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Resumen de automatizacin en instrumentacin

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Instrumentacin Industrial Tema 10: Calibracin de instrumentos

Instrumentacin Industrial Tema 10: Calibracin de instrumentos

NDICE TEMA 10: Calibracin de instrumentos.

10.1 Generalidades.10.2 Errores de los instrumentos, procedimiento general de calibracin.10.3 Calibracin de instrumentos de presin, caudal y nivel.10.3.1 Presin.10.3.2 Caudal.10.3.3 Nivel.10.4 Calibracin de instrumentos de temperatura.10.4.1 Pirmetros de radiacin.10.4.2 Transmisores de temperatura inteligentes.10.4.3 Calibradores universales de temperatura.10.5 Calibracin de vlvulas de control.10.6 Calibracin de instrumentos digitales.10.6.1 Controlador universal.10.6.2 Resto de instrumentos.10.7 Mantenimiento de instrumentos.10.8 Normativa de calidad aplicada a la instrumentacin.10.8.1 ISO:9001.

10.1 Generalidades.

Los instrumentos siempre miden, transmiten y/o controlan las variables que intervienen en el proceso, habiendo siempre una relacin entre la variable de entrada y la salida.

Esta relacin puede que se encuentre en los internos del instrumento (cuando es ms complejo), ya que los controladores electrnicos suelen estar fabricados por varios mdulos o bloques.

Figura 1: Relacin entrada/salida en varios instrumentos.

Existir siempre una correspondencia, de manera que siempre que corresponda exactamente al valor de la variable de entrada, se estar realizando una medida correcta. Como no es posible, siempre se mantendr dentro de unos lmites dentro de la exactitud.

10.2 Errores de los instrumentos, procedimiento general de calibracin.

En un instrumento ideal, la relacin entre los calores reales y los de la lectura son lineales. Se considera pues que un instrumento est bien calibrado cuando en todos los puntos de su campo de medida, la diferencia entre el valor real de la variable y el indicado/transmitido est dentro de un margen de exactitud.

Figura 2: Curva variable real-lectura.

En la imagen anterior se ve la condicin del error esttico.

Las desviaciones de la curva variable real/lectura de un tpico con relacin a la recta ideal representan los errores de medida del aparato y pueden componerse individualmente o de forma combinada de los siguientes tipos de error:

Error de cero: todas las lecturas o seales de salida suelen estar desplazadas un mismo valor con relacin a la recta ideal, donde el desplazamiento puede ser positivo o negativo (por lo que se realiza un cambio del punto de partida).

Error de multiplicacin: todas las lecturas o seales de salida aumentan o disminuyen progresivamente con relacin a una recta representativa, sin que el punto de partida se modifique.

Error de angularidad: la curva coincide con los puntos 0% y 100% de la recta, pero se aparta en los valores centrales, teniendo la mxima desviacin a mitad de escala.

Figura 3: Errores de cero, multiplicacin y de angularidad.

Como se comenta, los instrumentos pueden ajustarse para que se corrijan estos errores, sealando que algunos por su construccin no pueden tener error de angularidad.

El error de cero se corrige con el llamado tornillo de cero que modifica directamente la posicin final de ndice, la pluma o seal de salida del instrumento. En algunos, como el manmetro, es posible extraer el ndice y fijarlo al eje de lectura en otra posicin (siempre que no sea de los especiales).

El error de multiplicacin se corrige actuando sobre el tornillo de multiplicacin (span), que modifica directamente la relacin de amplitud de movimientos de la seal de salida (ndice o pluma), es decir que aumenta o disminuye, progresivamente, las lecturas sobre la escala.

EL error de angularidad se presenta prcticamente slo cuando el instrumento tiene una transmisin por palancas de movimiento del elemento primario o de la variable medida, al ndice de lectura o registro. En los instrumentos electrnicos o digitales no existe (por lo que indica de entrada si existe un defecto). Se corrige bien cuando se procede al escuadrado del mecanismo (en la misma direccin).

Sentadas las bases, el procedimiento general sera el siguiente:

Figura 4: Mtodo general de calibracin.

1) Se sita al variable en el valor mnimo del campo de medida y se ajusta el 0 hasta que seale la base.

2) Posteriormente al mximo y su ajusta la multiplicacin (1 y 2 se repiten varias veces).

3) Si existe error de angularidad, ajustar hasta desplazar el centro del ndice a la direccin correcta (valor mximo y mnimo).

4) Reajustar nuevamente, hasta conseguir la exactitud deseada o requerida, comprobando los puntos intermedios del 25%, 50% y 75% (como mnimo).

Tambin se suelen comprobar el 10% y el 90% de la escala con el fin de disponer de ms holgura en la calibracin al principio/final de la escala, sobre todo en indicadores.

Hay tornillos que varan con el tipo de instrumento o carecen de ellos, como es el caso de los termmetros bimetlicos (slo cero) o los electrnicos (cero y multiplicacin).En la calibracin de manmetros, es necesario extraer la aguja a no ser que tenga un engranaje de accionamiento exterior, ya que podra deteriorarse.

En los instrumentos digitales, los datos de calibracin estn almacenados en la EPROM y corregidas ante no linealidades de los sensores para toda la vida til del instrumento (normalmente unos 126 puntos, en los punto 0%, 25%, 50%, 75% y 100%). Es tan sencillo como llevar un porttil con un teclado alfanumrico y conexin por infrarrojos o cables.

El caso es que puede ajustarse con un comunicador, con su nmero de identificacin del instrumento y los valores inferior/superior del campo de medida. Otros errores formarn parte del observador (analgicos).

Figura 5: Valores generales de calibracin de instrumentos.

Error de paralaje: se produce cuando el observador efecta una lectura de modo que la lnea de observacin no es perpendicular a la escala del instrumento.

Error de interpolacin: se produce cuando el ndice no coincide con la graduacin de la escala.

Estos errores anteriores, no existen en los instrumentos de salida digital.

La calibracin de los instrumentos requiere disponer de patrones y dispositivos de comprobacin en el taller de instrumentos con una exactitud 4 veces mayor de los que se van a calibrar.

10.3 Calibracin de instrumentos de presin, caudal y nivel.

10.3.1 Presin.

Para calibrar instrumentos de presin, hay varios dispositivos que emplean un manmetro patn de alta exactitud, de 0,2% en toda la escala, con un dial especular, finura de ndice, compensacin de temperatura por un bimetal y de tubo Bourdon.

La calibracin peridica de los manmetros patrn se consigue mediante el comprobador de pesas (llamado peso muerto), que consiste en una bomba de aceite con dos conexiones de salida, una conectada al patrn y otra al cuerpo del cilindro dentro del cual hay un pistn de seccin calibrada.

Existen tipos de pistones de baja y alta presin (0-20, 20-100, 30-150, 70-350bar).

Un comprobador de manmetros de pesas puede alcanzar una exactitud del 0,6% de exactitud y las pesas pueden certificarse a 0,008%, por lo que en general puede alcanzar un 0,1% del error total.

Figura 6: Peso muerto, porttil y digital.

Funciona satisfactoriamente si el proceso tiene una velocidad de reaccin lenta y posee un tiempo de retardo mnimo. Tambin, en las dos posiciones extremas, permiten una salida un poco mayor y menor (respectivamente) de los valores de la entrada-salida.

En el ejemplo del termostato, que cierra y abre un contacto elctrico accionando una vlvula de solenoide es el ejemplo ms claro, siendo el controlador neumtico, electrnico o digital con dos nicas seales de salida.

En el caso del comprobador de manmetros digitales, consiste en un tubo Bourdon con un espejo que refleja una fuente luminosa sobre un par de fotodiodos equilibrados, generando una seal de corriente que crea un par igual (de sentido contrario) al tubo. Una resistencia de exactitud del comprobador de manmetros alcanza un 0,003% de toda la escala y una estabilidad del 0,005% en la lectura. Si disponen de potencimetros y una servovlvula, se dispone de un comprobador de presin de exactitud.

Los calibradores porttiles sirven como sustituto al banco de pruebas (hasta 20bar), con una bomba manual que generan vacos de -800mbar.

Hay maletas de calibracin neumticas que consisten en un pequeo compresor de aire sin aceite (aros de grafito) apto para alimentar 2-3 instrumentos a 2kg/cm2, con la ventaja que se puede realizar en campo. Para bajas presiones, 1 bar o vaco, se emplean columnas de mercurio porttiles o de fijacin manual, de hasta 2,5 metros de longitud.

Los transmisores de presin inteligentes son compatibles con sensores de capacidad o piezorresistivos (convertirdor analgico-digital), normalmente se seleccionan los parmetros de operacin y se puede operar aplicando una presin estndar. Los modelos existentes disponen de autodiagnstico y permiten la configuracin y comprobacin remotas del transmisor por un intercomunicador.

Se suele tomar el lazo y generar una corriente 4-20mA (forzar un instrumento), para ver en qu estado se encuentra.

10.3.2 Caudal.

Los instrumentos de presin diferencial de medida de caudal utilizan una columna de agua o mercurio y un compresor (fuente de aire de planta). Imaginemos un transmisor de presin diferencia con 2500 mmca que se conecta a un tubo de alta presin y la baja a atmsfera, para ello, los valores intermedios deben ser introducidos con posterioridad.

Los rotmetros no pueden calibrarse, slo se pueden comprobar (excepto el transmisor).

Figura 7: Relacin presin diferencial-caudal.

Los instrumentos de presin diferencial de medida de caud