principios de medida - transmisores

James Robles Departamento de Instrumentación Huertas College

Principios de Medida - Transmisores


James Robles, Departamento de Instrumentación, Huertas College

En esta presentación:

Definición de Rango de Proceso Definición de Variable de Proceso Definición de Transmisor de Variable de Proceso Definición de Rango de Instrumentación Definición de Señal de Instrumentación Principio de Operación de Transmisores de Variables de Proceso Lazos de Transmisores Electrónicos Interpolación de Señales de Instrumentación Especificaciones de Transmisores



Rango de Proceso y de Variables de Proceso:

Rango de Proceso es el valor mínimo a máximo de un instrumento de medición de una variable física (presión, nivel, flujo, temperatura, etc.) para ser transmitido o controlado.

Ejemplo: Se va a medir un proceso que fluctúa entre 0 psi y 100 psi. El Rango de Proceso es: 0 – 100 psi

Una Variable de Proceso es el valor actual de una variable física (presión, nivel, flujo, temperatura, etc.)

Ejemplo: En el proceso de 0 – 100 psi, la variable de proceso se encuentra en 23.45 psi



Transmisores de Variables de Proceso:

Un Transmisor de Variable de Proceso es un dispositivo utilizado para convertir la variable física en una señal electrónica o neumática a ser utilizado para su medición, transmisión o control. Este transmisor se conecta físicamente al proceso y mediante el uso de sensores internos, convierte el valor de la variable física en una señal transmitible

24 Vdc

- +

Proceso

PT-1

Señal Transmitida

Por cablería Transmisor

Receptor

Remoto

+ -

+

-



Rango de Instrumentación:

El Rango de Instrumentación es una señal electrónica o neumática utilizada con el propósito de ser transmitida remotamente El Rango de Instrumentación de un transmisor electrónico es una corriente de 4 a 20 miliamperes DC. El 0% de la variable de proceso equivale a 4 mA, mientras que el 100% de la variable de proceso equivale a 20 mA El Rango de Instrumentación de un transmisor neumático es de una presión de 3 a 15 psi. El 0% de la variable de proceso equivale a 3 psi, mientras que el 100% de la variable de proceso equivale a 15 psi



Una Señal de Instrumentación es el valor actual del nivel electrónico o neumático utilizado para representar la variable de proceso de una forma estándar.

Ejemplo:

Rango de Proceso del Transmisor = 0 – 100 psi

Rango de Instrumentación del Transmisor = 4 – 20 mA

Señal de Instrumentación:

24 Vdc

- +

Rango de Proceso = 0 – 100 psi

PT-1

Señal Transmitida

Por cablería Transmisor

Receptor

Remoto

4 – 20 mA + -

+

-



Señal de Instrumentación:

La razón por la cual la señal de Instrumentación no comienza en cero es para poder distinguir entre un cero real y una avería en la cablería o tubería utilizada Si se avería la cablería, la corriente o la presión bajará a cero mA o a cero psi y el técnico podrá diagnosticar el fallo

24 Vdc

- +

0 mA

Proceso

PT-1

Cable Averiado

Transmisor

Receptor

Remoto

+ -

+

-



Principio de Operación de Transmisores: Un Transmisor contiene las siguientes características:

Está conectado al proceso Tiene sensores internos que convierten la variable

física en un movimiento, un voltaje, una resistencia u otro parámetro electrónico

Estos sensores convierten los parámetros en una señal de instrumentación estándar para ser transmitida

Diagrama en Bloque de un Transmisor:

Conexión a Proceso

Sensor Interno Conversión a

Parámetro Electrónico

Señal de Output en mA



Principio de Operación de Transmisores:

Transmisor de Presión

Conexión a Proceso

Sensor Interno Conversión a

Parámetro Electrónico

Señal de Output en mA



Lazos de Transmisores Electrónicos:

Transmisor de Presión en Serie con Power Supply de 24 Vdc y Miliamperímetro:

Para extraer una señal a un transmisor, se necesita conectarlo en serie

con un Power Supply de 24 Vdc y a su vez en serie con el receptor o

equipo preparado para aceptar una señal de 4 – 20 mA

Este voltaje produce una señal de instrumentación proporcional a la

variable de proceso en relación con el rango de proceso

OFF

ON

24 Vdc Power Supply

- +



Interpolación de Señales de Instrumentación:

𝑅𝑎𝑛𝑔𝑜 𝑑𝑒 𝐼𝑛𝑠𝑡𝑟𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛

𝑅𝑎𝑛𝑔𝑜 𝑑𝑒 𝑃𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 =

𝑅𝑎𝑛𝑔𝑜 𝑑𝑒 𝐼𝑛𝑠𝑡𝑟𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 −𝑆𝑒ñ𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝐼𝑛𝑠𝑡𝑟𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛

𝑅𝑎𝑛𝑔𝑜 𝑑𝑒 𝑃𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 −𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒 𝑃𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜

𝑅. 𝐼.

𝑅. 𝑃.=

𝑅. 𝐼. −𝑆. 𝐼.

𝑅. 𝑃. −𝑉. 𝑃.




El lazo de transmisor produce una señal de instrumentación

proporcional a la variable de proceso en relación con el rango

de proceso

Para calcular la señal de instrumentación (output) del

transmisor, se debe conocer el rango de proceso y la variable

de proceso

Se utiliza la siguiente ecuación para reslover:

𝑅𝑎𝑛𝑔𝑜 𝑑𝑒 𝐼𝑛𝑠𝑡𝑟𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛

𝑅𝑎𝑛𝑔𝑜 𝑑𝑒 𝑃𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 =

𝑅𝑎𝑛𝑔𝑜 𝑑𝑒 𝐼𝑛𝑠𝑡𝑟𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛 −𝑆𝑒ñ𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝐼𝑛𝑠𝑡𝑟𝑢𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑐𝑖ó𝑛

𝑅𝑎𝑛𝑔𝑜 𝑑𝑒 𝑃𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜 −𝑉𝑎𝑟𝑖𝑎𝑏𝑙𝑒 𝑑𝑒 𝑃𝑟𝑜𝑐𝑒𝑠𝑜

Este proceso se conoce como Interpolación




20 − 4

100 − 0=

20 − 𝑥

100 − 50

Ejemplo:

El Rango de Proceso es de 0 –100 psi y la variable de proceso (input) está en

50 psi. ¿Cuál es la señal de instrumentación (output) en este caso?

(Recordar que el rango de instrumentación es de 4 – 20 mA)

16

100=

20 − 𝑥

50

16

10050 = 20 − 𝑥

8 = 20 − 𝑥

20 − 𝑥 = 8

𝑥 = 20 − 8

𝑥 = 12 𝑚𝐴




El procedimiento de interpolación se puede visualizar como una

relación de proporciones entre el rango de proceso y el rango de

instrumentación

Ejemplo 1: Si el rango de proceso es una presión de 0 – 100 psi

0 psi 25 psi 50 psi 75 psi 100psi

4 mA 8 mA 12 mA 16 mA 20 mA

Rango de Proceso (Input)

Rango de Instrumentación (Output)




Ejemplo 2: Si el rango de Proceso es un nivel de un tanque de 0 – 40 ft

0 ft 10 ft 20 ft 30 ft 40 ft

4 mA 8 mA 12 mA 16 mA 20 mA






Ejemplo 3: Si el rango de Proceso es un flujo de 0 – 900 gal/min.

0 gpm 225 gpm 450 gpm 675 gpm 900 gpm

4 mA 8 mA 12 mA 16 mA 20 mA






Ejemplo 4: Si el rango de Proceso es una temperatura de 50° F - 250 ° F

50° F 100° F 150° F 200° F 250° F

4 mA 8 mA 12 mA 16 mA 20 mA






Ejemplo 5: Si el rango de Proceso es un pH de 2 – 12

2 pH 4.5 pH 7 pH 9.5 pH 12 pH

4 mA 8 mA 12 mA 16 mA 20 mA





Interpolación de Señales de Instrumentación: En los ejemplos vistos, es fácil convertir la variable de proceso a su

equivalente en señal de instrumentación

Sin embargo, todos los puntos intermedios tienen su valor de señal

de instrumentación equivalente

Hay que utilizar la interpolación para lograr conocer la señal exacta.

Ejemplo 6: ¿Cuál es la señal de instrumentación para una variable

de proceso de 61.43 psi con un rango de proceso de 0 – 100 psi?

0 psi 25 psi 50 psi 75 psi 100 psi

4 mA 8 mA 12 mA 16 mA 20 mA



61.43 psi

? mA




0 psi 25 psi 50 psi 75 psi 100 psi

4 mA 8 mA 12 mA 16 mA 20 mA



61.43 psi

? mA

20 − 4

100 − 0=

20 − 𝑥

100 − 𝟔𝟏. 𝟒𝟑

16

100=

20 − 𝑥

38.57

16

10038.57 = 20 − 𝑥

6.17 = 20 − 𝑥

20 − 𝑥 = 6.17

𝑥 = 20 − 6.17

𝑥 = 13.83 𝑚𝐴

13.83 mA

Ejemplo 6:



Interpolación de Señales de Instrumentación: Ejemplo 6:

+

24 Vdc

- +

Variable de Proceso (Presión) = 61.43 psi

PT-1

Señal de Instrumentación Transmisor de Presión (0 – 100 psi)

Receptor

Remoto

13.83 mA + -

-




Muestras de Transmisores de Presión:

Rosemount Endress + Hauser Foxboro Honeywell




0 ft 10 ft 20 ft 30 ft 40 ft

4 mA 8 mA 12 mA 16 mA 20 mA



? mA

20 − 4

40 − 0=

20 − 𝑥

40 − 𝟔. 𝟐𝟖

16

40=

20 − 𝑥

33.72

16

4033.72 = 20 − 𝑥

13.49 = 20 − 𝑥

20 − 𝑥 = 13.49

𝑥 = 20 − 13.49

𝑥 = 6.51 𝑚𝐴

Ejemplo 7:

6.28 ft




24 Vdc

- +

LT-1

Señal de Instrumentación Transmisor (0 – 40 ft)

Receptor

Remoto

6.51 mA

Variable de Proceso = 6.28 ft 40 ft

+ - +

-




Muestras de Transmisores de Nivel:

Rosemount Endress + Hauser Magnetrol Siemens




0 gpm 225 gpm 450 gpm 675 gpm 900 gpm

4 mA 8 mA 12 mA 16 mA 20 mA



? mA

20 − 4

900 − 0=

20 − 𝑥

900 − 𝟑𝟒𝟕

16

900=

20 − 𝑥

553

16

900553 = 20 − 𝑥

9.83 = 20 − 𝑥

20 − 𝑥 = 9.83

𝑥 = 20 − 9.83

𝑥 = 10.17 𝑚𝐴

Ejemplo 8:

347 gpm




24 Vdc

- +

Variable de Proceso (Flujo) = 347 gpm

FT-1

Señal de Instrumentación Transmisor de Flujo (0 – 900 gpm)

Receptor

Remoto

10.17 mA + - +

-




Muestras de Transmisores de Flujo:

Rosemount Endress + Hauser Sierra ABB




50 °F 100 °F 150 °F 200 °F 250 °F

4 mA 8 mA 12 mA 16 mA 20 mA



? mA

20 − 4

250 − 50=

20 − 𝑥

250 − 𝟏𝟖𝟒. 𝟔

16

200=

20 − 𝑥

65.4

16

20065.4 = 20 − 𝑥

5.23= 20 − 𝑥

20 − 𝑥 = 5.23

𝑥 = 20 − 5.23

𝑥 = 14.77 𝑚𝐴

Ejemplo 9:

184.6 °F




24 Vdc

- +

Variable de Proceso (Temperatura) = 184.6 °F

TT-1

Señal de Instrumentación Transmisor de Temperatura (50 – 250 °F)

Receptor

Remoto

14.77 mA

+

-

+ -




Muestras de Transmisores de Temperatura:

Rosemount Endress + Hauser ABB Yokogawa




2 pH 4.5 pH 7pH 9.5 pH 12 pH

4 mA 8 mA 12 mA 16 mA 20 mA



? mA

20 − 4

12 − 2=

20 − 𝑥

12 − 𝟏𝟎. 𝟑

16

10=

20 − 𝑥

1.7

16

101.7 = 20 − 𝑥

2.72= 20 − 𝑥

20 − 𝑥 = 2.72

𝑥 = 20 − 2.72

𝑥 = 17.28 𝑚𝐴

Ejemplo 10:

10.3 pH




24 Vdc

- +

Variable de Proceso (pH) = 10.3 pH

pHT-1

Señal de Instrumentación Transmisor de pH (2 – 12 pH)

Receptor

Remoto

17.28 mA + -

+

-




Muestras de Transmisores Analíticos:

Rosemount Yokogawa Endress+Hauser ABB



Configuración de Transmisores: Performance Specificactions:

Accuracy

Repeatability

Stability

Ambient Temperature Effect

Mounting Position Effect

Vibration Effect

Dynamic Performance

Power Supply Effect

Electromagnetic Compatibility

Overpressure Limits

Temperature Limits



Configuración de Transmisores: Functional or Physical Specificactions:

Rango de Proceso (Ejemplo: 0 – 100 psi)

Estilo y tamaño de Conexión (Ejemplo: ½” FNPT)

Power Supply (Ejemplo: 24 Vdc)

Output (Ejemplo: 4 – 20 mA)

Communications (Ejemplo: HART Protocol)

Electrical Classification (Ejemplo: NEMA 7X)

Electrical Connections (Ejemplo ½” FNPT)

Process Wetted Parts Materials (Ejemplo: S.S. 316)

Non-Wetted Parts Materials (Ejemplo: Aluminum)



Se usa para especificar uniformemente

los instrumentos de medición o

transmisión de Presión

Permite comparar varios instrumentos

utilizando parámetros genéricos para

prevenir competencia desleal entre

suplidores de instrumentos

Este formulario existe para instrumentos

de flujo, temperatura, nivel y todo tipo de

variable

Especificaciones de Transmisores

Forma ISA 20P 1001 Rev 0



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