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INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIAL

JAVIER EDUARDO MARTINEZ BAQUEROJAVIER EDUARDO MARTINEZ BAQUERO

INGENIERO ELECTRÓNICOINGENIERO ELECTRÓNICOINGENIERO ELECTRÓNICOINGENIERO ELECTRÓNICOUNIVERSIDAD DE LOS LLANOS

ESPECIALISTA EN INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICAESPECIALISTA EN INSTRUMENTACIÓN ELECTRÓNICAUNIVERSIDAD SANTO TOMÁS

MscMsc TECNOLOGÍA EDUCATIVA Y MEDIOS INNOVADORES PARA LA TECNOLOGÍA EDUCATIVA Y MEDIOS INNOVADORES PARA LA EDUCACIÓNEDUCACIÓN

UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BUCARAMANGAUNIVERSIDAD AUTÓNOMA DE BUCARAMANGAINSTITUTO TECNOLÓGICO DE MONTERREYINSTITUTO TECNOLÓGICO DE MONTERREY

CARACTERÍSTICAS DINÁMICASCARACTERÍSTICAS DINÁMICAS

Las características dinámicas de un sistema de medida describen sucomportamiento ante una entrada variable. Este comportamiento esdistinto al que presentan los sistemas cuando las señales de entrada sonconstantes debido a la presencia de inercias (masas, inductancias),capacidades (eléctricas, térmicas) y en general elementos que almacenanenergía.

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El tipo de entrada puede ser transitoria (impulso, escalón, rampa),periódica (senoidal) o aleatoria (ruido). La elección de una u otra dependedel tipo de sensor.

CARACTERÍSTICAS DINÁMICASCARACTERÍSTICAS DINÁMICAS

El comportamiento dinámico de un sensor viene descrito por su función detransferencia. En ocasiones el fabricante no proporciona todas lasespecificaciones dinámicas ya que la respuesta dinámica del sensor nodepende solo de él sino de la forma en que está siendo utilizado.

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CARACTERÍSTICAS DINÁMICASCARACTERÍSTICAS DINÁMICAS

Error momentáneo: No inmediatez en la respuesta del sistema, lo queocasiona una diferencia entre el valor esperado en cada momento y el querealmente se produce (no hay cambios en la señal de entrada).

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CARACTERÍSTICAS DINÁMICASCARACTERÍSTICAS DINÁMICAS

En sistemas cuya entrada varía constantemente, la salida lo hará tambiénpero con un retraso.

Cuando la salida pasa de un valor a otro en un momento dado, se lograráalcanzar el valor final, pero pasado un tiempo.

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CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS DE UN CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS DE UN

SISTEMA DE MEDICIÓNSISTEMA DE MEDICIÓN

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CARACTERÍSTICAS PARA LA ELECCIÓN DE UN SENSORCARACTERÍSTICAS PARA LA ELECCIÓN DE UN SENSOR

EVALUACIÓN DE LA RESPUESTA DINÁMICA

Es importante en el ámbito de la Instrumentación la respuesta de un sistema oequipo ante un cambio brusco de la variable de entrada (señal escalón) porqueestos incorporan los efectos dinámicos propios del sistema.

Caso ideal…….línea punteada

Respuesta de un sistema ante una entrada escalón

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Respuesta de un sistema ante una entrada escalón

EVALUACIÓN DE LA RESPUESTA DINÁMICA

Los sistemas pueden tener muchos tipos de respuestas al escalón, eso dependedel orden del numerador y el denominador de su Función de Transferencia.

La mayoría de los casos, la respuesta es similar a la que presentaría un sistemade primer orden o de segundo orden (en el denominador).

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CARACTERÍSTICAS DINÁMICASCARACTERÍSTICAS DINÁMICAS

SISTEMA DE MEDIDA

SISTEMAS DE ORDEN CEROSISTEMAS DE ORDEN CERO

En un sistema de orden cero se tiene que en la ecuación diferencial no hayderivadas, su respuesta temporal y frecuencial no experimentará cambios.

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Ejemplo: Potenciómetro lineal como sensor de posición.

Suponiendo que el potenciómetro es ideal la tensión de salida cambia demanera instantánea cuando se desplaza el cursor a lo largo del recorrido delpotenciómetro. Debido a las imperfecciones del potenciómetro no se podráutilizar para la medida de movimientos rápidos.

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Otro ejemplo son las galgas extensiométricas utilizadas para la medida de esfuerzos mecánicos en materiales en los que la resistencia efectiva entre sus extremos se modifica con el esfuerzo aplicado sobre la galga.

SISTEMAS DE PRIMER ORDENSISTEMAS DE PRIMER ORDEN

El parámetro dinámico que representa un sistema de primer orden es suconstante de tiempo aunque se pueden definir otros parámetros quetambién pueden caracterizar lo rápido que resulta un sistema de primerorden como son tr y ts.

SISTEMAS DE PRIMER ORDENSISTEMAS DE PRIMER ORDEN

SISTEMASSISTEMAS DEDE PRIMERPRIMER ORDENORDEN

Los sistemas de primer orden se representan por una ecuación diferencial deprimer orden. Contienen un elemento que almacena energía y otro que ladisipa.

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El término k = 1/a0 es la denominada sensibilidad estática y τ = a1/a0 seconoce como constante de tiempo del sistema.

SISTEMASSISTEMAS DEDE PRIMERPRIMER ORDENORDEN

Ejemplo: Un termómetro de mercurio o una red RC.

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El parámetro dinámico que define un sistema de primer orden es la constantede tiempo, aunque se pueden definir otros parámetros que también permitencaracterizar lo rápido que resulta un sistema de primer orden.

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SISTEMAS DE SEGUNDO ORDENSISTEMAS DE SEGUNDO ORDEN

SISTEMASSISTEMAS DEDE SEGUNDOSEGUNDO ORDENORDEN

En los sistemas de segundo orden, la respuesta ante una entrada escalón notiene un aspecto único, sino que pueden presentarse tres casos diferentessegún la inercia y la amortiguación que presente el sistema, así:

a) Sistemas sobreamortiguados…….sistemas lentos

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b) Sistemas subamortiguados………..sistemas rápidos con oscilaciones

c) Sistemas con amortiguamiento crítico…..más rápidos que lossobreamortiguados

RESPUESTARESPUESTA

SISTEMAS DE SEGUNDO ORDENSISTEMAS DE SEGUNDO ORDEN

SISTEMASISTEMA DEDE SEGUNDOSEGUNDO ORDENORDEN

Un sistema es de segundo orden cuando tiene dos elementos dealmacenamiento de energía y otros dos que la disipan, como es el caso desistemas masa - resorte empleados para la medida de desplazamientos,velocidades y aceleraciones.

La relación entre la entrada X(t) y la salida Y(t) está dada por una ecuacióndiferencial lineal de segundo orden de la forma:

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La respuesta de un sistema de segundo orden a una entrada escalón seobtiene resolviendo la ecuación diferencial de segundo orden o bien, comose ha hecho con los sistemas de primer orden, obteniendo la anti -transformada de Laplace.

SISTEMA DE SEGUNDO ORDENSISTEMA DE SEGUNDO ORDEN

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TIPOS DE ERRORTIPOS DE ERROR

MEDICIÓNMEDICIÓN::

• La medición generalmente requiere el uso de un instrumento comomedio físico para determinar la magnitud de una variable.

• Los instrumentos constituyen una extensión de las facultadeshumanas.

• El instrumento electrónico, como su nombre lo indica, se basa enprincipios eléctricos o electrónicos para efectuar una medición.

• Un instrumento puede ser un aparato relativamente sencillo y deconstrucción simple (medidor básico de corriente).

TIPOS DE ERRORTIPOS DE ERROR

MEDICIÓNMEDICIÓN::

• El desarrollo de la tecnología demanda la elaboración de mejoresinstrumentos y más exactos.

• Nuevos diseños.

• Nuevas aplicaciones.• Nuevas aplicaciones.

• Entender sus principios de operación para optimizar su uso

TIPOS DE ERRORTIPOS DE ERROR

• Ninguna medición se puede realizar con una exactitud perfecta.

• Es importante saber cuál es la exactitud real y cómo se generan losdiferentes errores en las mediciones.

• Un estudio de los errores es el primer paso al buscar los modos de• Un estudio de los errores es el primer paso al buscar los modos dereducirlos.

• Los errores pueden provenir de diferentes fuentes.

TIPOS DE ERRORTIPOS DE ERROR

• Error: Diferencia algebraica entre el valor leído o transmitido por elinstrumento y el valor real de la variable de salida.

• Si el proceso está en condiciones de régimen permanente existe elllamado error estático.

• En condiciones dinámicas, el error varía considerablemente debido aque los instrumentos tienen características comunes a los sistemasfísicos.

-Absorben energía del proceso-Esta transferencia requiere cierto tiempo para ser transmitida.-Retardos en la lectura

este es el llamado error dinámico

TIPOS DE ERRORTIPOS DE ERROR

• El error dinámico depende del tipo de fluido, de su velocidad, delelemento primario (termopar, bolbo, etc), de los medios de protección.

TIPOS DE ERRORTIPOS DE ERROR

• Los errores se pueden clasificar en tres categorías:

a) Errores gravesb) Errores sistemáticosc) Errores aleatorios

ERRORES GRAVESERRORES GRAVES

• Son en gran parte de origen humano, como mala lectura de losinstrumentos, ajuste incorrecto y aplicación inapropiada.

• Mal registro y cálculo de los resultados de las mediciones.

• Se cometen inevitablemente algunos errores, sin embargo se debeintentar anticiparlos y corregirlos.

• Algunos se detectan con facilidad, pero otros son muy evasivos.

• Principiantes (uso inadecuado de los instrumentos).

ERRORES SISTEMÁTICOSERRORES SISTEMÁTICOS

• Se dividen en dos categorías

a) Errores Instrumentalesb) Errores ambientales

Aunque en este grupo podrían incluirse los errores estático y dinámico.

ERRORES INSTRUMENTALES

• Referentes a los defectos de los instrumentos.

• Por ejemplo aquellos que realizan medición según su estructuramecánica.

• No ajustar el dispositivo a cero antes de tomar la lectura.

• El usuario debe tomar precauciones antes de usar el instrumento.

• Las fallas de los instrumentos se pueden verificar con la estabilidad y lareproducibilidad.

• Comparar con otro de las mismas características.

ERRORES INSTRUMENTALES

• Estos errores se pueden evitar:

a) Seleccionando el instrumento adecuado para la medición particular.

b) Aplicando los factores de corrección.

c) Calibran el instrumento con un patrón

ERRORES AMBIENTALES

• Se deben a las condiciones externas que afectan la operación deldispositivo.

• Efectos del cambio de temperatura, humedad, campos magnéticos.

• Por ejemplo los cambios de temperatura pueden alterar laspropiedades elásticas del resorte de un mecanismo y afecta la lecturadel instrumento.

• Se pueden corregir evitando esas variables adversas.

ERRORES ALEATORIOS

• Se deben a causas desconocidas y ocurren incluso cuando todos loserrores sistemáticos se han considerado.