474.484.444.54.474.434.334.364.484.384.414.41Exactitud (accuracy)Definiciones:Es la cualidad de un instrumento de medida por la que tiende a dar lecturas prximas al valor verdadero de la magnitud medida.La exactitud (accuracy) define los lmites de los errores cometidos cuando el instrumento se emplea en condiciones normales de servicio durante un perodo de tiempo determinado (normalmente 1 ao). La exactitud se da en trminos de inexactitud, es decir, un instrumento de temperatura de 0-100 C con temperatura del proceso de 100 C y que marca 99,98 C se aproxima al valor real en 0,02 C, o sea tiene una inexactitud de 0,02 C.formas para expresar la exactitud:Tanto por ciento del alcance, campo de medida (range).Directamente, en unidades de la variable medida.Tanto por ciento de la lectura efectuada.Tanto por ciento del valor mximo del campo de medida.Tanto por ciento de la longitud de la escala.PrecisinEs la cualidad de un instrumento por la que tiende a dar lecturas muy prximas unas a otras, es decir, es el grado de dispersin de las mismas.

Zona muerta (dead zone o dead band) Sensibilidad (sensitivity)Zona MuertaEs el campo de valores de la variable que no hace variar la indicacin o la seal de salida del instrumento, es decir, que no produce su respuesta.Se especifica en funcin al tanto por ciento del alcance de la medida.SensibilidadEs la razn entre el incremento de la seal de salida o de la lectura y el incremento de la variable que lo ocasiona, despus de haberse alcanzado el estado de reposo.Se especifica en tanto por ciento del alcance de la medida.P.ej. Si en un transmisor electrnico de 0-10 bar, la presin pasa de 5 a 5,5 bar y la seal de salida de 11,9 a 12,3 mA c.c., la sensibilidad es el cociente:

Repetibilidad (repeatibility)Es la capacidad de reproduccin de las posiciones de la pluma o del ndice o de la seal de salida del instrumento, al medir repetidamente valores idnticos de la variable en las mismas condiciones de servicio y en el mismo sentido de variacin, recorriendo todo el campo.La repetibilidad es sinnimo de precisin. A mayor repetibilidad, es decir, a un menor valor numrico (por ejemplo, si en un instrumento es 0,05% y en otro es 0,005%, este segundo tendr ms repetibilidad), los valores de la indicacin o seal de salida estarn mas concentrados, es decir, habr menos dispersin y una mayor precisin.

Ejercicio. Calcular la repetibilidad de un manmetro de 0-10 bar con los siguientes datosVariableIndicacin0.50.50211.0061.51.50922.0082.52.50633.0073.53.50344.0064.54.50755.015.55.50566.0066.56.50177.0037.57.50488.0098.58.50899.0081010.005xixHistresis (hysteresis)Otros conceptosCampo de medida con elevacin de cero. Es aquel campo de medida en el que el valor cero de la variable o seal medida es mayor que el valor inferior del campo.Campo de medida con supresin de cero. Es aquel campo de medida en el que el valor cero de la variable o seal medida es menor que el valor inferior del campo.Elevacin de cero. Es la cantidad con que el valor cero de la variable supera el valor inferior del campo. Puede expresarse en unidades de la variable medida o en % del alcance.Supresin de cero. Es la cantidad con que el valor inferior del campo supera el valor cero de la variable. Puede expresarse en unidades de la variable medida o en % del alcance.Deriva. Es una variacin en la seal de salida que se presenta en un perodo de tiempo determinado mientras se mantienen constantes la variable medida y todas las condiciones ambientales.Otros conceptosFiabilidad. Medida de la probabilidad de que un instrumento contine comportndose dentro de lmites especificados de error a lo largo de un tiempo determinado y bajo unas condiciones especificadas. Resolucin. Es la menor diferencia de valor que el instrumento puede distinguir. En los instrumentos analgicos interviene el operador segn donde observe la posicin de la aguja, su error de paralaje en la lectura efectuada y la distancia entre los valores marcados en la escala.Resolucin infinita. Capacidad de proporcionar una seal de salida progresiva y continua en todo el campo de trabajo del instrumento.Trazabilidad. Propiedad del resultado de las mediciones efectuadas con un instrumento o con un patrn, tal que puede relacionarse con patrones nacionales o internacionales, mediante una cadena ininterrumpida de comparaciones y con todas las incertidumbres determinadas.Ruido. Cualquier perturbacin elctrica o seal accidental no deseada que modifica la transmisin, indicacin o registro de los datos deseados. Un caso especial es la interferencia de radiotransmisores RFI (Radio Frequency Interference). Puede expresarse en unidades de la seal de salida o en tanto por ciento del alcance.Linealidad. La aproximacin de una curva de calibracin a una lnea recta especificada.Otros conceptosLinealidad basada en puntos. Falta de linealidad expresada en forma de desviacin mxima con relacin a una lnea recta que pasa a travs de los puntos dados correspondientes al cero y al 100% de la variable medida.Temperatura de servicio. Campo de temperaturas en el cual se espera que trabaje el instrumento dentro de unos lmites de error especificados.Vida til de servicio. Tiempo mnimo especificado durante el cual se aplican las caractersticas de servicio continuo e intermitente del instrumento sin que se presenten cambios en su comportamiento, ms all de tolerancias especificadas.Reproductibilidad. Capacidad de reproduccin de un instrumento de las medidas repetitivas de la lectura o seal de salida para el mismo valor de la variable medida alcanzado en ambos sentidos, en las mismas condiciones de servicio y a lo largo de un perodo de tiempo determinado. Por ejemplo, un valor representativo sera 0,2% del alcance de la lectura o seal de salida a lo largo de un perodo de 30 das.Respuesta frecuencial. Variacin con la frecuencia de la relacin de amplitudes seal de salida/variable medida (y de la diferencia de fases entre la salida y la variable medida) para una medida de variacin senoidal aplicada a un instrumento dentro de un campo establecido de frecuencias de la variable medida. Se especifica usualmente como "dentro de ...% de ... a ... Hz".

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