Instituto tecnolgico Superior de Rioverde

Resumen.-

Introduccin a los sistemas de medida

ISC. Juan Carlos Aguilar Salazar

Oscar Alejandro Salazar Martnez

Sistemas programables

7mo semestre

Lunes 25 de agosto de 2014Introduccin a los sistemas de medida

Se denomina sistema a la combinacin de dos o ms elementos, subconjuntos y partes necesarias para realizar una o varias funciones, en los sistemas de medida, esta funcin es la asignacin objetiva y emprica de un nmero a una propiedad o cualidad de un objeto o evento, de tal forma que la describa. Es decir el resultado de la observacin debe ser: independiente del observador (objetiva), basada en la experimentacin (emprica), y de tal forma que exista una correspondencia entre las relaciones numricas y las relaciones entre las propiedades descritas.Se denomina transductor, en general, a todo dispositivo que convierte una seal de una forma fsica en una seal correspondiente pero de otra forma fsica distinta. Es un dispositivo que convierte un tipo de energa en otro. Dado que hay 6 tipos de seales: mecnicas, trmicas, magnticas, elctricas, pticas y moleculares (qumicas), cualquier dispositivo que convierta una seal de un tipo en una seal de otro tipo debera considerarse un transductor.Los acondicionadores de seal, adaptadores o amplificadores, en sentido amplio, son los elementos del sistema de medida que ofrecen, a partir de la seal de salida de un sensor electrnico, una seal apta para ser presentada o registrada o que simplemente permita un procesamiento posterior mediante un equipo o instrumento estndar. Consisten normalmente en circuitos electrnicos que ofrecen, entre otras funciones, las siguientes: amplificacin, filtrado, adaptacin de impedancias y modulacin o demodulacin.Con el trmino interfaz se designa en ocasiones, el conjunto de elementos que modifican las seales, cambiando incluso el dominio de datos, pero sin cambiar su naturaleza, es decir, permaneciendo siempre en el dominio elctrico.Se denomina dominio de datos al nombre de una magnitud mediante la que se representa o transmite informacin.El nmero de sensores disponibles para las distintas magnitudes fsicas es tan elevado que no se puede proceder racionalmente a su estudio sin clasificarlos de acuerdo a algn criterio. Segn el aporte de energa, los sensores se pueden dividir en moduladores y generadores, segn la seal de salida, los sensores se clasifican en analgicos o digitales, segn el modo de funcionamiento, pueden ser por deflexin o de comparacin.El comportamiento del sistema de medida viene condicionado por el sensor empleado. Es por ello importante describir las caractersticas de los sensores. La exactitud es la cualidad que caracteriza la capacidad de un instrumento de medida de dar indicaciones que se aproximen al verdadero valor de la magnitud de medida. La discrepancia entra la indicacin de instrumento y el verdadero valor de la magnitud medida se denomina error, la fidelidad es la cualidad que caracteriza la capacidad de un instrumento de medida de dar el mismo valor de la magnitud medida, al medir varias veces en unas mismas condiciones determinadas, la repetibilidad se refiere al mismo hecho, pero cuando las medidas se realizan en un intervalo de tiempo corto, la reproductibilidad se refiere tambin al grado de coincidencia entre distintas lecturas individuales, la sensibilidad o factor de escala es la pendiente de la curva de calibracin, que puede ser o no constate a lo largo de la escala de medida. La calibracin esttica de un sensor permite detectar y corregir los denominados errores sistemticos, se dice que un error es sistemtico cuando en el curso de varias medidas de una magnitud de un determinado valor, hechas en las mismas condiciones, o bien permanece constante en valor absoluto y signo, o bien vara de acuerdo con una ley definida cuando cambian las condiciones de medida.Los errores aleatorios son los que permanecen una vez eliminadas las causas de errores sistemticos, se manifiestan cuando se mide repetidamente la misma magnitud, con el mismo instrumento y el mismo mtodo. Los errores aleatorios se denominan tambin errores accidentales o fortuitos.La presencia de inercias (masas, inductancias), capacidades (elctricas, trmicas, fluidas, etc.) y, en general, de elementos que almacenan energa, hace que la respuesta de un sensor a seales de entrada variables sea distinta a la que presenta cuando las seales de entrada son constantes.La descripcin del comportamiento del sensor se hace en este caso mediante las denominadas caractersticas dinmicas: error dinmico y velocidad de repuesta (retardo). El error dinmico es la diferencia entre el valor indicado la velocidad de respuesta (retardo). El error dinmico es la diferencia entre el valor indicado y el valor exacto de la variable de medida, siendo nulo el error esttico.La velocidad de respuestas indica la rapidez con que el sistema de medida responde a los cambiones en la variable de entrada.Para poder determinar las caractersticas dinmicas de un sensor, hay que aplicar a su entrada una magnitud variable, esta puede ser de muchas formas distintas, pero lo normal y suficiente para un sistema lineal (cuando se cumple el principio de la superposicin) es estudiar la respuesta frente a una entrada transitoria (impulso, escaln, rampa), peridica (senoidal) o aleatoria (ruido blanco).Los sensores primarios son los dispositivos que permiten obtener una seal transducible a partir de la magnitud fsica a medir. Desde el punto de vista de los dominios de informacin, pueden contemplarse como elementos cuya entrada y salida pertenecen ambas al dominio fsico, mientras que los sensores electrnicos operan sobre su salida para hacer el paso al dominio elctrico.Se denomina bimetal a toda pieza formada por dos metales con distinto coeficiente de dilatacin trmica unidos firmemente, por ejemplo, mediante soldadura autgena, y sometidos a la misma temperatura. La medida de presiones en lquidos o gases es una de las mas recuentes, particularmente en control de procesos. La presin es una fuerza por unidad de superficie, y para su medida se procede bien a su comparacin con otra fuerza conocida.Se denomina flujo (flow) al movimiento de fluidos por canales o conductos abiertos o cerrados. El caudal (flow rate) es la cantidad de material, en peso o volumen, que fluye por unidad de tiempo. Las medidas de caudal estn presentes en todos los procesos de transporte de materia y energa mediante fluidos.El mtodo ms simple para medir el nivel de un lquido es sumergir una regla graduada y ver la longitud que queda mojada al extraerla, pero no se presta fcilmente a la automatizacin. Para obtener una seal elctrica se puede emplear un flotador con una conexin mecnica que, en virtud del principio de Arqumedes, convierte el desplazamiento de la superficie libre en una fuerza o par, y estos en un ngulo de giro.Un mtodo para medir una fuerza (o un par de fuerzas) consiste en compararla con otra conocida con exactitud, como se hace en las balanzas. Otro mtodo consiste en medir el efecto de la fuerza sobre un elemento elstico, denominado clula de carga.Los sensores se basan en fenmenos fsicos o qumicos y en materiales donde dichos fenmeno se manifiestan de una forma til, es decir, con sensibilidad, repetibilidad y especificidad suficientes, los fenmenos pueden ser relativos al material en si o a su disposicin geomtrica y muchos de ellos son conocidos desde hace tiempo.Hay dos tipos de conductores: los electrnicos, que son los metales y sus aleaciones, y los inicos, que son los electrolitos (soluciones, acuosas o no, de cidos, bases o sales). La movilidad de los electrones en los metales es relativamente pequea debido a las vibraciones aleatorias de los ncleos atmicos de la red. Los metales y aleaciones se emplean como sensores por sus propiedades termoelctricas, por la variacin de su conductividad con la temperatura y la deformacin, o simplemente porque su alta conductividad elctrica facilita la formacin de circuitos donde una variable a medir produce cambios detectables.

BibliografaAreny, R. P. (2003). Sensores y acondicionadores de seal. Marcombo.