280453778 Manual Instrumentacion Industrial

7/25/2019 280453778 Manual Instrumentacion Industrial

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INSTRUMENTACININDUSTRIAL

Autor: Winston VegasIntrumentacin Industrial

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PROGRAMA DE ESTUDIOS

FIEC

AREA

ELECTRONICA INDUSTRIAL

ASIGNATURA

INSTRUMENTACIN INDUSTRIAL

TEORIA

PRACTICA

LABORATORIO

U. CREDITOS

4

0

04

HORAS/SEMANA

PRE-REQUISITOS

CONTROL AUTOMATICOELECTRONICA III

Intrumentacin Industrial

PERIODO

AGOSTO20082


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1.-

OBJETIVOS DEL APRENDIZAJE

Al terminar el curso el estudiante estar en capacidad de:

1.2.3.4.5.6.

Interpretar diagramas de instrumentacinSeleccionar sensores para medir variables fsicasRealizar mediciones de variables fsicasSeleccionar controladores y ajustar sus parmetrosRealizar aplicaciones de Instrumentacin VirtualAnalizar y disear circuitos neumticos fundamentalesSeleccionar el tipo de vlvula y realizar sudimensionamiento


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2.-

PROGRAMA RESUMIDO

1.2.3.4.5.6.7.8.9.10.11.12.13.14.

Generalidades sobre InstrumentacinVariables de proceso y unidades.Diagramas de InstrumentacinMediciones mecnicas y sus sensores.Medicin de presin y sus sensores

Medicin de caudal y sus sensores.Medicin de nivel y sus sensores.Medicin de temperatura y sus sensores.Otras mediciones y sus sensores.Transductores y Transmisores.Tratamiento de seal.Instrumentos inteligentes.Controladores.- Caractersticas generales. Diferentes estructuras.Parmetros y su ajuste.Sistemas Neumticos:1.Introduccin.2.

Vlvulas de control. Caractersticas generales. Diferentes tipos devlvulas. Caracterstica inherente. Dimensionamiento.3.Actuadores y posicionadores.REA ELECTRNICA INDUSTRIAL

ASIGNATURA

INSTRUMENTACIN INDUSTRIAL


CODIGO

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4.-

BIBLIOGRAFIA.

Instrumentacin Industrial: A. CreusFundamentals of Process control Theory.Material a suministrar durante el desarrollo del cursocti.espol.edu.ec/sidwebPrinciples and Practice of Automatic Process Control; C.Smith y A. Corripio


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EVALUACION:Nota Parcial:ExamenDeberes y Lecciones

100 puntos60%40%

Nota Final:Examen

100 puntos60 o 50%

Proyecto a enviarse y/o Deberes y Lecciones

Mejoramiento:Examen (toda la asignatura)


40 o 50%

100 puntos6


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Generalidades:En los inicios de la era industrial, las variablesindustriales, sus valores, se conocan mediante lautilizacin de instrumentos simples que permitan aloperador llevar a cabo un control de estas variables deforma manual, como manmetros, termmetros,indicadores de nivel, vlvulas manuales, etc., gracias ala relativa simplicidad de los procesos.


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La com plejidad que los procesos han idoadquiriendo ha exigido la autom atizacin de losm ism os por m edio de instrum entos de m edicin ycontrol.

Con sto se ha ido liberando al operario de laactuacin directa en la planta, pasando su actividadcada vez ms a la labor de supervisin y vigilancia delproceso en el proceso o desde salas aisladas.sto ha permitido a su vez fabricar productos mscomplejos y en condiciones ms estables de calidad.Intrumentacin Industrial

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Las caractersticas de los instrumentos necesarios para lasnuevas funciones variaron a su vez, el instrumento demedicin ya no slo deba indicar y/o registrar el valor de lavariable, sino que debe ser capaz de generar una seal quepueda transmitirse a cierta distancia y adems que puedaautomticamente compararse con el valor deseado de dichavariable.Adems, instrumentos con nuevas funciones debieron surgir,como por ejemplo los instrumentos de control, que de formaautomtica crean la correccin necesaria sobre el proceso.


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Cuando se habla de Sistema de Control de unproceso o planta industrial, es conveniente distinguirdos casos diferentes: El control regulatorio. El control lgico secuencial.


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Componentes tpicos del control regulatorio

Sensores continuos de magnitudes fsicas:velocidad, desplazamiento, tensin, temperatura,pH, etc. Controlador PID Actuadores de regulacin: vlvulas y variadores.


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Controles lgico secuenciales tpicos: Control de semforos. Control de ascensores o elevadores. Control de puesta en marcha y parada demquinas y procesos continuos. Control de procesos por lotes. Control de procesos de envasado. Control de lavadoras.Intrumentacin Industrial

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Componentes tpicos del control lgico secuencial Controlador de lgica alambrada (a relelectromagntico o compuertas de estado slido). Autmatas programables (PLC). Sensores de valores lmites. Conmutadores de valores lmites (limit switches). Actuador de solenoide, actuadores de giro.


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Que es la Instrumentacin Industrial?Es el conocimiento de la correcta aplicacin de los equipos encaminados paraapoyar al usuario en la medicin, regulacin, observacin, transformacin, ofrecerseguridad, etc., de una variable dada en un proceso productivo.Los instrumentos industriales pueden realizar las siguientes funciones:1.

Sensar o captar una variable

7.

Registrar una variable

2.

Acondicionar una variable dada

8.

Convertir una variable

3.

Transmitir una variable

9.

Alarmar por magnitud una variable

4.

Controlar una variable

10.dada

Interrumpir o permitir una secuencia

5.

Indicar la magnitud de una variable11.

Transmitir una seal

12.

Amplificar una seal

6. Totalizar una variable

13.Manipular una variable del proceso, etcIntrumentacin Industrial20


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Por qu se mide?

Monitoreo de procesos y aplicaciones. Control de procesos y aplicaciones. Anlisis experimental.


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Instrumentacin La medida consiste en la determinacin de una magnitud porcomparacin con un estndar. Aunque algunos de nuestrossentidos puedan parecernos extraordinariamente desarrollados,la percepcin y medida de magnitudes fsicas no puederealizarse con precisin. La instrumentacin comprende todas las tcnicas, equipos ymetodologas relacionadas con el diseo, la construccin y laaplicacin de dispositivos fsicos para mejorar, completar yaumentar la eficiencia de los mecanismos de percepcin del serhumanoIntrumentacin Industrial

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Variables y seales

La informacin de las variables que sepretende capturar se almacenan en algntipo de variable elctrica, generalmentetensin. Esa variable elctrica es lo que sedenomina seal. Desde el punto de vista dela instrumentacin electrnica, tenemos:

Variables analgicas cuando los datosconstituyen matemticamente un conjuntodenso, es decir que puede tener cualquiervalor dentro de un intervalo determinado.

Variables digitales cuando los datosconstituyen un conjunto finito de valores


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Control de Procesos

Sistema de Control genrico

Sistemade Controlen lazo abiertoIntrumentacinIndustrial

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Control de Procesos

Sistema de Control realimentado o en lazo cerrado


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Control de Procesos

Visualizador

SISTEMA DE MEDIDASealelctrica

Variablefsica

SealmedidaA

CONDICIONAMIENTO

PROCESO

S ENSOR

TRANSMISOR

Medio de

transmisinA CTUADORSealmando

D/A

ProcesadorA/DDigital

RECEPTOR

SISTEMA DE CONTROL

Diagrama de bloques de un sistema de medida en el contexto delcontrol de procesosIntrumentacin Industrial

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Sistemas de medida

ENTRADAS-

Entrada(Valor verdadero)

SALIDAS

TemperaturaPresinVelocidadLuzpHetc.

- Visualizacin

SISTEMA DEMEDIDA

- Almacenamiento- Transmisin

ADQUISICINDE DATOS

PROCESAMIENTODEtextDATOS

DISTRIBUCINDE DATOS

Salida(Valor medido)

SISTEMA DE MEDIDA


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Sistemas de medida

EntradaSensor

Acondicionamiento

ConversinAD

ADQUISICIN DE DATOS

Procesador

PROCESAMIENTODE DATOS


ConversinDA

Acondicionamiento

SalidaDISTRIBUCIN DE DATOS

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Canal 1

Sensor1

Acondicinador1

Canal 1

Sensor2

Acondicinador2

Canal n

Sensorn

MULTIPLEXORANALGICO

Sistemas de medidaADC

Procesador

SalidaDAC

Acondicinadorn


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Canal 1

Sensor1

Acondicinador1

ADC1

Canal 1

Sensor2

Acondicinador2

ADC2

Canal n

Sensorn

Acondicinadorn

PROCESADOR

Sistemas de medida

DAC

Salida

ADCn


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Ejemplo de sistema de medida

Receptor

TransmisorAcondicionadorde seal detemperatura

Sensor detemperatura

Medio detransmisin

ControladordetemperaturaAislamiento

Resistenciacalefactora

Horno

industrial220 V


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.

.

.

..

.

Topologa de estrella

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Topologa de BusesBUS DE CAMPO

NCLEOINTELIGENTEM

BUS DE PROCESO

NCLEOINTELIGENTE1

NCLEOINTELIGENTE2

NCLEOINTELIGENTE3

SENSOR

ACTUADOR

SENSOR

P

R

O

C

E

S


NCLEOINTELIGENTEN

ACTUADOR

SENSOR

O

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Clasificacin de los Instrumentos.La instrumentacin industrial incluye una cantidad yvariedad grande de instrumentos por lo que resultaconveniente clasificar los mismos para facilitar su estudioy comprensin.Por supuesto que pueden realizarse diferentesclasificaciones, en el presente se considerarn dosclasificaciones: atendiendo a la funcin del instrumento yrelacionada con la variable del proceso.Intrumentacin Industrial

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De acuerdo con la funcin del instrumento, estos pueden ser:a. Instrumentos ciegos:Son aquellos que no tienen indicacin visible de la variable.A este grupo pertenecen los instrumentos de alarma, lostransmisores o receptores sin indicacin.b. Instrumentos indicadores:Disponen de un ndice y una escala graduada en losanalgicos o de indicacin numrica en los digitales en losque puede leerse el valor de la variable medida.Intrumentacin Industrial

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c. Instrumentos registradores:Registran con trazo continuo o de puntos la variable.Pueden ser circulares, de grfico rectangular o alargado.Los registradores de grfico circular, generalmente la cartacircular da una revolucin en 24 horas. Los de grficorectangular tpicamente tienen una velocidad del grfico de20 mm./hora, aunque en muchos casos esta velocidad esseleccionable.d. Elementos primarios:Estn en contacto con la variable y utilizan o absorbenenerga del medio medido.Intrumentacin Industrial

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e. Transmisores:Captan la variable del proceso a partir del elementoprimario y la transmiten a distancia. La seal transmitidapuede ser neumtica o elctrica.En los transmisores neumticos la seal tpicamente es de3 a 15 psi (lb/pulg2), de 0,2 a 1 kg./cm2 o de 20 a 100kPa.Los transmisores electrnicos entregan una seal elctricade corriente tpica de 4 a 20 ma, de 1 a 5 ma, de 10 a 50ma o de 0 a 20 ma o una seal de voltaje de 0 a 5 v.El elemento primario puede formar parte integral o no deltransmisor.Intrumentacin Industrial

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f. Transductores:Reciben una seal de entrada funcin de una o mscantidades fsicas y la convierten, modificada o no, en unaseal de salida.Son transductores un rel, un elemento primario, untransmisor, un convertidor presin del proceso-intensidadde corriente (PP/I), un convertidor presin del procesoseal neumtica (PP/P), etc.


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g. Convertidores:Reciben una seal neumtica (3-15 psi) o elctrica (4-20ma) y la modifica a una seal estndar de corriente oneumtica.Ejemplos de stos son los convertidores neumoelctricos(P/I) y los convertidores electroneumticos (I/P).

h. Receptores:Reciben las seales procedentes de los transmisores y laindican o registran.Intrumentacin Industrial

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i. Reguladores:Comparan la variable controlada con el valor deseado(referencia, punto de consigna) y ejercen una accincorrectiva de acuerdo con la desviacin (seal de error).

j. Elemento final de control:Recibe la seal del controlador (accin de control) yacta sobre una variable del proceso (agente de control oseal manipulada) modificando las condiciones deoperacin del mismo. En la industria de proceso loselementos finales de control son generalmente vlvulasde control.


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En funcin de la variable del proceso:Esta clasificacin corresponde especficamente al tipo delas seales medidas y es independiente del sistemaempleado en la conversin de la seal del proceso.Asimismo, esta clasificacin es independiente del nmeroy tipo de transductores existentes entre el proceso (es decir,la variable medida) y el instrumento final.De esta forma, los instrumentos se clasifican eninstrumentos de caudal, presin, nivel, temperatura,densidad, pH, tensin elctrica, etc.Intrumentacin Industrial

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En la designacin del instrumento generalmente seutilizanlas dos clasificacionesexpuestasanteriormente.As, se referir a un transmisor ciego de presin oun controlador registrador de temperatura o unreceptor indicador de nivel, etc.


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P&ID En instrumentacin y control, se emplea unsistema especial de smbolos con el objeto detransmitir de una forma ms fcil y especfica lainformacin. Esto es indispensable en el diseo,seleccin, operacin y mantenimiento de lossistemas de control. Un sistema de smbolos ha sido estandarizado porla ISA (Sociedad de Instrumentistas de Amrica).La siguiente informacin es de la norma:ANSI/ISA-S5.1-1984(R 1992).Intrumentacin Industrial

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Las caractersticas generales de esta norma son lassiguientes:a. Cada instrumento se identifica con un sistema de letrasque lo clasifica funcionalmente y nmeros queidentifican el lazo a que pertenece.

b. Las letras de identificacin se subdividen en:-Primeras letras: identifican la variable medida conque se relaciona el instrumento.-Letras sucesivas: se refieren a la funcin que realizael instrumento.Intrumentacin Industrial

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c. Los lazos de instrumentos se identifican con unasecuencia de nmeros que puede comenzar por el 1 opor cualquier nmero que incorpora informacin delrea de la planta a que pertenece el lazo (ejemplo: ellazo 401 puede significar que pertenece al rea 4).


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Primeras LetrasVariable medidaA AnlisisB LlamaC ConductividadD Densidad o pesoespecficoE Tensin (fem)F CaudalG CalibreH ManualICorriente elctricaJPotenciaK Tiempo

Letra demodificacin

LetrasFuncin de lecturapasivaAlarma

LibreSucesivasFuncin de salida

LibreControl

Letra demodificacinLibre

Diferencial

Elemento primarioRelacinVidrioAltoIndicadorExploracinEstacin decontrol


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LM

NivelHumedad

NOPQRSTUVWXY

LibreLibrePresin o vacoCantidadRadiactividad

Velocidad o frecuenciaTemperaturaMultivariableViscosidadPeso o fuerzaSin clasificarLibre

Z

Posicin

Luz piloto

LibreOrificioPunto de prueba

Libre

BajoMedio ointermedioLibre

Integracin

RegistroSeguridadMultifuncinVainaSin clasificar

InterruptorTransmisorMultifuncinVlvula


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Sin clasificarRel o computador

Multifuncin

Sin clasificar

Elemento final decontrol sin clasif.


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Montado enTableroNormalmenteaccesible aloperador

Montado enCampo

UbicacinAuxiliar.Normalmenteaccesible aloperador.

Instrumento Discreto oAislado

Display compartido,Control compartido.

Funcin de Computadora

Control Lgico

ProgramableSIMBOLO GENERAL DE LA INSTRUMENTACINIntrumentacin Industrial

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Las lneas punteadas indican que el instrumento esta mondado en laparte posterior del panel el cual no es accesible al operador

Instrumento Discreto

Funcin de Computadora

Control Lgico Programable


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La identificacin funcional de un instrumento esta hecha de acuerdo a su funcin y no a suconstruccin. Un registrador de diferencia de presin usado para medir flujo se identifica como FR; unindicador de presin y un switch actuado a presin conectado a la salida de un transmisor de nivelneumtico estn identificados por LI y LS, respectivamente.En un lazo de instrumentos, la primera letra de una identificacin funcional es seleccionada deacuerdo a la medida y a la variable inicial y no de acuerdo a la variable manipulada. Una vlvula decontrol vara el flujo de acuerdo a lo dictaminado por un controlador de nivel, esto es una LV.Intrumentacin Industrial

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NMERO DE IDENTIFICACIN DE LOS INSTRUMENTOS O TAG

Cada instrumento o funcin para ser designada est diseada por un cdigoalfanumrico o etiquetas con nmeros. La parte de identificacin del lazo delnmero de etiqueta generalmente es comn a todos los instrumentos o funcionesdel lazo. Un sufijo o prefijo puede ser agregado para completar la identificacin.NUMERO DE IDENTIFICACION TIPICO ( NUMERO TAG)TIC 103 Identificacin del instrumento o nmero de etiquetaT 103 Identificacin de lazo103 Nmero de lazoTIC Identificacin de funcionesT Primera letraIC Letras SucesivasNUMERO DE IDENTIFICACION EXPANDIDO10-PAH-5A Nmero de etiqueta10 Prefijo opcional

A Sufijo opcionalNota: Los guiones son optativos como separadores.Intrumentacin Industrial

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SMBOLOS DE LNEASConexin a proceso, enlace mecnico, oalimentacin de instrumentos.Seal ElctricaSeal HidrulicaSeal NeumticaSeal electromagntica o snica (guiada)Seal electromagntica o snica (noguiada)Seal neumtica binaria


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SMBOLOS DE LNEAS

Seal elctrica binariaTubo capilarEnlace de sistema interno (software oenlace de informacin)Enlace mecnico


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ABREVIATURAS SUGERIDAS PARA EL TIPO DEALIMENTACIN

ASESGSHSNSSSWS

Alimentacin de aire.Alimentacin elctrica.Alimentacin de gas.Alimentacin hidrulicaAlimentacin de nitrgeno.

Alimentacin de vapor.Alimentacin de agua.Intrumentacin Industrial

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Designacin de bloque de funcionesTabla 3


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EJEMPLOS

El FT101 representa un transmisor de flujo,montado en el campo, conectado porseales elctricas (lnea punteada) con uncontrolador indicador de flujo FIC101localizado en un control/display compartido.Una extraccin de la raz cuadrada de laseal de entrada es aplicada como parte dela funcionalidad del FIC101.1-4


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La salida del FIC101 es una seal elctricaque va a TY101 que es una seal neumtica(lnea con dos marcas cruzadas) haciendo aTY101 un I/P (convertidor electroneumtico). TT101 y TIC101 son similares aFT101 y a FIC101 pero estn midiendo,indicando y controlando temperatura.2-4


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Las salidas del TIC101 estn conectadas vaenlace de sistema interno de software deinformacin (lneas con burbujas) a un SetPoint (SP) de FIC101 para formar un controlestratgico en cascada.Un YIC tpico est provisto de una vlvulaON/OFF que es controlada por una vlvulasolenoide y es alimentada con switcheslimitadores para indicar las posiciones(ZSH) abierto y (ZSL) cerrado. 3-4


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Todas las entradas y salidas estncableadas al PLC que es accesible aloperador. (diamante dentro de un cuadradocon una lnea horizontal).La letra `Y' indica un evento, estado, presencia. La letra `I' refiere a que laindicacin est provista, y la letra `C'significa que el control se lo toma desdeeste aparato.4-4


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Globo, compuertau otra

Vlvula debola

Angulo

Mariposa

Tres vas

Figura 1.3 Smbolo de las vlvulas


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FR128PR129

PIC127TRC130TAH131


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Abre en fallo

Cierra en falloAbre en fallo a va A-C

Se bloquea en fallo

Posicin indeterminada en fallo

Abre en fallo a vas A-C y D-B


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Identificacin del punto de ajuste (set-point) y del rangode operacin del instrumento.


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Lazos ElectrnicosInterpretacin de los lazos electrnicos por medio de los smbolos deinstrumentacin


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Lazos ElectrnicosInterpretacin de los lazos electrnicos por medio de los smbolos deinstrumentacin

El transmisor etiquetado como FT-101 sensa y mide la diferencia depresin causada por la restriccin de la placa de orificio. El transmisortambin produce una seal que representa esta cada, la cual esproporcional al flujo promedio.Los puntos de conexin del transmisor son terminales elctricas. Lossignos positivo y negativo indican la polaridad de las terminales. Estetransmisor transmite una seal de 4 a 20 mA. La flecha apuntando haciaarriba nos indica que es un instrumento que acta directamente. El ovaloalrededor de las lneas de seal indica que esta blindada la seal paraevitar interferencia elctrica que pueda ocasionar una lectura errnea enlos indicadores.Intrumentacin Industrial

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LAZOS NEUMTICOS

Los diagramas de lazo estn organizados de tal forma que puedan ser ledosindiferentemente de la fuente de suministro. Los diagramas lazos neumticos sinsimilares a los lazos electrnicos. La mayora si no es que todos utilizan el mismotipode simbologa. A continuacin se muestra un ejemplo.Interpretacin de los lazos neumticos por medio de los smbolos de instrumentacinLa informacin general se presenta en el titulo del dibujo mientras que las notasestnen la parte inferior. Como en los lazos electrnicos, la informacin se lee generalmentede izquierda a derecha.


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LAZOS NEUMTICOS


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DIAGRAMA FUNCIONAL GENERAL DE UN SISTEMA DE MEDICININPUT

Elemento desensado primario

Acondicionamientoseal y transmisin

Dispositivosde entrada

Transductor

Transmisin deDatos

Presentacin de Datos

Procesamiento deDatos

MediosIntermedios

OU

Transductor Inversor

TP

Dispositivosde salida

U

Grabacin Datos

TS


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Elemento Primario (sensor)

Un sensor es un dispositivo que, a partir de la energa del medio donde semide, da una seal de salida transducible que es funcin de la variablemedida.

Es importante destacar que el instrumento extrae alguna energa del medioque mide. Entonces la magnitud medida siempre est perturbada por elacto de medir, lo cual hace que la medicin no sea tericamente perfecta.

Una buena medicin es la que minimiza este efecto, el cual siempre estpresente en algn grado.


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TRANSDUCTOR

Se denomina transductor en general, a todo dispositivo que convierte unaseal de una forma fsica en una seal correspondiente pero de otra formafsica distinta, generalmente en una seal elctrica.

Las cantidades ms comnmente medidas por los transductores son:posicin, fuerza, velocidad, aceleracin, presin, nivel, flujo y temperatura.

Dado que hay seis tipos de seales: mecnicas, trmicas, magnticas,elctricas, pticas y moleculares, cualquier dispositivo que convierta unaseal de una de un tipo en una seal de otro tipo debera de considerarseun transductor.

En la prctica se considera transductor solo a aquellos que ofrecen unaseal de salida elctrica.

Intrumentacin Industrial80


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TRANSDUCTOR

Ventajas de las seales elctricas: Cualquier variacin del un parmetro no elctrico de un materialviene acompaado por la variacin de un parmetro elctrico. En un proceso no conviene extraer energa, por lo que mejor esamplificar la seal. Se pueden obtener altas ganancias. Gran cantidad de recursos para acondicionar la seal. Numerosos recursos para presentar o registrar la informacin. La transmisin de seales elctricas es ms verstil que lasseales mecnicas, hidrulicas o neumticas.


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Acondicionadores de sealElemento manipulador de variables. Los acondicionadores de seal, adaptadores o amplificadores,en sentido amplio son los elementos del sistema de medida queofrecen, a partir de la seal de salida de un sensor electrnico,una seal apta para ser presentada o registrada o quesimplemente permita un procesamiento posterior. Consisten en circuitos electrnicos que ofrecen entre otrasfunciones: amplificacin, filtrada, adaptacin de impedancias ymodulacin o desmodulacin.


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Acondicionadores de sealElemento manipulador de variables.

Manipular en este caso es un cambio del valor numrico deacuerdo con alguna regla definida pero conservando la naturalezafsica de la variable.

Entonces un amplificador acepta una seal de tensin pequeacomo entrada y produce una seal de salida en tensin que semantiene constante en el tiempo.


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Elemento transmisor de datos. Cuando los elementos funcionales de un instrumento estnfsicamente separados se hace necesaria la transmisin deinformacin. El transmisor puede ser muy simple o tan complejo como unsistema telemtrico que incluya satlites.


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Elementos de almacenamiento de datos En algunos casos se trata de almacenar la informacin obtenidapor el sistema de medicin para su posterior anlisis o postprocesamiento. Se suelen emplear registradores, grabadoras de cinta o discomagntico e incluso almacenamiento temporal en memoria.


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Elemento presentador de datos. El objetivo es medir una cantidad para comunicar la informacinal humano el cual tiene intenciones de supervisar, controlar oanalizar la medicin.

Es necesario convertir la variable a una forma reconocida porlos sentidos humanos.

Esto puede ser un indicador, un registrador, display alfanumrico,etc. y puede contener elementos de clculo adicional para filtrar,interpolar, etc. la medicin.


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Contador de Presin

En el Sistema de medicin anterior, se trata de conocer latemperatura de un lquido que se encuentra en un recipiente. El bulbo es el elemento primario y a la vez el convertidor devariable ya que en su interior hay un fluido que vara sudimensin con la temperatura y hace que aparezca en suextremo una presin ejercida por el fluido proporcional a latemperatura en el recipiente.


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Contador de Presin

El capilar que une al bulbo con el tubo Bourdon no esms que el elemento transmisor de datos y es el tuboBourdon el segundo elemento convertidor de variable alrecibir del capilar la presin del fluido que esproporcional a la temperatura y convertirla enmovimiento. El elemento manipulador de variable esta dado por launin del Bourdon con la aguja indicadora. Es la aguja y la escala el elemento presentador de datosque como ya sabemos permite al hombre conocer latemperatura en el recipiente.Intrumentacin Industrial

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Tipos de SensoresCriterio

Clases

Ejemplos

Aporte de Energa

ModuladoresGeneradores

TermistorTermopar

Seal de salida

AnalgicosDigitales

PotencimetroCodificador de Posicin

Modo de Operacin

De DeflexinDe Comparacin

Acelermetro de DeflexinServo acelermetro

Segn el tipo de relacinENTRADA/SALIDA

Orden ceroPrimer ordenSegundo orden o de orden

superior.

El orden est relacionado con elnmero de elementos almacenadoresde energa independientes queincluye el sensor (repercute en suexactitud y velocidad de respuesta).Importantes en los sistemas de lazocerrado.

Desde el punto de vista de laIngeniera Electrnica

De acuerdo con elparmetro variable

Resistencia, Capacidad, Inductancia,sensores generadores de tensin,corriente.


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Configuracin general entrada-salida de los instrumentos de medicin

Entrada deseada

SalidaGD

Representa la cantidad que elinstrumento esta especficamenteintentando medir


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Fenmenos electroestticos,electromagnticos, temperatura,..

Entrada interferente

GI

Representa cantidades a lascuales el instrumento esinintencionalmente sensitivo

Entrada deseada

GD


+

Salida

+

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Por ejemplo, si tiene un Puente deWheatstone, en el que un brazo es un straingage que est midiendo el esfuerzo sobreuna barra, la tensin de salida deber serproporcional al esfuerzo medido (e).

Ra

o = - (GF ) Rg eEb2( Rg + Ra )Intrum

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La pr

s

ncia d

campos d

60 Hzd

bidos a ln

as d

alim

ntacin,motor

s

lctricos, lmparasfluor

sc

nt

s,

tc. pu

d

n inducirt

nsion

s

n

l circuito, y ocasionarvoltaj

s d

salida dif

r

nt

s d

c

ropara

sfu

rzo c

ro.

Intrum

ntacin Industrial

95


98/178

Entrada int

rf

r

nt

GI

GM,IEntrada modificadoraGM,D

Entrada d

s

ada

+

Salida

+

GDIntrum

ntacin Industrial

96


99/178

Las

ntradas modificadoras son magnitud

squ

provocan un cambio

n las r

lacion

s

ntrada

salida d

las

ntradas d

s

adas yd

las int

rf

r

nt

s. Por

j

mplo, las variacion

s d

t

mp

raturaocasionan un cambio

n

l valor d

l Factord

Galga (GF) d

l circuito d

l strain gag

.

Intrum

ntacin Industrial

97


100/178

Mtodos d

corr

ccin1.

Mtodo d

la ins

nsibilidad inh

r

nt

.Propon

qu

los

l

m

ntos d

l sist

ma d

m

dicin s

an por dis

o inh

r

nt

m

nt

s

nsibl

s slo a la

ntrada d

s

ada.O s

a, qu

GI y/o GM,D s

an lo ms c

rcanas ac

ro posibl

.

Intrum

ntacin Industrial

98


101/178

2. Mtodo d

la r

troalim

ntacin d

altaganancia.En

st

mtodo s

r

troalim

nta la salida d

l instrum

nto con unaganancia alta d

modo qu

la misma r

sulta aproximadam

nt

xp

i

G(s)

x0

H(s)

dond

:

1xo

iK FB

xo : salida d

l instrum

nto

i :

ntrada d

l instrum

ntoKFB : ganancia d

la r

troalim

ntacin

Intrum

ntacin Industrial

99


102/178

3.

Mtodo d

las corr

ccion

s calculadas d

la salida.Implica m

dir o

stimar las magnitud

s d

las

ntradas int

rf

r

nt

s y/o modificadoras y laman

ra

n qu

stas af

ctan a la salida.D

sta forma, s

pu

d

n calcular lascorr

ccion

s qu

s

d

b

n sumar o r

star

n lasalida para qu

sta (id

alm

nt

) d

p

nda slo d

la

ntrada d

s

ada.

Intrum

ntacin Industrial

100


103/178

4.

Mtodo d

l filtrado d

s

al

s.Un filtro

s todo dispositivo qu

s

para s

al

s d

acu

rdocon su fr

cu

ncia u otro crit

rio. Si los

sp

ctrosfr

cu

ncial

s d

la s

al y las int

rf

r

ncias no s

solapan, lautilizacin d

un filtro

s

f

ctiva.Est

s

basa

n la posibilidad d

introducir filtros

n

linstrum

nto para bloqu

ar las s

al

s

spurias d

modo qu

su

f

cto s

limin

o r

duzca.El filtro pu

d

ubicars

n la

ntrada o

n una

tapa int

rm

dia.En

l prim

r caso

l filtro pu

d

s

r:

lctrico, m

cnico p.

j.Para

vitar vibracion

s

, n

umtico, trmico. Los filtrosubicados

n

tapas int

rm

dias son casi sin

xc

pcin filtros

lctricos.Intrum

ntacin Industrial

101


104/178

5. Mtodo d

las

ntradas opositoras.Consist

n introducir int

ncionalm

nt

n

l instrum

nto

ntradas int

rf

r

nt

s y/omodificadoras qu

ti

ndan a canc

lar los

f

ctos ind

s

abl

s d

las

ntradas

spurias ind

s

abl

s.

Intrum

ntacin Industrial

102


105/178

Caract

rsticas d

comportami

nto d

los instrum

ntos.

Caract

rsticas Estticas. Caract

rsticas Dinmicas.

Intrum

ntacin Industrial

103


106/178

Importancia d

las caract

rsticas g

n

ral

s Si ust

d trata d

l

gir un instrum

ntocom

rcialm

nt

disponibl

, como

l m

jor para unam

dicin dada o si Ud.

st involucrado

n

l dis

od

un nu

vo instrum

nto para una m

dicin

sp

cfica

ntonc

s d

b

r t

n

r alguna bas

cuantitativa para comparar un instrum

nto con lasposibl

s alt

rnativas.

Intrum

ntacin Industrial

104


107/178

Caract

rsticas

stticas:La instrum

ntacin industrial ti

n

su t

rminologaparticular para d

finir las caract

rsticas propias d

losinstrum

ntos, d

la m

dicin,

tc.Dif

r

nt

s t

xtos y autor

s han utilizado dif

r

nt

strminos y d

finicion

s para sto, lo qu

ha h

chon

c

sario, con

l fin d

qu

fabricant

s y usuarios

mpl

n un mismo l

nguaj

, unificar los mismos.

Intrum

ntacin Industrial

105


108/178

Para

sto, s

han d

sarrollado normas, como lasug

rida por la SAMA (Sci

ntific ApparatusMak

rs Association), norma PMC 20, qu

s laqu

mpl

ar

mos

n

l curso.

Intrum

ntacin Industrial

106


109/178

Campo d

m

dida (rang

)Alcanc

(span)ErrorExactitud, Pr

cisin y BiasS

nsibilidad

sttica o gananciaR

p

titividadLin

alidadHistr

sisZona mu

rtaD

rivaIntrum

ntacin Industrial

107


110/178

Campo d

m

dida (rang

) Conjunto d

valor

s d

la variabl

m

didacompr

ndidos d

ntro d

los lmit

s sup

rior

inf

rior d

la capacidad d

m

dida o d

transmisin d

l instrum

nto. Vi

n

xpr

sado por los dos valor

s

xtr

mos. Ej

mplo: Para un instrum

nto d

m

dicin d

t

mp

ratura, su campo d

m

dida pu

d

s

r100

300

C.Intrum

ntacin Industrial

108


111/178

Alcanc

(span) Dif

r

ncia alg

braica

ntr

l valor sup

rior y

l inf

rior d

l campo d

m

dida d

linstrum

nto. Ej

mplo: En

l instrum

nto d

l

j

mploant

rior,

l alcanc

s 200

C.

Intrum

ntacin Industrial

109


112/178

Error S

pu

d

d

finir

l

rror como la dif

r

nciaalg

braica

ntr

l valor l

do o transmitido por

linstrum

nto y

l valor r

al d

la variabl

m

dida. Error absoluto = r

sultado v

rdad

ro valor Error r

lativo =

rror absoluto / v

rdad

ro valor Es d

cir,

l

rror

xpr

sa una m

dida cuantitativa d

la inc

rtidumbr

r

sultant

n la m

dicin.

Intrum

ntacin Industrial

110


113/178

ErrorHay qu

distinguir dif

r

nt

s tipos d

rror: Error dinmico:

rror

n condicion

s dinmicas d

l proc

so.El instrum

nto, para r

alizar la m

dicin, absorb

n

rga d

lm

dio m

dido y

sta transf

r

ncia r

qui

r

d

ci

rto ti

mpo, loqu

da lugar a r

tardos qu

provocan qu

l valor instantn

od

la variabl

y

l indicado por

l instrum

nto

n

s

instant

d

ti

mpo difi

ran.

Error

sttico:

rror cuando

l proc

so

st

n rgim

np

rman

nt

o

stado

stacionario.

Intrum

ntacin Industrial

111


114/178

Intrum

ntacin Industrial

112


115/178

La magnitud d

l

rror d

p

nd

por supu

sto d

lascaract

rsticas d

l instrum

nto (su principio d

funcionami

nto, construccin,

tc.), d

la forma d

instalacin, d

l tipo d

fluido d

l proc

so,

tc., p

rotambin d

p

nd

d

l punto d

m

dida,

s d

cir, paraun instrum

nto dado instalado

n un proc

so

sp

cfico,

l

rror no

s

l mismo

n todos lospuntos d

su campo d

m

dida ni si la m

dicin s

f

cta

n forma cr

ci

nt

o d

cr

ci

nt

.

Intrum

ntacin Industrial

113


116/178

ErrorPor

sto s

d

fin

l: Error m

dio: m

dia aritmtica d

los

rror

s

n cada punto d

m

dida d

t

rminados paratodos los valor

s cr

ci

nt

s y d

cr

ci

nt

sd

la variabl

m

dida.

Intrum

ntacin Industrial

114


117/178

Error Por otra part

, s

pu

d

n clasificar los

rror

s d

acu

rdo a la forma

n qu

s

produc

n:a. Sist

mticos.b. Al

atorios.

Intrum

ntacin Industrial

115


118/178

Error

s Sist

mticos:Los

rror

s sist

mticos son aqu

llos d

los qu

s

conoc

lafu

nt

qu

los produc

n y la forma

n qu

s

manifi

stan. Eng

n

ral, los

rror

s sist

mticos pu

d

n calculars

,

vitars

ocomp

nsars

. A su v

z, los

rror

s sist

mticos pu

d

n s

r: Instrum

ntal

s: propios d

l instrum

nto. Ambi

ntal

s: d

bidos a la influ

ncia d

l m

dio ambi

nt

sobr

lam

dicin. D

obs

rvacin: dados por la t

nd

ncia d

l obs

rvador a l

r"por arriba" o "por d

bajo".

Intrum

ntacin Industrial

116


119/178

Error

s al

atorios

Los

rror

s al

atorios son aqu

llos qu

s

produc

n

n forma compl

tam

nt

fortuita, proc

d

nt

s d

fu

nt

s

n g

n

ral d

sconocidas y por tanto nocalculabl

s dir

ctam

nt

.

Intrum

ntacin Industrial

117


120/178

Exactitud Esta caract

rstica nos

sp

cifica

l

rror con

l cuals

mid

. La

xactitud s

r

laciona con la aus

ncia d

rror

n las m

dicion

s. La

xactitud d

un s

nsor s

d

t

rmina m

diant

lad

nominada calibracin

sttica. Curva d

Calibracin. La

xactitud pu

d

xpr

sars

n trminos d

losconc

ptos d

pr

cisin y bias. El bias s

r

fi

r

a la part

constant

d

l

rror y s

r

laciona con

l

rror sist

mtico.Intrum

ntacin Industrial

118


121/178

Intrum

ntacin Industrial

119


122/178

Intrum

ntacin Industrial

120


123/178

Intrum

ntacin Industrial

121


124/178

Intrum

ntacin Industrial

122


125/178

Pr

cisin (La fid

lidad) Es la tol

rancia d

m

dida o d

transmisin d

linstrum

nto y d

fin

los lmit

s d

los

rror

scom

tidos cuando

l instrum

nto s

mpl

a

ncondicion

s normal

s d

s

rvicio.

Valor m

dio d

los r

sultadosValor

xacto

Intrum

ntacin Industrial

123


126/178

Intrum

ntacin Industrial

124


127/178

Hay varias formas d

xpr

sar la pr

cisin:a) Tanto por ci

nto (%) d

l alcanc

.S

l

llama tambin Clas

d

Pr

cisin d

linstrum

nto.Ej

mplo: un instrum

nto d

m

dicin d

t

mp

raturad

alcanc

200

C y pr

cisin

0,5 % d

lalcanc

, para una l

ctura d

150

C,

l

rrormximo

sp

rado s

r:

0,5 x 200/100 =

1

CLu

go,

l valor r

al d

la t

mp

ratura

starcompr

ndido

ntr

149 y 151

C.Intrum

ntacin Industrial

125


128/178

b) Dir

ctam

nt

,

n unidad

s d

la variabl

m

dida.Ej

mplo: pr

cisin d

1

C.

c) Tanto por ci

nto (%) d

la l

ctura

f

ctuada.Ej

mplo:

1 % d

la l

ctura. Si la l

ctura

f

ctuadafu

150

C,

l

rror mximo

sp

rado s

ra

1,5

C.

Intrum

ntacin Industrial

126


129/178

d) Tanto por ci

nto (%) d

l valor mximo d

lcampo d

m

dida.Ej

mplo:

0,5 % d

300 C. El

rrormximo

sp

rado s

ra d

1,5 C.

Intrum

ntacin Industrial

127


130/178

) Tanto por ci

nto d

la longitud d

la

scala.Ej

mplo: Si la longitud d

la

scala d

un instrum

nto

sd

100 mm., una pr

cisin d

0,5 % r

pr

s

ntar

0,5 mm. d

la

scala; si

l alcanc

d

l instrum

nto

s200 C, cada mm. d

la

scala s

r 200/100= 2 C,lu

go

l mximo

rror

sp

rado s

r d

0,5 x 2 =

1 C.

Intrum

ntacin Industrial

128


131/178

R

alm

nt

, la pr

cisin vara para cada punto d

lcampo d

m

dida, aunqu

l fabricant

sp

cificaun valor d

la misma para

l instrum

nto. El valor ofr

cido por

l fabricant

s

r

l p

or valord

pr

cisin para

s

instrum

nto.

Intrum

ntacin Industrial

129


132/178

En ocasion

s s

ofr

c

una pr

cisin g

n

rald

l instrum

nto y una pr

cisin para unazona d

la

scala; por

j

mplo: pr

cisin d

1 % para

l instrum

nto y d

0,5 % parala zona c

ntral d

la

scala.

Intrum

ntacin Industrial

130


133/178

S

nsibilidad o factor d

scala (s

nsitivity) Es la razn

ntr

l incr

m

nto d

la l

ctura y

l incr

m

nto d

la variabl

qu

lo ocasiona una v

z qu

s

ha alcanzado

l

stado d

r

poso. Es la p

ndi

nt

d

la curva d

calibracin. Para un s

nsor cuya salida

st r

lacionada con la

ntrada xm

diant

la

cuacin y = f(x).

S ( xa ) =

dydx

x = xa

Vi

n

dado

n tanto por ci

nto (%) d

l alcanc

. Esta

sp

cificacin nos mu

stra

n cuanto vara la salida porvariacin unitaria d

la

ntrada.

Intrum

ntacin Industrial

131


134/178

R

p

titividad (r

p

atability): Es la capacidad d

r

produccin d

las posicion

s d

lndic

o la pluma d

l instrum

nto al m

dirr

p

tidam

nt

idnticos valor

s d

la variabl

n lasmismas condicion

s d

s

rvicio y

n

l mismo s

ntidod

variacin r

corri

ndo todo

l campo d

m

dida. G

n

ralm

nt

s

consid

ra su valor mximo y s

xpr

sa

n tanto por ci

nto (%) d

l alcanc

. Un valortpico

s d

0,1 %.

Intrum

ntacin Industrial

132


135/178

Lin

alidad: Es

l grado

n qu

las variacion

s a la salidasigu

n las variacion

s a la

ntrada. En g

n

ral

s d

s

abl

t

n

r

scalas lo maslin

al

s posibl

s d

bido a las facilidad

s parala calibracin. Un s

nsor lin

al id

al pr

s

nta una ln

ar

cta como caract

rstica

ntrada

salida.Intrum

ntacin Industrial

133


136/178

Histr

sis: Es

l valor mximo d

dif

r

ncia qu

s

obs

rva

nlos valor

s indicados por

l instrum

nto para unmismo valor cualqui

ra d

l campo d

m

dida cuandola variabl

m

dida r

corr

toda la

scala

n s

ntidoasc

nd

nt

y d

sc

nd

nt

.

Intrum

ntacin Industrial

134


137/178

Zona Mu

rta (d

ad zon

o d

ad band):

Es

l campo d

valor

s d

la variabl

qu

no hac

variar la indicacin o la s

al d

salida d

linstrum

nto, o s

a, qu

no produc

r

spu

sta

n

lmismo. Vi

n

dado

n tanto por ci

nto (%) d

l alcanc

.

Intrum

ntacin Industrial

135


138/178

D

riva (drift): Es la variacin

n la s

al d

salida d

l instrum

nto

nun p

rodo d

ti

mpo d

t

rminado mi

ntras s

manti

n

constant

la variabl

m

dida. S

su

l

consid

rar la d

riva d

c

ro como la variacind

la s

al d

salida para valor c

ro d

la variabl

m

dida atribuibl

a cualqui

r causa int

rna y la d

rivatrmica d

c

ro,

n

st

caso la variacin d

la salidapara m

dida c

ro d

bida nicam

nt

a los

f

ctos d

lat

mp

ratura.Intrum

ntacin Industrial

136


139/178

Caract

rsticas

stticas.Curva d

calibracin

Intrum

ntacin Industrial

137


140/178

Caract

rsticas

stticas.Curva d

calibracinS

nsibilidad

Intrum

ntacin Industrial

138


141/178

No lin

alidad

h1100%Xs

h2100%XsIntrum

ntacin Industrial

139


142/178

Zona mu

rtaR

sist

nciaT2

T3

Zonamu

rta

a

Zon muertam

0T1 T2 T3Termin les

am

360

ngulo de giro,(b)

( )

Intrument cin Industri l

140


143/178

Resolucin, histresis, s tur cinHistresis

Curv de c libr cinque presenthistresis

Resolucin: es el c mbio ms pequeo en l entr d del tr nsductor que producir unc mbio en l s lid

S tur cin


141


144/178

C libr cin

aia2


142


145/178

C libr cin


143


146/178

Especific ciones esttic s tr nsductores. Ejemplo 1Output (S lid ) mVIncrement ndo

Dismunuyendo

0

0.08

0.06

5

0.45

0.88

10

1.02

2.04

151.71

3.10

20

2.55

4.18

25

3.43

5.13

30

4.48

6.04

35

5.50

7.02

40

6.53

8.06


147/178

45

7.64

9.35

50

8.70

10.52

55

9.85

11.8

60

11.01

12.94

6512.40

13.86

70

13.32

14.82

75

14.35

15.71

80

15.40

16.84

85

16.48

17.92

90

17.66

18.70


148/178

95

18.90

19.51

100

19.93

20.02

Un celd de c rg es un tr nsductor us do p rmedir peso. Un t bl de c libr cin est d d en lsiguiente t bl . Gr fique l curv de c libr cinCURVA DE CALIBRACION25

20

15Output (mV)

Lo d (Kg)

10

5

0

0

10

20

Intrument

cin Industri

l

30

40

5060Lo d Kg

70

80

90

100

144


149/178

Sistem Intern cion l de Unid des (SI).Este sistem de medid fue dopt dointern cion lmente en l XIII y XIV Conferenci Gener l de Pesos y Medid s que tuvieron lug r enP rs en 1967 y 1971 y r tific do en l IIIConferenci Gener l de l Org niz cinIntern cion l de Metrolog Leg l.


145


150/178

El SI h sido dopt do en los ossubsiguientes medi nte l promulg cinde Leyes, Decretos, etc., por un nmerocreciente de p ses y en l ctu lid d sepuede exigir prctic mente cu lquierf bric nte que los instrumentos quesuministre expresen l medicin en estesistem .


146


151/178

L princip l vent j del SI es sucoherenci , pues en este sistem noson neces rios f ctores de conversincu ndo se us n unid desfund ment les o deriv d s.Adems, l s expresiones de l energen sistem s mecnicos, elctricos ym gnticos son idntic s.


147


152/178

M gnitudes Fund ment lesLongitudM sTiempoTemper turC ntid d de sust nciCorriente elctricIntensid d lumnic

Un id dmetro (m)kilogr mo (kg)segundo (s)Kelvin (K)mole (mol) mpere (A)c ndel (cd)


148


153/178

Princip les m gnitudes deriv d s: ) Expres d s en trminos de l s m gnitudes fund ment les:M gnitudes deriv d sreVolumenVelocid dAceler cinDensid dConcentr cinViscosid d cinemtic

Unid desmetro cu dr do (m2)metro cbico (m3)metro por segundo (m/s)metro por segundo cu dr do (m/s2)kilogr mo por metro cbico (kg/m3)moles por metro cbico (mol/m3)metro cu dr do por segundo (m2/s)


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b) Expres d s en trminos de otr s m gnitudes:M gnitudes deriv d sFrecuenciFuerzPresinEnerg , tr b jo, c ntid d de c lorPotenci , flujo de c lorViscosid d dinmicC p cid d c lorfic especficC p cid d c lorfic mol rEnerg especficEnerg mol rPeso especfico

Unid deshertz (Hz) o (s-1)newton (N) o (kgm/s2)p sc l (N/m2)joule (J) o (Nm)w tt (W) o (J/s)p sc lsegundo (P s)joule por kilogr mokelvin (J/(kgK)joule por molkelvin (J/(molK)joule por kilogr mo (J/kg)

joule por mol (J/mol)newton por metro cbico (N/m3)


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C r cterstic s dinmic s:El comport miento dinmico de un instrumento de medid puede consider rse como un ejemplo especfico delcomport miento dinmico de los sistem s.El modelo m temtico gener l de los sistem s dinmicosms emple do es l ecu cin diferenci l line l ordin ricon coeficientes const ntes.


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157/178

d n q0d n -1q0dq0d mqian n + an -1 n -1 +....+ a1+ a0q0 = bm mdtdtdtdtm-1d qidqi+ bm-1 m-1 +...+b1+ b0qidtdt

Dond

: qo = cantidad d

salidaqi = cantidad d

ntradat = ti

mpoai , bj = parm

tros d

l sist

ma fsicoIntrum

ntacin Industrial

153


158/178

Si s

aplica la Transformada d

Laplac

, con condicion

s inicial

sigual

s a c

ro, s

ti

n

la

cuacin:

(an s n + an -1s n -1 +...+ a1s + a0 )Qo ( s) =(bm s m + bm-1s m-1 +...+b1s + b0 )Qi ( s)Si

ndo la caract

rstica d

la r

spu

sta d

p

ndi

nt

d

las rac

s d

la

cuacin caract

rstica d

l sist

ma:

an s + an -1sn

n -1

+...+ a1s + a0 = 0

Intrum

ntacin Industrial

154


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Las rac

s d

la

cuacin caract

rstica pu

d

n s

r:1. Rac

s r

al

s, no r

p

tidasPor cada raz r

al no r

p

tida, la r

spu

sta t

ndr un trmino C

st2. Rac

s r

al

s r

p

tidasPor cada raz s qu

apar

zca p v

c

s, la r

spu

sta t

ndr un conjunto d

p trminos(C0 + C1 t + C2 t2 +...+ Cp

1 t p

1)

s t

Intrum

ntacin Industrial

155


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3. Rac

s compl

jas conjugadas, no r

p

tidas:s1,2 = a

jbpor cada par d

rac

s , la solucin t

ndr un trmino:C

at s

n (bt + f )4. Races complejas conjugadas, repetidas:s1,2 = s3,4 = a jbpor cada par de races repetidas p veces, la solucin tendr ungrupo de p trminos:C0 e at sen (bt + f ) + C1 t e at sen (bt + f ) +...+ Cp-1 t p-1 e at sen (bt + f )Intrumentacin Industrial

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161/178

Es recuente caracterizar el comportamiento dinmico delinstrumento empleando el modelo en orma de uncin detrans erencia.Para esto debe expresarse la ecuacin di erencial envariables de desviacin. De esta manera, se cumple lade inicin de la uncin de trans erencia.m -1

Qo ( s) bm s + bm-1s +...+b1s + b0=nn -1Qi ( s) an s + an -1s +...+ a1s + a0m

Intrum

ntacin Industrial

157


162/178

La

cuacin dif

r

ncial pr

s

ntada, y la funcintransf

r

ncial corr

spondi

nt

,

s

l mod

lo g

n

ral paratodo instrum

nto o sist

ma d

m

dicin.Ahora bi

n,

xist

n algunos casos

sp

cficos qu

ocurr

ntan fr

cu

nt

m

nt

, qu

d

b

n

studiars

s

paradam

nt

.An ms, sist

mas ms compl

jos ti

nd

n a s

r

studiadoscomo combinacion

s d

stos.

Intrum

ntacin Industrial

158


163/178

Instrum

nto d

ord

n c

ro:a0 q0 = b0 qiLa s

nsibilidad

sttica (ganancia d

stado

stacionario)

s:

b0q0 = qia0b0K=a0Est

mod

lo r

pr

s

nta

l comportami

nto id

al d

un instrum

nto. Lasalida sigu

p

rf

ctam

nt

la variacin d

la

ntrada.Intrum

ntacin Industrial

159


164/178

Un

j

mplo d

instrum

ntos d

ord

n c

ro

s

lpot

ncim

tro d

m

dicin d

d

splazami

nto:XM

Eb

xi

+

o

o =

xiEb = KxiXM

Intrum

ntacin Industrial

160


165/178

Instrum

nto d

prim

r ord

n:dqoa1+ ao qo = bo qidtboa1 dqo+ qo = qiao dtaoqu

pu

d

xpr

sars

como:

(ts +1)qo = Kqidonde:K=

t=

bo= sensibilidad es icaao

a1= cons an e de iempo

aoIn

rumen

acin Indus

rial

161


166/178

xo

xo=0T fTi(

)

El

ermme

ro de vidrio, midiendo la empera ura del lquido, se compor acomo un ins

rumen

o de primer orden si elre

ardo dinmico debido a la inercia delos lquidos es despreciable encomparacin con el re ardo rmico de la

ransferencia de calor del medio medido a

ravs de la pared del

ermme

ro allquido

ermom

rico.UAb (Ti - T f ) = Vb rCxo =

dTtfdt

K exVbTtfAc

Int

umentacin Indust

ial

162


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La

espuesta a un paso escaln de un inst

umento de p

ime

o

den es:qi

qistqoKqis0,632Kqis

t

tIn

rumen

acin Indus

rial

163


168/178

La carac

ers

ica dinmica del ins

rumen

o puede analizarse median

ela respues

a frecuencial.

3 db

f

wc


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169/178

Instrumento de segundo orden:El modelo matemtico de un instrumento de segundo orden puedeexpresarse:

d 2 qodqoa2+ a1+ a0 qo = b0 qi2dtdtllamando:

boK=ao

Sensibilidad esttica o ganancia

aown =a2

Frecuencia natural

a1z =2 a o a2

Coeficiente de amo tiguamiento

Int umentacin Indust ial

165


170/178

Puede lleva

se el modelo (t

ansfo

mando) a:

qo(s) = 2sqi

w

2n

+

K2zs

wn

+1

Las

aces de su ecuacin ca

acte

stica y po

tanto la fo

ma de la espuesta estn condicionadas po el valo de z.Int

umentacin Indust

ial

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171/178

z > 1

aces

eales y desiguales; sistema sob

eamo

tiguado

z = 1

aces

eales e iguales; sistema c

ticamente amo

tiguadoz < 1 aces complejas conjugadas; sistema subamo tiguado

Int

umentacin Indust

ial

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172/178

qoz1

t

Int

umentacin Indust

ial

168


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174/178

C

ite

ios gene

ales de seleccin. La seleccin del t

ansducto

adecuado est dete

minadapo

las conside

aciones bsicas siguientes: .Cul es el p opsito de la medicin? .Cul es la magnitud a medi

? .Qu campo de valo

es se visuali

a

en losdatos finales? .Qu condiciones de sob

eca

ga pueden ocu

i

du

ante la medicin?

Int

umentacin Indust

ial

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175/178

.Con qu p

ecisin debe efectua

se la medicin?.Cuales son las ca

acte

sticas dinmicas de lamagnitud a medi

?.Qu espuesta de f ecuencia o tiempo de

espuesta debe

efleja

se en los datos finales?.Cul es la natu

ale

a fsica o qumica del mediodonde se

eali

a la medicin?

Int

umentacin Indust

ial

171


176/178

.Dnde y cmo esta

instalado el t

ansducto

?.Cmo y hasta qu punto pueden las va

iaciones delmedio alte

a

la indicacin del t

ansducto

? Ot os facto es que influyen en la seleccin son: lanatu

ale

a del sistema de datos o p

ocesado

de seales;la disponibilidad y el costo del t

ansducto

.

Int

umentacin Indust

ial

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Int

umentacin Indust

ial

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Documents

280453778 Manual Instrumentacion Industrial