instituto tecnológico metropolitano (itm) institución universitaria medellín -colombia

Instituto Tecnológico Metropolitano (ITM)Institución UniversitariaMedellín -Colombia

1. Motivación

CONTENIDO

1. Motivación2. Características estáticas de los instrumentos3. Características dinámicas de los sistemas de medida4. Diagramas de proceso e instrumentación (P&ID). Norma

ISA S5.1-1984 (R. 1992)5. Principios físicos de instrumentos de detección y

actuación6. Transducción y sensado: Transductores y Transmisores

Estándares de Medida

Intervalo de Medida (range): Conjunto de valores de la variable medida que están comprendidos entre el limite inferior y superior de la capacidad de medida de recepción y transmisión del instrumento.

Se expresa por los dos valores extremos

2. Características estáticas de los sistemas de medida


Alcance (span):

Diferencia algebraica entre los valores superior en inferior del alcance del instrumento



Error:La desviación de las medidas practicas en un proceso con respecto a las medidas teóricas o ideales Error estático: Si el proceso está en condiciones de régimen permanente existe el llamado error estático.Error Dinámico: En condiciones dinámicas el errorvaría considerablemente debido a que los instrumentos tienen características comunes a los sistemas físicosCausas: Imperfecciones de los aparatos, factores medioambientales, proceso de medición de cada individuo



Error:

Error= Valor leído en el instrumento – Valor ideal de la variable medida

Error absoluto = Valor leído – Valor verdadero

Error relativo = Error absoluto/ valor verdadero

(Generalmente en valor absoluto)

* Para el caso estático



Error:

Error medio = ∑An/N (An: Mediciones, N: Número de mediciones)

Máximo error= ± (a+b+c+d+e) (Participación de varios instrumentos: a, b, c, d son los errores relativos de cada

instrumento)

Error total en la medicion = ±

* Para el caso estático


3. Características dinámicas de los sistemas de medida

-Error dinámico: A cierta frecuencia, se define como la diferencia entre el valor indicado y el valor exacto de la variable medida

-Velocidad de respuesta:La rapidez con que el sistema de medida responde a una perturbación de la variable de entrada.

Cual es la importancia de la velocidad de respuesta??


Exactitud (accuracy)

Es la cualidad de un instrumento de medida por la que tiende a dar lecturas próximas al verdadero valor de la magnitud de medidaDefine los limites de los errores cometidos cuando el instrumento se emplea en condiciones normales de servicio durante un periodo o tiempo determinado (1 año). Se da en términos de “inexactitud”



ExactitudEs la tolerancia de medida o de transmisión del instrumento (intervalo donde es admisible que se sitúe la magnitud de la medida), y define los límites de los errores cometidos cuando el instrumento se emplea en condiciones normales de servicio durante un período de tiempo determinado (normalmente 1 año). Hay varias formas para expresar la precisión:


Precisión:

Característica de un instrumento en el que se presentan lecturas muy próximas unas a otras. (También denominado fidelidad)



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 su respuesta. Viene dada en tanto por ciento del alcance de la medida. Por ejemplo:

Zona muerta


Zona muerta (dead zone):

Es el rango de valores de la variable que no hace variar la señal de salida del instrumento. No produce respuesta.

Se da en tanto porciento del alcance de la medida



Histéresis (Hysteresis):

Es la diferencia máxima entre los valores indicados por el instrumento para todo el campo de medida cuando la variable recorre la escala en los dos sentidos: Ascendente y Descendente

Histéresis= ABS (Valor de bajada – Valor de subida)/Alcance de la medida

Se expresa en tanto porciento del alcance de la medida



Por ejemplo: Si en un termómetro de 0-100 °C, para el valor de la variable de 40 °C, la aguja marca 39,9 al subir la temperatura desde 0, e indica 40,1 al bajar la temperatura desde 100 °C, el valor de la histéresis es de:



Sensibilidad (sensitivity):

La razón entre el incremento de la señal de salida y el incremento de la señal medidaEjemplo: 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 a 12,3 mA c.c. (en una línea de 4-20mA), la sensibilidad es el cociente:



Repetitibilidad (Repetitibility):La repetibilidad es la capacidad de reproducción de la señal de salida del instrumento, al medir repetidamente valores idénticos de la variable en las mismas condiciones de servicio y en el mismo sentido de variación, recorriendo todo el campo.Sinónimo de precisiónRepetitibilidad (%)=


Repetitibilidad (Repetitibility):Ejemplo

Repetitibilidad (%)=


Incertidumbre de la medida (uncertainty):

Termino mas general que error…

Cuantifica la influencia de factores externos e internos que intervienen en la medición o comparación de la medida con un patrón o valor verdadero



Incertidumbre de la medida (uncertainty):

-Influencia ambiental-Lectura diferentes sobre instrumentos analógicos realizadas por diferentes operadores-Variaciones de la medida en condiciones aparentemente idénticas - Valores inexactos en la calibración con el patrón-Influencia del instrumento en el proceso de medición.

Resultado Dispersión en los valores…



Incertidumbre

Hay dos incertidumbres A y B presentes en la medición. La A se relaciona con fuentes de error aleatorios y pueden ser evaluadas a partir de distribuciones estadísticas. La B esta asociada a errores de tipo sistemático.

Incertidumbre de la medición Tipo A

Calcule la incertidumbre de medición Tipo A mediante la siguiente ecuación:

Donde el promedio o media de las mediciones realizadas y n= al numero de mediciones realizadas


Incertidumbre

Incertidumbre de la medición Tipo BCalcule la incertidumbre de medición Tipo B mediante la siguiente ecuación:

a UB = ------------- √ 3

Donde a = a valor dado por el fabricante

Incertidumbre de la medición Combinada Calcule la incertidumbre de medición Combinada mediante la siguiente ecuación:

UC = (uA)2+(uB)2+(uP)2

Donde Up es la incertidumbre del patrón


IncertidumbreIncertidumbre de la medición Expandida o TotalCalcule la incertidumbre de medición Expandida mediante la siguiente ecuación con el factor de cobertura de 2 para un nivel de confianza de 95,5 %:

UE= 2 * UC

Nota: en caso de no conocer la incertidumbre del instrumento (tipo b) o la incertidumbre del patrón Up, tome como valores de estas, la menor escala de medida de dichos intrumentos


Ejemplo: La siguiente tabla representa la calibración de un termómetro Digital Fluke S3 II Thermometer. Encuentre:a) La histéresis del instrumentob) La repetitividadc) La incertidumbre


Otros términos-Fiabilidad: Medida de la probabilidad que un instrumento se comporte dentro de los límites del error del instrumento en determinado tiempo y bajo condiciones especificas.-Temperatura de servicio-Resolución: Valor de los cambios de la señal de la salida cuando se varia continuamente toda la medida en el campo. Capacidad del instrumento de discriminar valores equivalentes a una cantidad o la menor diferencia que el aparato puede distinguir

Sensibilidad Vs Resolución????? Cual es la diferencia

Ruido: Perturbación que modifica la señal


Estándares de MedidaOtros términos-Reproducibilidad: capacidad del instrumento de repetir medidas para el mismo valor de la variable en un periodo de tiempo determinado bajo las mismas condiciones

-Respuesta Frecuencial: Relación entre la amplitud de la señal de salida con respecto a la variable medida a una diferencia de frecuencia (Hz). Se expresa como: ……….% de ………a …….. Hz

-DerivaVariación de la señal cuando en un periodo de tiempo se mantienen constantes la variable medida y las condiciones ambientales


Presentación de resultados


Cifras significativas: Son aquéllas que ofrecen información sobre el valor real de la medida. La eliminación de cifras no significativas se denomina redondeo y debe realizarse de acuerdo con ciertas reglas. Criterios de redondeo

Si la primera cifra que se omite es menor que 5, se elimina sin más (redondeo por defecto).Si es mayor o igual a 5, se aumenta en una unidad la última cifra significativa (re-dondeo por exceso).

Ejemplos:

1.45854 => 1.4585 (regla 1)

1.4585 => 1.459 (regla 2)

1.459 => 1.46 (regla 2)



Reglas para expresar los resultados de las medidas Se utilizarán potencias de diez para evitar que haya cifras no significativas (ceros) en la parte entera de las cantidades. Si se utilizan potencias de diez, la misma potencia debe afectar al valor y a su incertidumbre. El valor y la incertidumbre se encierran entre paréntesis y se multiplican por la correspondiente potencia de diez.Hay que recordar que puede haber cifras significativas iguales a cero. Ejemplo, supongamos que en un experimento hemos obtenido el valor 1.4602. Si hemos obtenido como incertidumbre 0.049, la forma correcta de expresar el resultado sería 1.46±0.05. Sin embargo, si la incertidumbre es 0.0049, la forma correcta de expresar el resultado sería 1.460±0.005. Se utilizarán incertidumbres absolutas para expresar los resultados finales del experimento e incertidumbres relativas para los comentarios. Para las incertidumbres relativas tomaremos siempre dos cifras significativas.



Ejemplo: Si en la medición de una fuerza el valor y la incertidumbre son: F = 45 060 N ΔF = 345.6 Ndebemos expresar el resultado en la forma: F = (45.1 ± 0.3) x N

Si la medida y la incertidumbre son: F = 0.34573 N ΔF = 0.00237 Ndebemos expresar el resultado en la forma: F = 0.346 ± 0.002 N o bien: F = (34.6 ± 0.2) x N

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