instrumentación electrónica asignatura

Instrumentación Electrónica

1

Instrumentación ElectrónicaMaterial docente de la asignatura (teoría)

Prof. Dr. Diego Ramírez Muñoz


2

CONTENIDO

II.- Las etapas de sensado y acondicionamiento electrónico.

IV.- Las interferencias en un sistema de medida.

III.- Adquisición de señales en un sistema de medida.

I.- Introducción y conceptos básicos.


3

I.- Introducción y conceptos básicos.

CURSO

CONOCIMIENTOS ADQUIRDOS

1.-Introducción. Principios generales de los sistemas de medida.

1.1. Conceptos generales y terminología.

1.2. Características estáticas de un sistema de medida.

1.3. Características dinámicas de un sistema de medida.

1.4. Características de entrada.

1.5. Criterios de clasificación de los sensores.

1.6.- Sensores primarios.


4


IntroducciónParte de la Electrónica que tiene como objetivo la observación y medida del universo físico (sea de tipo eléctrico o no) empleando herramientas (instrumentos y equipos) electrónicos.

Medida

Proceso empírico y objetivo de asignación de números a las propiedades de los objetos o acontecimientos del mundo real, de forma que sirva para describirlos.

Empírico

Está basado en la experimentación

Objetivo

No depende del observador

1.- Principios generales de los sistemas de medida


5

Sistema de Medida

Un sistema es un conjunto de elementos o partes simples relacionadas entre sí con una función o acción determinadas. En el caso de los sistemas de medida esta función es medir.



6

Variable o propiedad física

SENSOR

ACONDICIONADOR

TRANSMISIÓN

ADQUISICIÓN

TRANSMISIÓN

PROCESAMIENTO

PRESENTACIÓN ALMACENAMIENTO

ALIMENTACIÓN

FIABILIDAD

MANTENIMIENTO



7

Sensado: Esta función extrae la información referida a una propiedad del sistema físico dando una señal que tiene una relación de transferencia respecto a la propiedad a medir.

Acondicionamiento: Encargada de transformar la señal de sensado en otra de tipo electrónico (corriente, tensión, frecuencia) que sea más fácilmente tratable para las etapas de procesamiento.

Transmisión: Función en el sistema de medida consistente en la interconexión de las diferentes etapas con objeto que circule la información a su través.

Adquisición: Consiste en retener y codificar la información de forma conveniente para su tratamiento posterior.

Procesamiento: Consiste en extraer de la señal adquirida la información que se quiere presentar. En función de la complejidad de esta información será necesario utilizar un procesamiento analógico o digital.

Registro: Las señales pueden ser registradas para su uso inmediato o para un tratamiento posterior.

Representación: Es la interfaz entre el sistema de medida y las facultades de percepción humanas. En ella, las unidades de representación visual analógica o digital, los monitores, registradores etc., son típicos representantes de esta función.

Alimentación energética: Encargada de suministrar el consumo energético del sistema de medida. Es una etapa alejada del proceso de medición y que suministra de forma estable y precisa el consumo energético requerido para el sistema de medida.



8

Características estáticasSe llaman características estáticas de un sistema de medida o de un instrumento a aquellas propiedades que se derivan del comportamiento del sistema frente a señales o excitaciones externas que son constantes con el tiempo.

Exactitud: Es la propiedad del instrumento de dar una medida que se aproxime al verdadero valor o valor exacto. El valor exacto es el que se obtendría si la magnitud fuera medida con un método ejemplar. Este método ejemplar es un método determinado y acordado por una comisión de expertos o el suministrado por un instrumento de calidad.

La exactitud de un instrumento se determina mediante la calibración estática. Esta consiste en variar la entrada del sistema de medida lentamente seleccionando valores constantes dentro del marco de medida e ir anotando los valores que toma la salida. La representación de los valores de la magnitud de entrada define la curva de calibración. Es preciso tener un patrón de referencia para conocer el valor de la magnitud de entrada. Fidelidad: Es la propiedad de un instrumento de dar el mismo valor de la magnitud de medida cualquier número de veces que se haga, estén o no alejadas del valor exacto. Repetibilidad: Se refiere al mismo hecho pero cuando las medidas se realizan en un intervalo de tiempo corto.Reproducibilidad: Se refiere al mismo hecho pero en un intervalo de tiempo largo (medidas efectuadas a largo plazo, por diferentes personas, en diferentes laboratorios, etc.).Sensibilidad: Es la pendiente de la curva de calibración. Puede ser o no constante.Linealidad: Da el grado de coincidencia entre la curva de calibración y una línea recta determinada. Se habla de linealidad independiente, ajustada al cero, terminal, etc.Resolución: Es el incremento mínimo de la entrada que da lugar a un cambio a la salida. Histéresis: Es la diferencia en la salida para una misma entrada según el sentido de variación de la entrada.



9

Características dinámicas

Son las obtenidas cuando el sistema de medida se somete a señales variables con el tiempo.

Error dinámico: Es la diferencia entre el valor indicado y el valor exacto de la variable medida.

Velocidad de respuesta: Indica la rapidez con que el sistema de medida responde a los cambios en la variable de entrada.

Señales de test

• Impulso, escalón, rampa Estudio transitorio.

• Senoide Estudio estacionario.

• Ruido blanco Inmunidad al ruido.



10

Características de entrada (impedancia de entrada)

• El instrumento ha de extraer el mínimo de energía del entorno de interés.

)()()(

2

1

pXpXpZ =

P X X= ⋅1 2

X1: Variable esfuerzo (tensión eléctrica). X2: Variable flujo (corriente eléctrica).

X1 ? X2 ↓↓ Z ↑↑ ↓↓

X2 ? X1 ↓↓ Z ↓↓



11

Criterios de clasificación de los sensores

1o. Según el origen de la energía de la salida.• Moduladores la salida procede de la modulación de la energía de la alimentación.• Generadores la salida procede de la energía de la entrada o sistema en el que sensan.

2o. Según el tipo de señal a la salida Sensores analógicos y sensores digitales.

3º. Según el tipo de funcionamiento. • Deflexión la medida se realiza rompiendo una situación de equilibrio.• Comparación la medida se realiza alcanzando una situación de equilibrio.

4º. Según la relación entrada-salida Orden de la función de transferencia (1º, 2º, etc.)



12

Criterios de clasificación de

los sensores

5º Criterio físico 6º Criterio electrónico

Clasificación según el

mesurando de interés

Clasificación según el parámetro eléctrico

sensible al mesurando de interés

Sensores de presión, tª, humedad,

vibración, posición, flujo, ……..

Sensores de resistencia variable,

reactancia variable, generadores, otros.



13

Sensor

primarioVariable no eléctrica Variable no eléctrica

Su estudio se aborda según el criterio físico de clasificación

BimetalesBimetales Sensores de flujo y caudal

Sensores de flujo y caudal

Sensores de presión

Sensores de presión

Sensores primarios



14

Bimetales

Diferente coef. de dilatación da lugar a una curvatura al producirse un cambio de tª.

( ) ( )re

T TA B

≈⋅

⋅ − ⋅ −2

3 2 1α α

Sensores primarios

Pallás Areny, R.; "Sensores y acondicionadores de señal". 2ª ed. Marcombo, Barcelona 1994.



15

hP P

gref

=−

⋅ρ

Comparación con una presión de referencia.

Sensores

de presión

Sensores primarios




16

Detección de una deformación o desplazamiento.

Sensores

de presión

Sensores primarios

Pallás Areny, R.; "Sensores y acondicionadores de señal". 2ª ed. Marcombo, Barcelona 1994. Pallás Areny, R.; "Sensores y acondicionadores de señal". 2ª ed. Marcombo,

Barcelona 1994.



17

Sensores

de flujo y caudal hgv ⋅⋅= 22

Diferencia de presión causada cuando se introduce un objeto apropiado en el camino de circulación del fluido.

Tubo de Pitot Sensores primarios




18

Sensores

de flujo y caudal

Caudalímetro de obstrucción

El cambio de velocidad a ambos lados del estrechamiento provoca una diferencia de presión.

( )v

P P

AA

2

1 2

2

1

2

1=

⋅ −

−

ρ

Q A v A v= ⋅ = ⋅2 2 1 1

Sensores primarios




19

Sensores

de flujo y caudal

Se tiene una misma velocidad del fluido pero diferentes seccionestransversales.

Rotámetro

Sensores primarios




20

Sensores

de flujo y caudal

Vertederos de aforo

La aparición del estancamiento en las proximidades de la abertura origina una columna de agua de altura H.

Q K L H= ⋅ ⋅ 3 2/

Sensores primarios



instrumentación electrónica asignatura

Documents