Principios de Medida

Principios de Medida - Transmisores
James Robles
Departamento de Instrumentación
Huertas Junior College
Principios de Medida - Transmisores
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
Configuración de Transmisores
Especificaciones de Transmisores
Prácticas de Instalación y Conexión
Comunicación de Transmisores HART
Transmisores de Señal de Transmisión Digital (Fieldbus, Modbus,
Profibus, DeviceNet, etc.)
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Principios de Medida - 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
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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
Señal Transmitida
Por cablería
Transmisor
+
+
PT-1
-
24 Vdc
+
-
Receptor
Remoto
Proceso
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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
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Señal de Instrumentación:
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 Transmitida
Por cablería
Transmisor
+
+
PT-1
4 – 20 mA
-
24 Vdc
+
-
4.00 mA
Receptor
Remoto
Rango de Proceso = 0 – 100 psi
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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
Cable Averiado
Transmisor
+
+
PT-1
-
24 Vdc
+
-
0.00 mA
0 mA
Receptor
Remoto
Proceso
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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
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Principio de Operación de Transmisores:
Transmisor de Presión
Conexión a
Proceso
Sensor Interno
Conversión a
Parámetro
Electrónico
Señal de
Output en mA
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Lazos de Transmisores Electrónicos:
 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
Transmisor de Presión en Serie con Power Supply de 24 Vdc y Miliamperímetro:
24 Vdc Power Supply
-
+
ON
OFF
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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. 𝐼. −𝑆. 𝐼.
=
𝑅. 𝑃.
𝑅. 𝑃. −𝑉. 𝑃.
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Interpolación de Señales de Instrumentación:
 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
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Interpolación de Señales de Instrumentación:
 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)
20 − 4
20 − 𝑥
=
100 − 0
100 − 50
16
20 − 𝑥
=
100
50
16
100
50 = 20 − 𝑥
8 = 20 − 𝑥
20 − 𝑥 = 8
𝑥 = 20 − 8
𝑥 = 12 𝑚𝐴
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Interpolación de Señales de Instrumentación:
 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
Rango de Proceso (Input)
0 psi
25 psi
50 psi
75 psi
100psi
4 mA
8 mA
12 mA
16 mA
20 mA
Rango de Instrumentación (Output)
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Interpolación de Señales de Instrumentación:
 Ejemplo 2: Si el rango de Proceso es un nivel de un tanque de 0 – 40 ft
Rango de Proceso (Input)
0 ft
10 ft
20 ft
30 ft
40 ft
4 mA
8 mA
12 mA
16 mA
20 mA
Rango de Instrumentación (Output)
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Interpolación de Señales de Instrumentación:
 Ejemplo 3: Si el rango de Proceso es un flujo de 0 – 900 gal/min.
Rango de Proceso (Input)
0 gpm
225 gpm
450 gpm
675 gpm
4 mA
8 mA
12 mA
16 mA
900 gpm
20 mA
Rango de Instrumentación (Output)
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Interpolación de Señales de Instrumentación:
 Ejemplo 4: Si el rango de Proceso es una temperatura de 50° F - 250 ° F
Rango de Proceso (Input)
50° F
4 mA
100° F
150° F
8 mA
12 mA
200° F
16 mA
250° F
20 mA
Rango de Instrumentación (Output)
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Interpolación de Señales de Instrumentación:
 Ejemplo 5: Si el rango de Proceso es un pH de 2 – 12
Rango de Proceso (Input)
2 pH
4.5 pH
7 pH
4 mA
8 mA
12 mA
9.5 pH
16 mA
12 pH
20 mA
Rango de Instrumentación (Output)
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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?
Rango de Proceso (Input)
0 psi
25 psi
50 psi 61.43 psi 75 psi
4 mA
8 mA
12 mA ? mA
16 mA
100 psi
20 mA
Rango de Instrumentación (Output)
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Interpolación de Señales de Instrumentación:
Ejemplo 6:
Rango de Proceso (Input)
0 psi
25 psi
50 psi 61.43 psi 75 psi
100 psi
4 mA
8 mA
12 mA 13.83 mA16 mA
20 mA
Rango de Instrumentación (Output)
20 − 4
20 − 𝑥
=
100 − 0
100 − 𝟔𝟏. 𝟒𝟑
16
20 − 𝑥
=
100
38.57
16
100
38.57 = 20 − 𝑥
6.17 = 20 − 𝑥
20 − 𝑥 = 6.17
𝑥 = 20 − 6.17
𝑥 = 13.83 𝑚𝐴
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Interpolación de Señales de Instrumentación:
Ejemplo 6:
Señal de Instrumentación
Transmisor de Presión (0 – 100 psi)
+
+
PT-1
13.83 mA
-
24 Vdc
+
-
13.83 mA
Receptor
Remoto
Variable de Proceso (Presión) = 61.43 psi
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Transmisores de Variables de Proceso:
 Muestras de Transmisores de Presión:
Rosemount
Endress + Hauser
Foxboro
Honeywell
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Interpolación de Señales de Instrumentación:
Ejemplo 7:
0 ft
Rango de Proceso (Input)
6.28 ft 10 ft
4 mA 6.51 mA 8 mA
20 ft
30 ft
40 ft
12 mA
16 mA
20 mA
Rango de Instrumentación (Output)
20 − 4
20 − 𝑥
=
40 − 0
40 − 𝟔. 𝟐𝟖
16
20 − 𝑥
=
40
33.72
16
40
33.72 = 20 − 𝑥
13.49 = 20 − 𝑥
20 − 𝑥 = 13.49
𝑥 = 20 − 13.49
𝑥 = 6.51 𝑚𝐴
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Interpolación de Señales de Instrumentación:
Ejemplo 7:
Variable de Proceso = 6.28 ft
40 ft
Transmisor (0 – 40 ft)
Señal de Instrumentación
+
+
LT-1
-
6.51 mA
24 Vdc
+
-
6.51 mA
Receptor
Remoto
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Transmisores de Variables de Proceso:
 Muestras de Transmisores de Nivel:
Rosemount
Endress + Hauser
Magnetrol
Siemens
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Interpolación de Señales de Instrumentación:
Ejemplo 8:
0 gpm
4 mA
Rango de Proceso (Input)
225 gpm 347 gpm 450 gpm
8 mA 10.17 mA12 mA
675 gpm
900 gpm
16 mA
20 mA
Rango de Instrumentación (Output)
20 − 4
20 − 𝑥
=
900 − 0
900 − 𝟑𝟒𝟕
16
20 − 𝑥
=
900
553
16
900
553 = 20 − 𝑥
9.83 = 20 − 𝑥
20 − 𝑥 = 9.83
𝑥 = 20 − 9.83
𝑥 = 10.17 𝑚𝐴
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Interpolación de Señales de Instrumentación:
Ejemplo 8:
Señal de Instrumentación
Transmisor de Flujo (0 – 900 gpm)
+
+
FT-1
10.17 mA
-
24 Vdc
+
-
10.17 mA
Receptor
Remoto
Variable de Proceso (Flujo) = 347 gpm
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Transmisores de Variables de Proceso:
 Muestras de Transmisores de Flujo:
Rosemount
Endress + Hauser
Sierra
ABB
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Interpolación de Señales de Instrumentación:
Ejemplo 9:
50 °F
4 mA
Rango de Proceso (Input)
100 °F
150 °F 184.6 °F 200 °F
250 °F
8 mA
12 mA 14.77 mA16 mA
20 mA
Rango de Instrumentación (Output)
20 − 4
20 − 𝑥
=
250 − 50
250 − 𝟏𝟖𝟒. 𝟔
16
20 − 𝑥
=
200
65.4
16
200
65.4 = 20 − 𝑥
5.23= 20 − 𝑥
20 − 𝑥 = 5.23
𝑥 = 20 − 5.23
𝑥 = 14.77 𝑚𝐴
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Interpolación de Señales de Instrumentación:
Ejemplo 9:
Señal de Instrumentación
Transmisor de Temperatura (50 – 250 °F)
+
+
TT-1
14.77 mA
24 Vdc
-
+
-
14.77 mA
Receptor
Remoto
Variable de Proceso (Temperatura) = 184.6 °F
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Transmisores de Variables de Proceso:
 Muestras de Transmisores de Temperatura:
Rosemount
Engress + Hauser
ABB
Yokogawa
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Principios de Medida - Transmisores
Interpolación de Señales de Instrumentación:
Ejemplo 10:
Rango de Proceso (Input)
2 pH
4.5 pH
4 mA
8 mA
7pH
9.5 pH 10.3 pH 12 pH
12 mA
16 mA 17.28 mA 20 mA
Rango de Instrumentación (Output)
20 − 4
20 − 𝑥
=
12 − 2
12 − 𝟏𝟎. 𝟑
16
20 − 𝑥
=
10
1.7
16
10
1.7 = 20 − 𝑥
2.72= 20 − 𝑥
20 − 𝑥 = 2.72
𝑥 = 20 − 2.72
𝑥 = 17.28 𝑚𝐴
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Principios de Medida - Transmisores
Interpolación de Señales de Instrumentación:
Ejemplo 10:
Señal de Instrumentación
Transmisor de pH (2 – 12 pH)
+
+
pHT-1
17.28 mA
-
24 Vdc
+
-
17.28 mA
Receptor
Remoto
Variable de Proceso (pH) = 10.3 pH
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Principios de Medida - Transmisores
Transmisores de Variables de Proceso:
 Muestras de Transmisores Analíticos:
Rosemount
Yokogawa
Endress+Hauser
ABB
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Principios de Medida - Transmisores
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
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Principios de Medida - Transmisores
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)
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Principios de Medida - Transmisores
Especificaciones de Transmisores
Forma ISA 20P 1001 Rev 0
 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
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Principios de Medida - Transmisores
¿Preguntas, dudas, comentarios?
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