Intrumentacion

Introducción

Hasta hace algunos años los sistemas de instrumentación y control en muchos de los casos se consideraban solamente como un medio que permitía mantener en operación un determinado proceso. El avance tecnológico que ha permitido el desarrollo de nuevos y mejores productos, el costo creciente de energía para producirlos, juntos con las regulaciones ambientales, cada vez más estrictas, han servido como incentivo para el desarrollo de sistemas de instrumentación. Es por ello que la industria exige un control para la fabricación de los diversos productos obtenidos.

En todos los procesos es necesario controlar y mantener constantes algunas magnitudes, tales como la presión, el caudal, la humedad, la temperatura, el pH, etcétera. Los instrumentos de medición y control nos permiten el mantenimiento y regulación de estas constantes en las condiciones más idóneas que en las que el propio operador podría mantener.

En los inicios de la era industrial, el operario era el encargado de llevar un control manual de los procesos, utilizando instrumentos simples, manómetros, termómetros, válvulas, etc. Control que era sencillo por lo simple de los procesos. Esto ha ido cambiando con la complejidad de los procesos que exigen la automatización por medio de instrumentos de medición y control. Estos instrumentos han ido liberando al operario de esos puestos hacia puestos donde solo se requiere vigilancia y supervisión del proceso.

El presente trabajo tiene como objetivo el dar una introducción a lo qué es la instrumentación y conceptos básicos que se relacionan con el control.

Términos relacionados con la señal y el campo de medición

En aquellos instrumentos que indican, transmiten o registran es importante conocer exactamente cuál es la cantidad medida y la región de la escala sobre la cual se está siendo medida.

Los términos que siguen a continuación se utilizan para definir los aspectos antes mencionados.

Variable medida: Es una cantidad física, propiedad o condición que está siendo medida. Ejemplo: Temperatura, presión, flujo, etc.

Señal medida: Es una variable eléctrica, mecánica, neumática u otra variable aplicada a la entrada de un equipo. Ejemplo: En un termopar la señal medida es una fuerza electromotriz, la cual es el análogo eléctrico de la temperatura.

Señal de entrada: Es una señal aplicada a un dispositivo o sistema.

Señal de salida: Es una señal entregada por un dispositivo o sistema.

Rango de un instrumento (campo de medida): Es el conjunto de valores de la variable medida comprendidos dentro de los límites superior e inferior de la capacidad de medida o de transmisión de un instrumento. Por ejemplo: Un termómetro que está calibrado entre 100° C y 200°C, tiene un rango de 100°C a 200°C.

Amplitud (span): Es la diferencia algebraica entre los valores de los límites superiores e inferiores del rango de un instrumento. Del ejemplo anterior el span del instrumento es: 100-200= 100°C

Elevación de cero: Es la cantidad en la cual el valor cero de la variable medida supera al valor inferior del rango. Puede expresarse en unidades de la variable medida o como un tanto por ciento del span.

Supresión de cero: Es la cantidad con la cual el valor inferior del rango supera al valor del cero de la variable medida. Puede expresarse en unidades de la variable medida o como un tanto por ciento del span.

Rango con elevación de cero: Es el rango de medida en el cual el valor cero de la variable o señal medida es mayor que el valor inferior del rango.

Rango con supresión cero: Es el rango en el cual el valor cero de la variable o señal medida es menor que el valor inferior del rango.

Tabla donde se presentan algunos ejemplos sobre la definición de rango y amplitud

Términos relacionados con las características estáticas del instrumento

Las características estáticas son aquellas que exhibe un instrumento bajo condiciones de estado estacionario. Ellas permiten determinar la calidad de la medición bajo condiciones de estado estacionario. Algunas de las características estáticas más importantes son:

Exactitud: Es la conformidad de un valor indicado con respecto a un valor real.

Define los límites de errores que se cometen cuando un instrumento se utiliza bajo condiciones de referencia. Como una especificación de funcionamiento, la exactitud debe asumirse como “exactitud de referencia”. Esta describe la desviación con respecto a un valor verdadero cuando el instrumento se utiliza bajo condiciones de referencia, e incluye la combinación de los errores de linealidad, histéresis y repetibilidad. La exactitud puede expresarse de varias formas.

Como un tanto por ciento del span: Ejemplo: ±0.1% del span

En unidades de la variable medida: Ejemplo ±1 °F

Como un tanto por ciento del valor máximo del rango ±1% FS

Como un tanto por ciento de la lectura actual.

Error Estático: Es la diferencia algebraica entre el valor indicado por el instrumento y el valor real de la señal medida. Un error positivo indica que la medición indicada por el instrumento es mayor que el valor real.

Repetibilidad: La repetibilidad de un instrumento es el grado de igualdad con que un valor dado puede ser repetidamente medido. Puede especificarse en términos de “unidades por un período de tiempo dado o como un porcentaje del span. Un instrumento que tiene una repetibilidad perfecta es aquel que no tiene desviación; o sea, su calibración no varía gradualmente en un período de tiempo largo.

Desviación: Significa una separación gradual del valor medido con respecto al valor calibrado, generalmente después de un largo intervalo de tiempo durante el cual el valor de la variable no cambia. En los elementos tales como los termopares por ejemplo, ocurren desviaciones debido a que sus metales se contaminan cambiando su configuración metalúrgica o su estructura atómica. Las placas de orificio pueden presentar desviación debido al desgaste por erosión.

Sensibilidad: Es la señal mínima a la cual el instrumento responde, indicando un cambio en la variable de medición. Si el instrumento no responde a un cambio pequeño se dice que tiene una zona o banda muerta.

Banda muerta: Es el rango a través el cual un cambio en la señal de entrada no produce un cambio en la señal de salida. Generalmente se expresa como porcentaje de la amplitud o span.

Histéresis: Es la máxima diferencia en la respuesta de un instrumento frente a una misma entrada cuando el recorrido se hace en ambos sentidos de la escala.

Corrimiento (Drift): Es cuando ocurre un cambio en la relación de entrada- salida de un instrumento sobre un período de tiempo. Una repetibilidad perfecta significa que el instrumento no tiene corrimiento.

Términos relacionados con las características dinámicas del instrumento

Las características dinámicas son aquella que exhibe un instrumento bajo condiciones de estado estacionario. Ellas permiten conocer por ejemplo, si un instrumento es rápido y estable, y las características de esta rapidez y estabilidad. La figura describe algunas de estas características.

Velocidad de respuesta: Es la rapidez con que un instrumento responde a cambios en la cantidad medida.

Retraso de medición: (measuring lag): Es un retardo o retraso en la respuesta de un instrumento frente a cambios en la cantidad medida.

Fidelidad: Es el graso de igualdad con el cual un instrumento indica los cambiosn en la variable medida sin error dinámico.

Error dinámico: Es la diferencia entre el valor real de ua cantidad que cambia con el tiempo y el valor indicado por el instrumento si se asume que no hay error estático.

Amortiguamiento (Damping): Es la reducción progresiva a la supresión de la oscilación de un sistema. Cuan la respuesta de instrumento frente a una perturbación es lo más rápida posible, sin sobrepico, de dice que la respuesta es críticamente amortiguada; sub-amortiguada cuando ocurre un sobrepico; y sobre-amortiguada cuando la respuesta es más lenta que la de críticamente amortiguada y sin sobrepico.

Tiempo de respuesta: El tiempo requerido desde que ocurre una perturbación a un sistema hasta que la respuesta del mismo alcanza el nuevo valor de estado estacionario.

Conceptos Relacionados con la adquisición y transmisión de datos

Señal Analógica: Es una señal que está limitada por un nivel superior y uno inferiror, pudiendo tomar cualquier valor (infinitos valores) ente dichos niveles: Ejemplo: El voltaje generado por un termopar.

Señal Digital: Es una señal que sólo puede tomar un número finito de valores. La más usada es la señal binaria que puede tomar sólo dos valores: cero ó uno, abierto ó cerrado, ON-OFF, etc.

Interfase: Se define como el lugar donde sistemas independientes se encuentran, actúan o comunican entre sí. Los circuitos de interfase de las computadoras permiten que dispositivos periféricos (monitores, impresoras, etc.) interactúen con los microprocesadores. Existen tres tipos de interfase: Paralela, Serial y Analógica.

c.1) Interfase Paralela: En ella la data se transmite en un conjunto de cables al mismo tiempo, o sea, varios bits de data a la vez. Las variaciones en esta interfase se presentan en el número de líneas de data usada y en

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