Unidad 1. Instrumentos y Sensores. - CONTROL-PS2316

Unidad 1.
Instrumentos y Sensores.
Introducción
Se puede definir un instrumento y sensor como se indica a continuación:
1. Un dispositivo directa o indirectamente usado para medir y/o controlar una
variable. El término incluye, elementos primarios, elementos finales de control,
dispositivos de cómputo y dispositivos eléctricos tales como anunciadores,
interruptores y botones oprimibles (push buttons). El término no aplica a partes
que son componentes internos de un instrumento.
2. Un dispositivo que ejecuta un análisis de una muestra de fluido y para lo cual se
requiere conectar una línea de muestra, también conocida como “analizador” o
“monitor”.
3. Un dispositivo para medir el valor de un atributo observable; el dispositivo puede
meramente indicar el valor observado o puede también registrarlo o controlarlo.
4. Medidores, Registradores, Controladores y aparatos similares que requieran el
uso de de una cantidad moderada de energía eléctrica en operación normal.
Los sensores a través de un principio de medición permiten cuantificar la magnitud
de una variable que puede ser indicada, transmitida, registrada o controlada a
través de instrumentos.
Contenido
Elementos Primarios (Sensores)
Principios de Medición
Instrumentos
CONTROL E INSTRUMENTACIÓN DE PROCESOS (DIP)
Tema 1. Conceptos Básicos.
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Unidad 1.Instrumentos y Sensores
Mapa 1.
Elementos Primarios (Sensores)
La palabra se usa por extensión a toda una serie de aparatos y dispositivos. Sin
embargo entrando más en detalle se puede decir que el sensor es en sí el
elemento primario de medición.
Para el caso de una medición de caudal, por ejemplo, lo puede ser una placa de
orificio, un venturi, una tobera, una turbina, etc.
Como se ve, el elemento primario o sensor toma una cierta magnitud de masa o
energía que saca del proceso y en consecuencia de ella nos da otra magnitud
física que podremos aprovechar para obtener la información que queremos y que
en definitiva es la medición.
Un buen sensor debe perturbar lo menos posible la variable medida, de modo de
no introducir errores en la medición. Así, un amperímetro debe poseer una baja
impedancia de entrada, con el objeto de no producir una caída de voltaje que
pueda modificar significativamente la corriente que circula por un circuito.
Ejemplos de sensores son:
Termopares, RTD, fotorresistencias, resortes,
flotador, fuelles, placas de orificio, bulbos, galgas, etc.
Los elementos primarios de medición, los cuales son también transductores,
pueden ser clasificados como:
- Intrusivos:
Son aquellos que necesitan estar en contacto físico
directo con el cuerpo o material sobre el cual se desea
realizar alguna medición. Por ejemplo, un tubo Bourdon
para medir presión, un termopar para medir la
temperatura de un fluido que circula por una tubería; en
ambos casos el sensor está en contacto directo con la
variable a medir.
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- Invasivos:
Son aquellos que no sólo necesitan estar en contacto
físico directo con el cuerpo o material sobre cual se
desea realizar alguna medición, si no que además
pueden modificar significativamente (si son mal
dimensionados) la dinámica del proceso. Los sensores
invasivos, son también intrusivos. Ejemplos de sensores
invasivos son: una placa orificio para medir caudal, un
flotador para medir nivel, un termopar para medir la
temperatura dentro de una tubería.
- No intrusivos:
Son aquellos que no necesitan estar en contacto directo
con el cuerpo o material sobre el cual se desea realizar
alguna medición. Ejemplos de este tipo de sensores
son: medidores de nivel por ultrasonido o por radar,
pirómetros de radiación para medir temperatura.
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Mapa 2.
Principios de Medición
Realizar una medida se denomina medición. La variable medida representa la
magnitud de un fenómeno físico natural. Este es el caso de variables provenientes
de fenómenos naturales y entre estas variables se tiene: temperatura, presión,
flujo, pH, voltaje y cualquier otra manifestación de la energía y la materia en la
naturaleza.
Ejemplo:
La presión es una variable dinámica que mide la fuerza por unidad de
superficie y puede expresarse en diferentes unidades, a través de las
cuales se representa la medición.
Los principios de medición se desarrollan sobre la base de principios físicos, tales
como: Termodinámica, reacciones químicas, fuerza, movimiento, y todos aquellos
que involucren la materia y la energía. En este sentido se pueden considerar, por
su uso común, los indicados a continuación.
Principios termodinámicos: Se refieren a aquellos en los cuales la medición se
realiza a través de elementos primarios que hacen uso de las
propiedades termodinámicas de la materia, como es el caso de la
medición de temperatura.
Principios de reacciones químicas: En este caso se toman en consideración los
elementos primarios que reaccionan ante la presencia de
determinadas sustancias con el fin de cuantificar una variable, como
es el caso de la medición de pH y la concentración.
Principios de fuerza: Se consideran los elementos primarios que a través de la
transmisión de fuerzas permiten la medición de otras variables, este
es el caso de la medición de presión a través de la deformación de un
material como es el tubo Bourdon.
Principios eléctricos: A través de las propiedades eléctricas de los materiales se
logra determinar el valor de otra variable, como es el caso de la
medición de la temperatura usando RTD’s.
De esta manera se puede ir determinando diferentes principios físicos de medición
para cuantificar el valor de una variable de medición.
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Mapa 3.
Instrumentos
El proceso de medición se realiza a través de los instrumentos. En este sentido y
yendo más allá, el instrumento es un concepto más general, que significa el
dispositivo o la serie de dispositivos dedicados a la función de sensar, convertir,
adecuar, transmitir, indicar, registrar y controlar variables medidas de procesos.
Ejemplo:
Se tiene un transmisor de presión diferencial usado para medir el
flujo de un gas a través de una tubería, indicar el valor del flujo y
transmitir este valor a un controlador de flujo.
Instrumentos sensores: Como se indicó anteriormente el instrumento sensor
corresponde al elemento primario de medición. Es aquel que está, en
la mayoría de los casos, en contacto directo con el proceso o a
través de un método no invasivo infiere el valor de una variable. En
ambos casos el valor final se obtiene por conversión o adecuación de
otras.
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Instrumentos transmisores: Captan la variable medida por el sensor y la convierten
en una señal estándar que pueda ser transmitida e interpretada por
otros instrumentos.
Instrumentos indicadores: Permiten representar los valores medidos de una
variable en un formato entendible para el operador humano. Estas
representaciones pueden ser gráficas, alfanuméricas, audibles o a
través de códigos luminosos.
Instrumentos registradores: A través de estos dispositivos se obtiene un registro
histórico de la tendencia de esa variable con respecto al tiempo. Este
registro puede ser obtenido sobre una carta circular con plumillas,
cinta de papel calibrado o en registro electrónico el cual de manera
digital puede ser manipulado para realizar los análisis de una forma
más adecuada.
Instrumentos controladores: Los dispositivos controladores son aquellos que
realizan lo que se denomina el control automático, en otras palabras,
control con el mínimo de intervención humana. De esta manera se
puede mantener el valor de una variable dentro de una banda de
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operación. De este instrumento se derivan los instrumentos
actuadores.
Instrumentos actuadores: Son aquellos dispositivos que se encargan de ejecutar la
acción de control generada en los controladores sobre los elementos
de acción final que están en contacto directo sobre el proceso, tales
como son las válvulas, motores, bombas, reóstatos, variadores y
cualquier otro dispositivo destinado para tal fin.
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