Conceptos Instr William C Dunn 2014 I

 

 

CAPITULO

Introducción y repaso  repaso  Objetivos del capítulo  capítulo  Este capítulo lo introducirá a la instrumentación, a las diversas unidades de medición utilizadas, y la razón por las cual el control de procesos se basa ampliamente en   la instrumentación. Le ayudará a familiarizarse con la tecnología de instrumentos y los estándares.   estándares. En este capítulo se analiza  analiza    Los fundamentos de los lazos de control de procesos



  Los elementos de un lazo de control



  La diferencia entre los diversos tipos de variables



  Consideraciones en la facilidad de un proceso



  Unidades, estándares, y prefijos usados en medición de parámetros parámetros  



  Comparación de las unidades de medición Inglesas y el SI.  SI. 



  La precisión en los instrumentos y parámetros que afectan el funcionamien to de



un instrumento. 1.1.  Introducción Introducción   La instrumentación es la base para el control de procesos en la industria. Sin embargo, se trata de muchas formas desde los calentadores de agua y HVAC, donde la variable temperatura es medida y utilizada para control de gas, petróleo, o flujo de electricidad al calentador de agua, o sistema de calefacción, o electricidad para el compresor de la refrigeración, hasta la aplicación de un proceso de control industrial complejo tal como los utilizados en la industria química del d el petróleo. petróleo.   En el control industrial de un gran número de variables, desde temperatura, flujo y presión en tiempo y distancia, se pueden detectar simultáneamente. Todas estas pueden ser variables independientes en un solo proceso que requiere de sistemas

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complejos de microprocesadores para el control total. Debido a los rápidos avances en  en   la tecnología, tecnología, los instrumentos en uso hoy en día pueden día  pueden ser obsoletos mañana mañana,, como las

técnicas

de

medición  nuevas medición 

y

más

eficientes   se eficientes 

están

introduciendo

constantemente. Estos cambios están siendo impulsados por la necesidad de una mayor exactitud, calidad, precisión  precisión  y rendimiento. Para medir los parámetros de  de  precisión,, se han desarrollado técnicas que precisión técnicas  que se pensaba imposible sólo sólo hace  hace unos pocos años..  años 1.2.  Control de procesos Con el fin de producir un producto con alto nivel de calidad, es necesario un control de procesos muy estricto. Un ejemplo sencillo de entender, de control de procesos, pudiera ser el suministro de agua a una serie de estaciones de limpieza, donde la temperatura del agua debe mantenerse constante a pesar de la demanda. Un bloque de control sencillo se muestra en la figura. 1.1, vapor y agua fría  fría  se introducen en un intercambiador de calor, donde se utiliza el calor del vapor, para llevar el agua fría a la temperatura de trabajo requerida.  requerida.  Un termómetro  termómetro  se utiliza para medir la temperatura del agua (la variable medida) en el proceso o el intercambiador. La temperatura es observada por un operador quien ajusta el flujo de vapor (la variable manipulada) en el intercambiador de calor para mantener el agua que fluye desde el intercambiador de calor a la temperatura constante. Esta operación se operación se conoce como control de procesos, y en la práctica  práctica sería sería  automático automático,, como se muestra en la figura. 1.1b.  1.1b.  de  una variable de salida mediante El control de procesos es el control automático de una la detección del  del  la amplitud del parámetro de salida  salida  del proceso y compararlo con el valor deseado o fijado de nivel y alimentando una señal de error   de regreso para controlar una variable de entrada - en este caso el vapor. Ver fig. 1.1b. Un sensor de temperatura conectado al tubo de salida de la tubería sensa  sensa  la temperatura del agua que fluye. Cuando aumenta la demanda de agua caliente o disminuye, un cambio en la temperatura del agua se detecta y se convierte en una señal eléctrica, eléctrica, se amplifica y se envía a  a  un controlador que analiza la señal  señal  y envía una  una  señal de corrección  corrección   de un actuador. El actuador ajusta el flujo de vapor al intercambiador de calor para mantener la temperatura del agua en su valor predeterminado.  predeterminado. 

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(a)   (a)

(b)

Figura 1.1 Control 1.1 Control de procesos (a) muestra el control manual de un simple lazo de control de procesos de un intercambiador de calor (b) control automático de lazo de procesos de un intercambiador de calor.

Figura 1 2 Diagrama 2 Diagrama a bloques de lazo de control de procesos

El diagrama de la figura. 1.1b es un circuito de retroalimentación simplificado retroalimentación simplificado y ampliado de la figura 1.2. En todo proceso hay una serie de número de entradas, entradas, es decir, desde productos químicos a productos sólidos sólidos.. Estos son manipulados en el proceso y un nuevo producto químico o químico  o componente aparece en la salida. Las entradas controladas al proceso y los parámetros de salida medidos desde el proceso son llamados variables.  variables.   En un control de procesos el controlador no necesariamente está limitado a una variable, sino que puede medir y controlar muchas variables. Un buen ejemplo de medición y control de multivariables que nos encontramos día a día está dado por el procesador en la máquina de un automóvil. En la figura 1 -3 se enumeran algunas de las funciones realizadas por el procesador del motor. La mayoría de las variables controladas son seis u ocho dispositivos en función del número de cilindros del motor. El procesador del motor tiene que realizar todas estas funciones en unos 5 ms. Este

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ejemplo de control del motor puede estar relacionado con las operaciones llevadas a cabo en una operación de control de procesos.  1.3.  Definiciones de los elementos en un lazo de control. La figura 1.4 desglosa los elementos individuales de los bloques en un lazo de control de procesos. El elemento de medición  medición   consiste en un sensor, un transductor y un transmisor con su propia fuente de alimentación regulada. El regulada. El elemento de control tiene un actuador, un circuito de control de potencia, y su propia fuente de alimentación alimentación.. El regulador dispone de un procesador con una un a memoria y un circuito de suma para comparar el valor de referencia con la señal detectada señal detectada tal que pueda generar una señal de error. El procesador utiliza la señal de  de   error para generar una señal de corrección  corrección  para controlar el actuador y la variable de entrada. La función y función y el funcionamiento de los bloques en diferentes tipos de aplicaciones se discutirá  discutirá  en los capítulos. capítulos. 11, 12 y 14. La definición de definición  de estos bloques se da de la siguiente manera:  manera: 

Figura 1 3  3 Motor de automóvil que muestra algunas de las variables medidas y controladas.  controladas.  

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Figura 1 4  4 Diagrama a bloques de los elementos que hacen la trayectoria de retroalimentación en lazo de control de procesos.

El l azo azo de retroalimentación  es  es la trayectoria tray ectoria de la señal desde la salida de regreso a la entrada para corregir cualquier variación entre el nivel de salida del nivel fijado. En otras palabras, la salida de un proceso que está siendo monitoreado continuamente, el error entre el valor deseado y el parámetro de salida es determinada, y una señal de corrección es entonces enviada de regreso a una de las entradas del proceso para corregir los cambios en el parámetro de d e salida medido. medido.   La variable controlada o medida   es la variable de salida monitoreada desde un proceso. El valor de la salida del parámetro monitoreado es normalmente mantenido dentro los límites dados. La variable manipulada  es la variable de entrada o parámetro para un proceso que es variado por una señal de control desde el procesador a un actuador. Al cambiar la variable de entrada el valor de la variable medida se puede controlar. El valor de referencia es el valor deseado del parámetro de salida o variable que se está siendo monitoreada por un sensor. Cualquier desviación de este valor generará una señal de error.  error.  El instrumento es el nombre de cualquiera de los diversos tipos de dispositivos que indican o miden cantidades físicas o condiciones, funcionamiento, posición, dirección, y similares.

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Los sensores son dispositivos que pueden detectar variables físicas, tales como temperatura, intensidad de luz, o movimiento, y tienen la habilidad para dar una salida mensurable que varía en función de la amplitud de la variable física. El cuerpo humano tiene sensores en los dedos que pueden detectar superficies rugosas, temperatura, y fuerza. Un termómetro es un buen ejemplo de la línea de sensores de mirilla, en la que se dará una indicación visual precisa de temperatura. En otros sensores tal como el sensor de diafragma de presión, un transductor de esfuerzo o tensión puede ser sensor necesario convertir la deformación del diafragma en una señal eléctrica o neumática antes de ser medida. Los transductores son dispositivos que pueden cambiar una forma de energía a otra, es decir, un termómetro de resistencia convierte temperatura en una resistencia eléctrica, o un termopar convierte temperatura en voltaje. Ambos dispositivos dan una salida que es proporcional a la temperatura. Muchos son los transductores agrupados bajo el encabezado de sensores.  sensores.  Los convertidores son dispositivos que son usados para cambiar el formato de una señal sin que cambie la forma de energía, es decir, un cambio de un voltaje a señal de corriente. Los actuadores   son dispositivos que se utilizan para controlar una variable en respuesta a una señal del controlador. Un actuador típico será una válvula de control de flujo que puede controlar la velocidad de flujo de un fluido en proporción a la amplitud de una señal eléctrica desde el controlador.  controlador.  Otros tipos de actuadores son relevadores magnéticos que encienden o apagan la energía eléctrica. Ejemplo de ellos son actuadores que controlan la alimentación de energía de los ventiladores y compresores en un sistema de acondicionamiento de aire en respuesta resp uesta a las señales de los sensores de temperatura del cuarto. Los controladores son   los dispositivos que controlan las señales de los transductores y toman la acción necesaria para mantener el proceso dentro los límites especificados de acuerdo a un progr ama ama predefinido por la activación y el control de los actuadores necesarios.

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Los controladores lógicos programables (PLC) se usan en aplicaciones de control de procesos, y son sistemas basados en microprocesadores. Pequeños sistemas tienen la habilidad de monitorear algunas variables y controlar algunos actuadores, con la capacidad de ser ampliado para controlar 60 o 70 variables y controlar un número correspondiente de actuadores, que pueden ser necesarios en una refinería petroquímica. Los PLC’s , los que tienen la capacidad de utilizar la información de entrada analógica o digital y señales de salida analógica o señales de control digital, puede comunicarse globalmente con otros controladores, son fácilmente programados en línea o fuera de línea, y el suministro sumi nistro sin precedente de una cantidad de datos e información al operador. Las redes de escaleras son normalmente usadas para programar los controladores. Una señal de error es la diferencia entre el valor de referencia y la amplitud de la variable medida. Una señal de corrección es la señal utilizada para el control de potencia en el actuador para fijar el nivel de la variable de entrada. entrada.   Los transmisores son dispositivos utilizados para amplificar y formatear señales para que sean adecuadas para la transmisión a largas distancias con una pérdida nula o mínima de información. La señal transmitida puede estar en alguno de los formatos, es decir, neumática, digital, voltaje analógico, corriente analógica, o como una señal de frecuencia modulada de radio (RF). La transmisión digital es digital es la preferida en los nuevos sistemas ya que el controlador es un sistema digital, y como las señales analógicas  analógicas  se pueden digitalizar con precisión, las señales señales   digitales pueden ser transmitidas sin pérdida de información. información. El controlador compara la amplitud de la señal del sensor   a un punto de ajuste predeterminado, que en la figura. 1.1b es la amplitud de la señal  señal   del sensor de agua caliente. El

controlador

entre

la

envía

referencia

una y

la

señal  señal  señal

que

es

proporcional

transmitida  transmitida 

al

a

actuador

la

diferencia

diciendo

al

actuador para que abra o cierre la válvula que controla el controla el flujo de vapor para ajustar la temperatura del agua a su valor de conjunto.  conjunto. 

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Figura 1 5 Control 5 Control de procesos con un regulador de flujo para usarse en el ejemplo 1.1.

Ejemplo 1.1  1.1  La figura 1.5 muestra el diagrama de bloques de un sistema de flujo de control en lazo cerrado. Identificar los siguientes elementos: (a) el sensor, (b) el transductor, (c) el actuador, (d) el transmisor, (e) el controlador, (f) la variable manipulada, y (g) la variable medida.  medida.   a) a)  El sensor tiene la etiqueta de celda de presión en presión en el diagrama. (b) El transductor tiene la etiqueta del convertidor. Hay dos transductores, uno para la conversión de  de   presión a presión  a corriente y el otro para la conversión de  de   corriente a presión para presión para operar el actuador. (c) El actuador en este caso es la válvula neumática. neumática. (d) El transmisor es el transmisor de línea.  línea.  (e) El controlador se denomina PLC. (f) La variable manipulada es la diferencia de presión  presión   desarrollada por el fluido que circula a través de la  la  constricción de  de  placa de orificio. (g) La variable controlada es la velocidad de flujo del líquido.  líquido.  Se han discutido los sistemas de control simple e ideal. En el control de procesos prácticos los prácticos  los escenarios son mucho más complejos, complejos, con muchos escenarios y variables, tales como la estabilidad, el tiempo de reacción  reacción   y precisión a ser considerado. Muchos de los problemas básicos se analizan en los capítulos siguientes.  siguientes. 

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1.4.  Consideraciones en la instalación del proceso  proceso   La instalación instalación del  del proceso tiene una serie de requisitos básicos, incluyendo las medidas de seguridad y bien reguladas, electricidad confiable, agua y suministro de aire.Un suministro de energía eléctrica es eléctrica es necesaria para todos los sistemas de control y debe cumplir con todas las normas en vigor en la planta. La integridad del suministro eléctrico  eléctrico  es el más importante. importante . Muchas instalaciones tienen sistemas de respaldo para proporcionar una fuente de alimentación ininterrumpida  ininterrumpida  (UPS) para hacerse cargo en caso de pérdida de pérdida de alimentación externa. El externa. El corte de corriente puede significar cierre de la planta y la pérdida de ciclos de  ciclos de producción producción completa.  completa. Un transformador de aislamiento debe

ser

utilizado

en

las

líneas

de

alimentación   para alimentación 

evitar

interferencias

electromagnéticas   (EMI) generadas por los motores, contactores, relés,  electromagnéticas relés,  y así sucesivamente que viajan a través de  de  las líneas eléctricas  eléctricas  y que afectan a sensibles instrumentos de control electrónico.  electrónico.  importante   en una instalación por instalación por razones de La tierra es una consideración muy importante  seguridad. Cualquier variación  variación  en el potencial de tierra entre los equipos electrónicos  electrónicos  puede causar grandes errores en los niveles de señal. señal. Cada pieza del equipo debe estar conectada a una bus de cobre de tierra correcta. Los lazos de tierra también también se  se deben evitar por tierra pantallas de los cables y las líneas de  de  señal de retorno en retorno  en un extremo. En algunos casos puede ser necesario el uso de aisladores de señal  señal  para aliviar los problemas de puesta a tierra en los dispositivos electrónicos y electrónicos y equipos.  equipos.  Un suministro de aire   se requiere para mover actuadores neumáticos  neumáticos  en la mayoría de  de  las instalaciones. El aire de los instrumentos en los equipos neumáticos  neumáticos  deben cumplir con los estándares de calidad, calidad , el aire debe estar libre de suciedad, aceite, contaminantes, y libre de humedad. La humedad congelada, y la suciedad se pueden bloquear parcial o totalmente en las secciones reductoras y en las boquillas, dando lecturas falsas o falla del equipo completo. Los compresores de aire están equipados con secador de aire y filtros, y tienen un tanque de almacenamiento con una capacidad suficientemente grande para el suministro de varios minutos en caso de fallo del sistema. El aire limpio y seco se suministra a una presión de 90 de 90 psig (630 kPa ⋅ g) y con un punto de rocío  rocío  de 20 °  °  F (10 ° C) ° C) por debajo de la temperatura invernal mínima

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atmosférica.  Adicional información sobre la calidad calidad   del de funcionamiento a la presión atmosférica. aire de instrumentos se puede encontrar en ANSI/ISA-7.0.01- 1996, Norma de Calidad para instrumentos de aire.  aire.  El suministro de agua se requiere en muchas operaciones de limpieza y enfriamiento, y para generación de vapor . El abastecimiento de agua contiene grandes cantidades de partículas partículas   e impurezas, y puede ser satisfactoria para la refrigeración,  refrigeración,  pero no son adecuados para la mayoría de  de  las operaciones de limpieza. El filtrado y otros procesos similares pueden eliminar algunos de los contaminantes haciendo el agua apta para algunas operaciones de limpieza, pero para agua ultra pura un sistema de ósmosis inversa puede inversa puede ser necesaria.  necesaria.   deben ser considerados en la localización de los de los La instalación y el mantenimiento  deben instrumentos, válvulas válvulas   y así sucesivamente.  sucesivamente.  Cada dispositivo debe ser de fácil acceso  acceso  para el mantenimiento y la inspección. inspección.   También puede ser   necesaria la instalación de  de  válvulas   de accionamiento manual, para equipos que pueden ser reemplazados o válvulas reparados sin cierre de la planta completa. Es posible que sea necesario contratar el mantenimiento de ciertos equipos o tener al proveedor disponible del equipo, si en la región no se tiene la capacidad o habilidad requerida.  requerida.   La seguridad es una prioridad máxima en máxima en un centro. El material correcto debe ser utilizado en la construcción de depósitos, depósitos, tuberías tuberías,, sellos y juntas para evitar la corrosión y corrosión  y el fracaso dando lugar a fugas y derrames de materiales peligrosos. Todos los equipos eléctricos deben ser   instalados correctamente bajo el código  código  de los interruptores. Los sistemas eléctricos deben eléctricos deben tener el retardante de fuego correcto para su uso en caso de incendios de origen eléctrico. eléctrico. Más Más  información se puede encontrar  en  en  ANSI/ISA-12.01.01-1999. Definiciones y la información relativa a  a  los instrumentos eléctricos en lugares en lugares peligrosos.  peligrosos.  1 5 Unidades y estándar  estándar  Como con todas las disciplinas, un conjunto de estándars han sido involucrados a través de los años para asegurar consistencia y evitar confusiones. La “Instrument Society of  America” (ISA) ha desarrollado una lista completa de símbolos para instrumentos,

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identificación de isntrumentos y esquemáticos para control de procesos los cuales se discutirán en el Cápitulo 15. Las unidades de medición caen dentro de dos sistemas diferentes; primero, el Sistema Inglés, y segundo, el Sistema Internacional, SI (Sistema (Sistema Internacional de Unidades) basados en el sistema métrico, pero hay algunas diferencias. El Sistema Inglés ha sido el estándar utilizado en los Estados Unidos, pero el sistema SI se está abriendo paso poco a poco tal que los estudiantes deben estar conscientes de los dos sistemas de unidades y ser capaces de convertir las unidades de un sistema a otro. La confusión puede surgir en torno a algunas unidades como la libra masa y la libra peso. La unidad para libra masa es el “slug” (no tan de uso común), la cuál es el equivalente del kilogramo en el sistema SI de unidades mientras que la libra peso es una fuerza similar al newton, que es la unidad de fuerza en el sistema SI. El factor de conversión de 1 lb = 0.454 kg, que es utilizada para convertir masa (peso) entre los dos sistemas, es en efecto la igualación de 1 lb de fuerza a 0.454 kg masa; siendo esto la masa que producirá una fuerza de 4.448 N o una fuerza de 1 lb. Tener cuidado de no mezclar las unidades de los dos sistemas. Por consistencia algunas unidades deben ser convertidas antes de que puedan ser utilizadas ut ilizadas en una ecuación. La tabla 1.1 da una lista de las unidades base en instrumentación y medición en los sistemas Inglés y SI y también la conversión de factores, otras unidades son derivadas de estas unidades base. yardas?   Ejemplo 1 2  ¿Cuántos metros hay en 110 yardas?  110 yardas = 330 ft = (330 x 0.305) m = 100.65 m m?   Ejemplo 1 3  ¿Cuál es la longitud equivalente en pulgadas de 2.5 m? 2.5 m = (2.5/0.305) ft = 8.2 ft = 98.4 pulg. Ejemplo 1.4  1.4  El peso de un objeto es 2.5 lb. ¿Cuál es la fuerza equivalente y masa en el sistema SI de unidades?     (    )         (    )        La tabla 1.2 da la lista de algunas unidades comúnmente usadas en los sistemas Ingles

y SI, la conversión entre unidades, y también su relación con las unidades base. Como

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se explicó anteriormente la lb se utiliza como unidad de masa como y como unidad de fuerza. TABLA 1.1 Unidades base Cantidad

Ingles

Unidades

Unidades

Base

SI Símbolo   Símbolo

Unidades

Símbolo   Símbolo

ft

Metro

m

1 ft = 0.305 m

Lb (slug )

Kilogramo

kg

1 lb (slug )= )= 14.59 kg

Longitud

Pies

Masa

Libras (slug )

Tiempo

Segundo

s

Segundo

s

Temperatura

Rankine

R

Kelvin

K

 Ampere

A

Ampere

A

Corriente eléctrica   eléctrica

Conversión a SI  SI 

1 ºR = 5/9 K  K 

TABLA 1 2 Unidades en uso común en los sistemas Inglés y SI Inglés   Inglés Cantidad

Nombre

Símbolo   Símbolo

SI Unidades

Nombre

Símbolo   Símbolo

Unidades

Hertz

Hz

s-1 

lb.ft2/s2 

Joule

J

Kg.m2/s2 

lb.ft/s 2 

Newton

N

Kg.m/s2 

Ohm

Ohm



Kg.m2/(s3.A2)

Potencial Eléctrico   Eléctrico

Volt

Volt

V

A 

Presión   Presión

Libra/pulg2  psi

Pascal

Pa

N/m2 

Carga

Coulomb

Coulomb

C

A.s

Inductancia

Henry

Henry

H

Kg.m2/(s2.A2)

Capacitancia Farad

Farad

F

S4 A  A2/(kg.m2)

Weber

Wb

V.s

Watt

W

J/s

Frecuencia

Hertz

Energía   Energía

Pie –  libra Pie – 

Ft - lb

Fuerza

Libra

lb

Resistencia

lb/in2 

Flujo magnético   magnético Potencia

Caballos de fuerza

hp

lb.ft2/s3 

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Conversión al SI  SI  1 ft-lb = 1.356 J 1 lb (F) = 4.448 N 1 psi = 6897 Pa 1 Hp = 746 W Desde luego, la unidad para la libra en energía y potencia es masa, mientras que la unidad para libras en presión es fuerza, donde la libra (fuerza) = lb (masa)x g (fuerza debido a la gravedad). Ejemplo 1.5  1.5 ¿Cuál es la presión equivalente de 18 psi p si en el SI de unidades?  unidades?                  (   )       

Los prefijos estándar se utilizan comúnmente para cantidades de múltiplos y submúltiplos para cubrir el amplio rango de valores utilizados en las unidades de medición. Estas están dadas en la tabla 1.3.  1.3.  1 6 Parámetros de instrumentos  instrumentos   La exactitud  de   de un instrumento o dispositivo es la diferencia entre el valor indicado y el valor real. La exactitud se determina comparando una lectura indicada con un estándar conocido. Los estándares pueden ser se r aparatos calibrados o obtenidos del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST).  (NIST). 

Múltiplo   Múltiplo

Prefijo

Símbolo   Símbolo

Múltiplo   Múltiplo

Prefijo

Símbolo   Símbolo

1012 

tera

T

10-2 

centi

c

109 

giga

G

10-3 

mili

m

106 

mega

M

10-6 

micro



103 

kilo

K

10-9 

nano

n

102 

hecto

H

10-12 

pico

p

10

deka

Da

10-15 

femto

f

10-1 

deci

d

10-18 

atto

a

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estándares  y el Esta organización gubernamental se encarga de establecer y mantener estándares y desarrollo de nuevas normas cuando la nueva tecnología  tecnología   lo requiere. La exactitud depende de la linealidad, linealidad , histéresis, deriva de compensación,  compensación,  y la sensibilidad. La discrepancia se establece como un ± desviación  desviación  del valor real, y normalmente se especifica como un porcentaje de lectura de escala completa o deflexión  deflexión  (FSD%). La exactitud también puede ser puede ser expresada como el porcentaje de desviación, el desviación, el porcentaje de la lectura, o un valor absoluto.  Ejemplo 1.6 Un 1.6 Un medidor de presión con presión con un rango desde 0 hasta 50 psi, indica o propaga en el peor de los casos unas lecturas de ± 4,35 ± 4,35 psi. ¿Cuál es la exactitud la exactitud de la FSD%? %FSD = ± (4.35 psi/50 psi) × 100 = ±8.7

 

 

El rango  de   de un instrumento especifica las lecturas más baja y más alta y alta y se puede medir, es decir, un termómetro cuya termómetro cuya escala va desde -40 - 40 ° C a  a   100 ° C tiene C tiene un rango de -40 -40 ° C a  a 100 ° C. ° C.    de un instrumento es su rango desde el mínimo al  al   máximo del valor de El alcance  de la escala, es decir, un termómetro  termómetro  cuya escala va desde -40 -40 ° C a  a  100 ° C  C  tiene un alcance de 140 ° C. ° C. Cuando la exactitud se expresa como el porcentaje de del alcance,

 

su desviación verdadera se expresa se  expresa como un porcentaje del alcance.

La exactitud en la lectura   es la desviación a partir del valor verdadero en el punto de la lectura que se está tomando y se expresa como un porcentaje, es decir, si una desviación de ±  ± 4.35 psi en el ejemplo 1.6 se midió en 28.5 psi, la exactitud de la lectura sería de (4.35/28.5)x100 = ±15.26% ±15.26% de lectura. Ejemplo 1.7 En 1.7 En la hoja de datos de una escala capaz de pesar hasta 200 libras, la exactitud se da como ±  2.5 por ciento de la lectura. ¿Cuál es  es  la desviación  desviación  en las lecturas de 50 y 100 libras, y cuál cuál es  es la precisión a FSD%?  FSD%?              (     )                  (        )                           La exactitud absoluta  de un instrumento es la desviación del valor verdadero como un número no como un porcentaje, es decir   si un voltímetro tiene una exactitud de ± 3V en el rango de 100 volts, la desviación es de ±  ±   3 V en toda la escala de lectura, por ejemplo, 10 ± 3 V, 70 ± 3 V y así sucesivamente. sucesivamente.  

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La precisión se refiere a los límites dentro  dentro  de los cuales una señal puede ser leída y puede ser algo subjetivo. En el instrumento analógico mostrado en la Fig, 1.6a, la escala es graduada en divisiones de 0.2 psi, la posición p osición de la aguja podría ser estimada dentro de 0.02 psi, y por lo tanto, la precisión de el instrumento es de 0.02 psi. Con una escala digital el último dígito puede cambiar en pasos de 0.01 psi tal que la precisión es de 0.01 psi. La reproducibilidad   es la capacidad de un instrumento de leer varias veces la misma señal en el tiempo, tiempo , y dar el mismo resultado en las mismas condiciones. Un instrumento no puede ser exacto, pero puede tener una buena reproducibilidad, es decir, un instrumento que podr ía ía leer leer 20 psi teniendo un rango como de 17.5 a 17.6 psi sobre 20 lecturas.   es una medida del cambio en la salida de un instrumento para una La sensibilidad  es cambio en la variable medida, y se conoce como la función de transferencia, transferencia, es decir, cuando la salida de un transductor de presión cambia presión cambia en 3,2 mV para un cambio en la presión de 1  1  psi, la sensibilidad es de 3,2 mV / psi. La alta sensibilidad en un instrumento es preferible, ya que da mayor amplitud de salida, pero esto tiene que sopesarse frente a la linealidad, rango y precisión.  precisión.  El offset es la lectura de un instrumento con entrada cero,  cero,    es el cambio en la lectura de un instrumento de una variable fija con el La deriva  es tiempo.   tiempo. La histéresis es la diferencia en las lecturas obtenidas cuando un instrumento aproxima una señal desde la dirección opuesta, es decir, si un instrumento lee un valor a la mitad de la escala que va desde cero, puede dar una lectura diferente del valor después de hacer una u na lectura a escala completa. Esto es debido al esfuerzo inducido dentro del material del instrumento cambiando su forma que va desde cero a una 1-6b.   deflexión a plena escala. La histéresis se muestra en la Fig. 1-6b.

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(a)   (a)

(b)

Figura 1 6  6 Manómetro (a) que muestra la graduación; (b) curva de histéresis para un instrumento.  

Ejemplo 1 8  8  Un manómetro va a ser calibrado. La presión se toma desde 0 a 100 psi y de regreso regreso a 0 psi. Las siguientes s iguientes lecturas fueron obtenidas en el manómetro.  manómetro.  

Lectura verdadera (psi) Lectura del manómetro (psi)  (psi) 

0

20

40

60

80

100

80

60

40

20

0

1.2

19.5

37.0

57.3

81.0

104.2

83.0

63.2

43.1

22.5

1.5

La figura 1.7a muestra la diferencia en las lecturas cuando se tomaron desde 0 yendo hacia arriba a plena escala (FSD) y cuando se tomaron desde plena escala FSD yendo de regreso abajo hasta 0. Hay una diferencia entre las lecturas de 8 psi o una diferencia de 6% a FSD, esto es,  3 % desde lo lineal. La resolución   es la cantidad más pequeña de una variable que un instrumento puede resolver, es decir, el cambio más pequeño en una variable a la cual el instrumento responderá.   responderá. Repetibilidad  es  es una medida del grado de concordancia entre un número de lecturas (10 a 12) tomadas consecutivamente de una variable, antes de que la variable tenga tiempo de cambiar. La lectura promedio se calcula y la propagación en el valor de las lecturas es tomada.

Instrumentación Virtual  

 

La linealidad   es una medida de la proporcionalidad entre el valor real de una variable que se mide y la salida de un instrumento sobre su rango de operación. La Figura 1-7b

Figure 1.7b shows the pressure input versus voltage output curve for a pressure to voltage transducer with the best fit linear straight line. As can be seen, the actual curve is not a straight line. The maximum deviation of 5 psi from linear occurs at an output of 8 V and 5 psi at 3 V giving a deviation d eviation of 5 psi or an error of 5 percent of FSD.ura The deviation from true for an instrument may be caused by one of the above or a combination of several of the above factors, and can determine the choice of instrument for a particular application.