CARACTERISTICAS DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICION

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CARACTERISTICAS DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICION
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Campo de medida (Rango, Range)

• Es el conjunto de valores de la variable medida
  que están comprendidos entre los límites superior
  e inferior de la capacidad de medida o de
  transmisión del instrumento, se expresa
  estableciendo los dos valores extremos.

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• Para el manómetro de la figura el rango es
• (0 60) bar ó 0 bar - 60 bar

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• Otro térmico usado es la dinámica de medida o
  rangeabilidad (rangeability), que es el cociente
  entre el valor de medida superior e inferior de
  un instrumento.
• Por ejemplo para un termómetro con rango de 100
  C a 400 C, la rangeabilidad es 400/100 4.

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Alcance (Span)

• Es la diferencia entre los valores superior e
  inferior del campo de medida del instrumento.

Span (100 0) mbar 100 mbar
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Error

• Es la diferencia algebraica entre el valor leído
  o transmitido por el instrumento y el valor
  convencionalmente verdadero de la variable
  medida. Si el proceso está en condiciones de
  régimen permanente (estado estable) se denomina
  error estático. En condiciones dinámicas el error
  puede cambiar (error dinámico).

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TIPOS DE ERRORES

• ERROR ALEATORIO se debe a efectos fortuitos no
  controlados por el operador del instrumento de
  medición. Las causas principales de errores
  aleatorios son
• Rozamientos internos
• Acción externa combinada
• Errores de apreciación de la indicación

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• Para una medida, Ai, el error aleatorio es
• donde es la media de todas las mediciones.
• Ejemplo si se mide un patrón de pH 7,00 y el
  valor medio de una serie de mediciones es 7,13
  el error aleatorio para una medida de 7,08 es

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• ERROR SISTEMATICO son aquellos que se repiten de
  manera sistemática en las mediciones que se
  realizan en condiciones de repetibilidad. Pueden
  ser producidos por
• Errores de ajuste de los instrumentos
• Errores de conexión de los instrumentos o errores
  de método.
• Variaciones en las magnitudes de influencia.
• Errores del observador.

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• El error sistemático de una medida es igual a la
  diferencia de la media de todas las mediciones
  con respecto al valor real de la variable (Ar).
• Para el ejemplo anterior

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ERRORES DE MEDICION

• Se pueden dividir en
• ERRORES HUMANOS
• ERRORES DEL SISTEMA
• Errores del instrumento
• Errores ambientales
• ERRORES ALEATORIOS

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ERRORES HUMANOS

• EJEMPLOS
• Equivocación en la lectura
• Cálculos erróneos
• Selección inadecuada del instrumento.
• Ajuste incorrecto u olvido de ajuste de cero
• No tener en cuenta los efectos de carga
• No es posible estimar sus valores matemáticamente

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Métodos de eliminación o reducción

• Atención cuidadosa a los detalles cuando se
  efectúan mediciones y cálculos.
• Conciencia de las limitaciones del instrumento.
• Emplear dos o más observadores para tomar datos
  críticos.
• Tomar al menos tres lecturas para reducir la
  ocurrencia posible de los errores grandes.
• Motivación adecuada acerca de la importancia de
  los resultados correctos.

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ERRORES DEL INSTRUMENTO

• EJEMPLOS.
• Fricción en cojinetes.
• No linealidad de componentes.
• Errores de Calibración.
• Instrumental defectuoso.
• Pérdidas durante la transmisión
• Cómo estimarlos
• 1.Comparar con un estándar más exacto
• 2. Determinar si es error constante o es
  proporcional

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Métodos de eliminación o reducción

• Calibración cuidadosa de los instrumentos
• Revisión del equipo para asegurar una operación
  adecuada.
• Aplicar factores de corrección después de
  encontrar un error instrumental.
• Usar más de un método para medir un parámetro

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ERRORES AMBIENTALES

• EJEMPLOS
• Cambios en la temperatura
• Variaciones de humedad y presión.
• Campos eléctricos y magnéticos parásitos
• Cómo estimarlos
• 1.Vigilancia cuidadosa de cambios en las
  variables
• 2. Cálculo de los cambios estimados

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Métodos de eliminación o reducción

• Sellar herméticamente el equipo y los componentes
  que se estén probando
• Mantener temperatura y humedad constantes
  mediante el acondicionamiento de aire
• Resguardar los componentes y el equipo contra
  campos magnéticos parásitos (blindaje)
• Empleo de equipo que no se afecte mucho por
  cambios ambientales.

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ERRORES ALEATORIOS

• EJEMPLOS
• Eventos desconocidos que causan pequeñas
  variaciones en las mediciones
• Resultados inexplicables y demasiado al azar.
• Cómo estimarlos
• 1. Efectuar muchas mediciones y aplicar el
  análisis estadístico a las variaciones no
  explicadas.

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Métodos de eliminación o reducción

• Diseño cuidadoso del aparato de medición para
  reducir la interferencia.
• Uso de evaluación estadística para calcular la
  mejor estimación de las lectura de medición.

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• En una medición de temperatura del fluido de un
  proceso, el valor medido depende de varios
  factores
• Tipo de fluido
• Velocidad de flujo
• Tipo de elemento de primario (termopar,
  termocupla, bulbo y capilar)
• Del medio de protección (vaina).

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Incertidumbre de medición (uncertainty)

• Es la dispersión de los valores que puede ser
  atribuida razonablemente al valor verdadero de la
  magnitud medida.
• En el cálculo de la incertidumbre se deben tener
  en cuenta las desviaciones de series de
  mediciones, las características del instrumento,
  de los patrones, de la calibración, etc.

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Exactitud

• Es la característica del instrumento de medición
  de obtener medidas próximas al valor verdadero.
• Usualmente para una serie de mediciones se toma
  el valor medio para compararlo con el valor
  convencionalmente verdadero.

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TOLERANCIA

• Determina el rango de valores dentro de los
  cuales se encuentra el valor verdadero de la
  medida. Define los límites de error que se
  presentan cuando el instrumento se utiliza en
  condiciones normales de operación
• Existen varias maneras de expresar la
  tolerancia
• 1. Unidades de la magnitud medida por ejemplo
  0,1 mL.

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• 2. Porcentaje del alcance para el manómetro de
  la figura, si la lectura es de 45 bar y la
  tolerancia del instrumento es 0,2 del span

Precisión 0,002 x 60 bar 0,12 bar El
valor real de la lectura es 45 bar 0,12 bar
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• 3. Porcentaje de la lectura si el fabricante
  reporta una tolerancia de 0,5 de la lectura,
  para el caso anterior sería de 0,225 bar.
• 4. Porcentaje del valor máximo de medida
  ejemplo tolerancia de 0,5 de 60 bar, es decir
  0,3 bar.
• 5. Porcentaje de la longitud de la escala si la
  longitud de la escala es de 150 mm, una
  tolerancia de 0,5 representará 0,75 mm.

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ZONA MUERTA

• Es el campo de valores de la variable que no hace
  variar la indicación o la señal de salida del
  instrumento, es decir, que no produce respuesta.
  Se expresa como porcentaje del alcance.

SENSIBILIDAD
Es la razón entre el incremento de la lectura y
el incremento de la variable que lo ocasiona. Por
ejemplo si en un transmisor electrónico de 0 10
bar, la presión pasa de 5 a 5,5 bar y la señal de
salida de 11,9 mA a 12,3 mA, la sensibilidad es
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HISTERESIS

• Es la diferencia máxima que se observa en los
  valores indicados por el índice para el mismo
  valor cualquiera del campo de medida, cuando la
  variable recorre toda la escala en los dos
  sentidos, ascendente y descendente. Se expresa
  como porcentaje de la escala de medida

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• Ejemplo en un termómetro de 0 100 C, para el
  valor de la magnitud de 40 C, si marca 39,9 C
  al subir la temperatura desde 0 e indica 40,1 C
  al bajar desde 100 C, el valor de la histéresis
  es de

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TERMINOS ADICIONALES

• Campo de medida con elevación de cero es aquel
  en el que el valor de cero de la variable o señal
  medida es mayor que el valor inferior del campo.
  Por ejemplo, -10 C a 30 C.
• Campo de medida con supresión de cero en el que
  el valor de cero de la variable o señal medida es
  menor que el valor inferior del campo. Por
  ejemplo, 10 psi a 100 psi.

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• Elevación de cero es la cantidad con que el
  valor de cero de la variable supera el valor
  inferior del campo. Puede expresarse como un
  valor de la variable medida o en porcentaje del
  alcance.
• Supresión de cero es la cantidad con que el
  valor inferior de campo supera el valor de cero
  de la variable. Puede expresarse como un valor de
  la variable medida o en porcentaje del alcance.
• Ruido cualquier perturbación eléctrica o señal
  accidental no deseadas que modifica la
  transmisión, indicación o registro de datos-

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• Deriva es una variación en la señal de salida
  que se presenta en un período de tiempo
  determinado mientras se mantienen constantes la
  variable medida y todas las condiciones
  (magnitudes de influencia).
• Se suelen considerar la deriva de cero
  (variación en la señal de salida para el valor de
  cero de la medida atribuible a cualquier causa
  interna) y la deriva térmica de cero (variación
  en la señal de salida debida a efectos únicos de
  la temperatura).

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TIPOS DE INSTRUMENTOS DE MEDIDA
INDICE

• Instrumentos análogos
• Instrumentos digitales

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• INSTRUMENTOS ANÁLOGOS
• Son aquellos en los que la indicación de la
  medida se muestra mediante el desplazamiento de
  una aguja sobre una escala graduada.
• PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO el mecanismo
  sensor más común que se emplea en los
  amperímetros y voltímetros de corriente
  continua, fue desarrollado por DArsonval
  en 1881.

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• En el mecanismo de DArsonval una bobina o
• alambre se fija a un eje que gira en dos
• cojinetes de joya, en un espacio entre un
• núcleo cilíndrico de hierro suave y dos piezas
• polares magnéticas. Las piezas polares crean
• el campo magnético y el núcleo de hierro
• restringe el campo al espacio de aire entre él
• y sus piezas polares.

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• FIGURA 1. Fuerza sobre un conductor que lleva
• una corriente en un campo magnético externo.
• F i L X B

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• El movimiento del dispositivo indicador detecta
  la Corriente empleando la fuerza que surge de la
  interacción de un campo magnético y la
  corriente que pasa a través de él. La fuerza se
  emplea para generar un desplazamiento mecánico,
  que se mide en una escala calibrada.
• F i L X B
• Siendo F la fuerza en newton en el conductor, i
  es la corriente en ampere, L la longitud del
  conductor en metros y B la densidad del
  campo magnético en weber por metro cuadrado.

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• Al aplicar una corriente a la
  bobina
• suspendida, la fuerza resultante hará que
• gire. A este giro se oponen dos resortes. Las
• fuerza de los resortes se calibran de modo
• que una corriente conocida origine una
• rotación de ángulo definido. El puntero del
• instrumento muestra la cantidad de rotación
• de ángulo conocido. Ver FIGURA 2.

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• FIGURA 2. Movimiento de DArsonval

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INSTRUMENTOS DIGITALES

• Estos instrumentos indican la cantidad que esta
  siendo medida en una pantalla digital. Algunas
  ventajas de los instrumentos digitales son
• Generalmente la exactitud es mayor que en los
  análogos.
• La lectura es un número definido. Esto permite
  la eliminación del error de paralaje.
• Son fácilmente acoplables a computadoras o
  registradoras.

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FUNCIONAMIENTO

• El instrumento digital recibe la señal
• análoga que está siendo medida, ésta es
• sometida a amplificación y posteriormente
• es digitalizada mediante un circuito
• analógico-digital (A/D), la señal digital se
• muestra en una pantalla. En la FIGURA 3
• se muestra el diagrama de bloques de un
• instrumento digital básico.

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Figura 3. Funcionamiento de un instrumento digital