Instrumentacin Electrnica: Introduccin

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Instrumentación ElectrónicaIntroducción
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1.1 Sistema de medida (1)

• Función asignación objetiva y empírica de un
  número a una propiedad o cualidad de un objeto o
  evento
• Aplicaciones
• Supervisión y diagnóstico de procesos
• Control de procesos
• Ingeniería experimental (diseño de prototipos,
  ...)

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1.1 Sistema de medida (2)

• Estructura de un sistema de medida y control

Sensor
Acondicionador
Transmisión de datos
Presentación
Alarmas
Supervisor
Controlador
control manual
Acondicionador
Accionamiento
Transmisión de órdenes
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1.1 Transductores, sensores y accionam.

• Transductor convierte una señal de una forma
  física a otra distinta, generalmente eléctrica.
• Sensor a partir de la energía del medio donde se
  mide, genera una señal de salida transducible que
  es función de la variable medida transductor de
  entrada
• Accionamiento transductor de salida

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1.1 Acondicionamiento de señales

• Acondicionadores de señal, adaptadores o
  amplificadores convierten la señal de salida de
  un sensor electrónico en una señal apta para ser
  presentada, registrada o procesada (por ej. A/D).
• Funciones
• Amplificación
• Filtrado
• Adaptación de impedancias
• Modulación y demodulación

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1.2 Tipos de sensores (1)

• Clasificación de sensores

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1.2 Tipos de sensores (2)

• Aporte de energía
• Moduladores la energía de la señal de salida
  procede, en su mayor parte, de una fuente de
  alimentación auxiliar
• Generadores la energía de la señal de salida es
  suministrada por la entrada

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1.2 Tipos de sensores (3)

• Modo de operación
• De deflexión la magnitud medida produce un
  efecto físico relacionado con alguna variable
  útil (ej. muelle para la medida de fuerzas)
• De comparación se intenta anular la deflexión
  mediante la aplicación de un efecto conocido,
  opuesto al generado por la magnitud a medir. Es
  necesario un detector de desequilibrio y un medio
  para restablecerlo (ej. balanza manual) ? más
  exacto pero peor respuesta dinámica

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1.2 Tipos de sensores (4)
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1.3 Características estáticas (1)

• Exactitud o precisión
• Capacidad de un instrumento de medida de dar
  indicaciones que se aproximen al verdadero valor
  de la magnitud medida
• Se determina mediante calibración estática a
  partir de un patrón de referencia al menos 10
  veces más exacto que el sensor que se calibra

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1.3 Características estáticas (2)

• Medidas de error
• Error Valor medido - Valor real

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1.3 Características estáticas (3)

• Medidas de error (cont.)
• Ejemplo Sensor de posición de clase 0.2 y
  alcance 10 mm ? error inferior a 20 mm en el
  rango de medida
• Las medidas han de expresarse de forma coherente
  con la precisión de los aparatos de medida
• 20ºC ? 1ºC OK
• 20ºC ? 0.1ºC ?
• 20.5ºC ? 1ºC ?

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1.3 Características estáticas (4)

• Fidelidad
• Capacidad de un instrumento de medida de dar el
  mismo valor de la magnitud medida al medir varias
  veces en unas mismas condiciones determinadas
• Fidelidad condición necesaria pero no suficiente
  para exactitud
• Repetibilidad
• Fidelidad cuando las medidas se realizan en un
  intervalo de tiempo corto. Cuantitativamente es
  el percentil del 95 de la diferencia entre dos
  resultados individuales (si no se indica otro
  como el 99)

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1.3 Características estáticas (5)

• Deriva
• Variación de la salida a lo largo del tiempo
• Deriva de cero variación de la salida con
  entrada nula
• Deriva del factor de escala variación de la
  sensibilidad
• Sensibilidad o factor de escala
• Pendiente de la curva de calibración
• Puede ser constante o no a lo largo de la escala
  de medida

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1.3 Características estáticas (6)

• Ejemplo
• En los sensores interesa tener una sensibilidad
  alta y constante

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1.3 Características estáticas (7)

• Linealidad grado de coincidencia entre la curva
  de calibración y una línea recta determinada

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1.3 Características estáticas (8)

• Linealidad (cont.)
• La linealidad facilita la conversión a unidades
  físicas de la medida
• Con la utilización de microprocesadores puede
  interesar más la repetibilidad que la linealidad
• Resolución incremento mínimo de la entrada que
  produce un cambio detectable en la salida. Cuando
  el incremento de la entrada se produce desde cero
  se habla de umbral
• Histéresis diferencia en la salida para una
  misma entrada, según la dirección en la que se
  alcance

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1.3 Características estáticas (9)

• Errores aleatorios y sistemáticos

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1.3 Características estáticas (9)

• Errores aleatorios y sistemáticos (cont.)
• Los errores sistemáticos se pueden corregir
  mediante calibración y analizando el
  procedimiento de medida
• Los errores aleatorios se corrigen promediando
  varias medidas realizadas en las mismas
  condiciones (teorema del límite)

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1.4 Características dinámicas (1)

• La presencia de inercias (masas,
  inductancias,...), capacidades (eléctricas,
  térmicas, ...) y en general elementos que
  almacenen energía hace que la respuesta de un
  sensor a señales de entrada variables en el
  tiempo sea distinta a la descrita por su
  característica estática
• Error dinámico diferencia entre el valor
  indicado y el valor exacto de la variable medida,
  siendo nulo el error estático
• Velocidad de respuesta indica la rapidez con que
  el sistema de medida responde a los cambios de la
  variable de entrada. Puede ser un aspecto
  importante en sistemas de control
• Para describir el comportamiento dinámico de un
  sensor se utiliza su función de transferencia ?
  sistemas lineales

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1.4 Características dinámicas (2)

• Sistemas de medida de orden cero
• y(t) k x(t)
• El sistema queda caracterizado por su
  sensibilidad (constante) k
• El error dinámico es nulo
• El retardo es nulo
• Es necesario que el sensor no incluya ningún
  elemento que almacene energía
• Ejemplo potenciómetros para la medida de
  desplazamiento

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1.4 Características dinámicas (3)

• Sistemas de medida de primer orden
• Sensibilidad estática
• Constante de tiempo
• Pulsación propia

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1.4 Características dinámicas (4)

• Sistemas de medida de primer orden (cont.)

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1.4 Características dinámicas (5)

• Sistemas de medida de primer orden (cont.)

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1.4 Características dinámicas (6)

• Sistemas de medida de primer orden (cont.)
• Ejemplo termómetro basado en elemento de masa M
  (kg), calor específico Cp (J/(kg K)), área de
  transmisión de calor A y coeficiente de
  transmisión de calor por convección h (W/(m2K))
• Calor de entrada - Calor de salida Calor
  acumulado
• siendo Te la temperatura externa, Ti la
  temperatura interna del sensor y suponiendo que
  no se pierde calor por los hilos de conexión
• Queda

Capacidad calorífica
Resistencia a la transmisión de calor