LuisMA Unidad2 Tarea1

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE OAXACA
MATERIA: INSTRUMENTACIÓN
TAREA 1: INVESTIGACIÓN DE LA UNIDAD 2
TEMA DE LA UNIDAD 2:
SENSORES, TRANSDUCTORES Y
TRANSMISORES
CATEDRÁTICO: SAULO GOMEZ TOLEDO
ALUMNO: MAURICIO ANTONIO LUIS
SANTIAGO
CARRERA: INGENIERÍA ELÉCTRICA
GRUPO: 6EA HORARIO: 10:00 - 11:00
Nº DE CONTROL: 18160476
PERIODO: MARZO - JULIO 2021
27 DE ABRIL DE 2021
ÍNDICE
INTRODUCCIÓN …………………………………………………………………………. 3
UNIDAD 2: SENSORES, TRANSDUCTORES Y TRANSMISORES ……………..... 4
2.1 MEDICIÓN DE PRESIÓN …………………………………………………………... 5
❖ SENSORES UTILIZADOS EN LA MEDICIÓN DE PRESIÓN ………………. 5
❖ EQUIPOS INDUSTRIALES PARA MEDICIÓN DE PRESIÓN ………………. 9
❖ EJEMPLOS DE APLICACIONES TÍPICAS CON EL TRANSMISOR DE
PRESIÓN …………………………………………………………………………. 11
❖ CÓMO ESPECIFICAR TRANSMISORES DE PRESIÓN …………………… 12
2.2 MEDICIÓN DE NIVEL Y DENSIDAD …………………………………………….. 14
❖ SELECCIÓN DE MEDIDORES DE NIVEL ………………………………….... 14
❖ CLASIFICACIÓN DE MEDIDORES DE NIVEL ………………………………. 14
● MEDICIÓN DE NIVEL DE LÍQUIDOS ………………………………… 14
● MEDICIÓN POR PRESIÓN HIDROSTÁTICA ……………………….. 16
● MEDICIÓN POR CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DEL LÍQUIDO
……………………………………………………………………………... 18
2.3 MEDICIÓN DE FLUJO ……………………………………………………………… 20
❖ TIPOS DE MEDIDORES DE FLUJO VOLUMÉTRICO ……………………… 22
2.4 MEDICIÓN DE TEMPERATURA ………………………………………………….. 24
2.5 MEDICIÓN DE OTRAS VARIABLES …………………………………………….. 27
❖ PESO ……………………………………………………………………………… 27
❖ VELOCIDAD ……………………………………………………………………… 28
❖ CONDUCTIVIDAD ………………………………………………………………. 29
❖ PROXIMIDAD ……………………………………………………………………. 29
2.6 PROCEDIMIENTO PARA LA CALIBRACIÓN ………………………………….. 31
❖ CALIBRACIÓN INTERNA ………………………………………………………. 31
❖ CALIBRACIÓN EXTERNA ……………………………………………………… 31
2.6.1 CONSIDERACIONES PREVIAS PARA LA CALIBRACIÓN ……………... 32
2.6.2 ERROR ………………………………………………………………………….. 33
❖ ERROR DE CERO ………………………………………………………………. 33
❖ ERROR DE MULTIPLICACIÓN ………………………………………………… 33
❖ ERROR DE ANGULARIDAD …………………………………………………… 33
1
2.6.3 INCERTIDUMBRE ……………………………………………………………. 34
2.7 CRITERIOS DE SELECCIÓN ……………………………………………………. 35
❖ EXACTITUD …………………………………………………………………….. 35
❖ PRECISIÓN …………………………………………………………………….. 35
❖ RANGO DE FUNCIONAMIENTO ……………………………………………. 35
❖ VELOCIDAD DE RESPUESTA ……………………………………………….. 36
❖ CALIBRACIÓN ………………………………………………………………….. 36
❖ FIABILIDAD …………………………………………………………………….. 36
2.8 ACONDICIONAMIENTO DE SEÑAL ……………………………………………. 37
❖ CONVERSIÓN DE SEÑAL ……………………………………………………. 38
❖ AISLAMIENTO ………………………………………………………………….. 38
❖ AMPLIFICACIÓN ……………………………………………………………….. 39
❖ ATENUACIÓN …………………………………………………………………… 39
❖ MULTIPLEXOR O MULTIPLEXADO …………………………………………. 40
❖ FILTRADO ………………………………….…………………………………… 40
❖ EXCITACIÓN …………………………………………………………………….. 40
❖ LINEALIZACIÓN ………………………………………………………………... 41
❖ INTERFACES …………………………………………………………………… 41
❖ COMPENSACIÓN DE JUNTA FRÍA ………………………………………….. 42
❖ MUESTREO SIMULTÁNEO …………………………………………………… 42
CONCLUSIÓN …………………………………………………………………………… 43
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ………………………………………………….. 44
2
INTRODUCCIÓN
La medición es un subsistema importante o cualquier sistema básico, ya sea
mecánico o electrónico. El sistema de medición consta de sensores, actuadores,
transductores y componentes de procesamiento de señales. El uso de estos
componentes y equipos no se limita a los sistemas de medición.
Los sensores son dispositivos que nos permiten convertir parámetros físicos,
biológicos o químicos en señales eléctricas, como temperatura, presión, flujo o
vibración. El sensor también mide algunos parámetros físicos y devuelve datos
digitales que representan los parámetros.
Un transductor es un dispositivo que puede convertir o convertir un cierto tipo de
energía de entrada en energía diferente a la salida. Los transductores se utilizan
para obtener información de entornos físicos y químicos, y para obtener señales o
pulsos eléctricos, y viceversa. El transductor siempre consume algo de energía, por
lo que la señal bajo prueba se debilita.
El transmisor nos permite obtener siempre una señal de alta calidad. Lo logran
mediante el uso de protección de tipo de corriente para aislar las señales de campo
de modo que su sistema de control no se vea afectado por interferencias.
También se utilizan en sistemas que realizan tareas específicas para comunicarse
con el mundo real. La comunicación puede ser cualquier cosa, como leer el estado
de una señal de interruptor o activar una salida específica para encender un LED.
En este trabajo, aprenderemos algunos conocimientos sobre los sensores,
transmisión y transductores, cómo elegir, los requisitos, su clasificación y algunos
ejemplos tanto analógicos como digitales.
Vivimos en un mundo analógico lleno de medios digitales y objetos controlados
mecánicamente con señales eléctricas. Esto es gracias a dispositivos como
sensores y sensores, que pueden ayudarnos a transferir datos o información de un
área a otra.
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UNIDAD 2: SENSORES, TRANSDUCTORES Y TRANSMISORES
Sensor:
Se llama sensor al instrumento que produce una señal, usualmente eléctrica en la
actualidad, (antiguamente se utilizaban señales hidráulicas), que refleja el valor de
una propiedad, mediante alguna correlación definida.
Se clasifican:
➢ Pueden ser de indicación directa o conectados a un indicador.
➢ Según su aporte de energía pueden ser modulares o generadores.
➢ Según su señal de salida pueden ser analógicos o digitales.
➢ Según su principio físico pueden ser termoeléctricos, capacitivos, resistivos,
inductivos, etc.
Transductor:
Es el instrumento o dispositivo capaz de transformar la
energía disponible en una magnitud física dada en otra
magnitud, física que el sistema pueda aprovechar para
realizar su objetivo de medición y control. Se usan por
ejemplo para pasar de magnitudes acondicionadas en presión a corriente o tensión
y modernamente a variables digitales para buses de campo. También se podría
llamar Transductor al conjunto Sensor Transmisor, pues toma la magnitud
del proceso y la traduce a una variable normalizada para el
sistema de control
Transmisor:
Los transmisores son instrumentos que convierten la salida
del sensor en una señal suficientemente fuerte como para
transmitirla al controlador o a otro aparato receptor.
Las señales de salida del transmisor pueden ser neumáticas,
eléctricas o digitales
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2.1 MEDICIÓN DE PRESIÓN
La medición y el control de presión son las variables de proceso más usadas en los
distintos sectores de la industria de control de procesos. Además, a través de la
presión se puede inferir fácilmente una serie de otras variables, tales como, nivel,
volumen, flujo y densidad.
➔ “Presión
𝑃𝑟𝑒𝑠𝑖ó𝑛 =
es
aquella
fuerza
aplicada
sobre
un
área
definida”.
𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎
Á𝑟𝑒𝑎
SENSORES UTILIZADOS EN LA MEDICIÓN DE PRESIÓN
Por lo general los sensores se clasifican según la técnica utilizada en la conversión
mecánica de la presión en una señal eléctrica proporcional. Todas las tecnologías
tienen un solo objetivo, que es transformar la presión aplicada en un sensor en
señal eléctrica proporcional a la misma:
● Capacitancia Variable (Capacitivos)
● Piezo-resistivo (Strain Gauge)
● Potenciométrico
● Piezo-eléctrico
● Reluctancia Variable
● Resonante
● Óptico
● Otros
1) Piezo-resistivo o Strain Gage
La piezoresistividad se refiere al cambio de la resistencia eléctrica con la
deformidad/contracción como resultado de la presión aplicada. En su gran mayoría
están formados por elementos cristalinos (strain gage) interconectados en puente
(wheatstone) con otros resistores que suministran el ajuste de cero, la sensibilidad y
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la compensación de temperatura. El material de construcción varía según el
fabricante y actualmente son comunes los sensores de estado sólido.
Desventajas: banda limitante de temperatura operativa, aplicable en bandas de
presión baja por generar una señal muy baja de excitación, muy inestable.
Actualmente existe el llamado “Film Transducer”, lo cual es construido con la
deposición de vapor o la inyección de elementos strain gage directamente en un
diafragma, lo que minimiza la inestabilidad debida al uso de adhesivos en las ligas
de los modelos “Bonded Wire”. La gran ventaja es que produce una señal
electrónica de nivel más alto, pero que en altas temperaturas son totalmente
vulnerables, pues la temperatura afecta el material adhesivo utilizado al pegar el
silicio al diafragma.
Diversas técnicas basadas en la fabricación de sensores de silicio piezorresistivo
(silicon substrate) vienen surgiendo, pero sus señales son susceptibles a
degradación debido a la temperatura y exigen circuitos complicados para
compensación, minimización del error y sensibilidad del cero. Son totalmente
inviables en aplicaciones sujetas a altas temperaturas por largos períodos, pues la
difusión degrada los substratos en temperaturas muy altas.
2) Piezo-eléctrico
El material piezoeléctrico es un cristal que produce una tensión diferencial
proporcional a la presión aplicada a él en sus caras: quartzo, sal de Rochelle, titanio
de bario, turmalina etc. Este material acumula cargas eléctricas en ciertas áreas de
su estructura cristalina, cuando sufren una deformidad física, por acción de una
presión. La piezoelectricidad fue descubierta por Pierre y Jacques Curie en 1880.
La relación entre la carga eléctrica y la presión aplicada al cristal es prácticamente
lineal:
6
q = Sq x Ap
p - presión aplicada, A - área del electrodo, Sq – sensibilidad,
q - carga eléctrica, C – capacidad del cristal, Vo - tensión de salida
3) Resonantes
Poseen en general el principio de la tecnología conocida como “vibrating wire”. Un
resorte de hilo magnético es anexada al diafragma que, al ser sometido a un campo
magnético y ser recorrido empieza a oscilar. La frecuencia de oscilación es
proporcional al cuadrado de la tensión (expansión/compresión) del hilo. En el sensor
de Silicio Resonante no se usa hilo pero el silicio para resonar con diferentes
frecuencias que son funciones del tipo 1/f2 de la expansión/compresión. El sensor
está formado por una cápsula de silicio ubicada en un diafragma que vibra al se
aplicar un diferencial de presión y la frecuencia de vibración depende de la presión
aplicada. Algunos sensores resonantes necesitan técnicas de compensación de
temperatura vía hardware/software complicadas, aumentando el número de
componentes, lo que significa más placas electrónicas en algunos equipos..
4) Capacitivos
Estos son los sensores más confiables y que fueron usados en millones de
aplicaciones. Se basan en transductores donde la presión aplicada a diafragmas
sensores produce una variación de la capacitancia entre ellos y un diafragma
central, por ejemplo. Esta variación es usada principalmente para variar la
frecuencia de un oscilador o usada como elemento de un puente de capacitores.
Esta variación de capacitancia es usada para variar la frecuencia de un oscilador. La
frecuencia puede medirse directamente por la CPU y convertida en presión. En este
caso no existe conversión A/D, lo que contribuye a la exactitud y a la eliminación de
drifts embutidos en las conversiones analógicas y digitales. Téngase en cuenta que
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este principio de lectura totalmente digital es utilizado por Smar desde la década de
los 80, como la única compañía brasileña y una de las pocas en el mundo en
fabricar este tipo de sensor. Poseen respuestas lineales prácticamente insensibles a
variaciones de temperatura, siendo los más indicados a instrumentación y control de
procesos por su excelente performance en estabilidad, temperatura y presión
estática. Algunas de sus ventajas son:
● Ideales para aplicaciones de baja y alta presión.
● Minimizan el Error Total Probable y consecuentemente la variabilidad del
proceso.
● Ideales para aplicaciones de flujo.
● Por su respuesta lineal, permite alta flexibilidad y exactitud.
5) Ópticos
La sensibilidad de los sensores de fibra, o sea, el disturbio menos intenso que se
puede medir puede depender de:
● Variaciones infinitesimales en algún
parámetro de caracterización de la
fibra óptica usada cuando la fibra es
el propio elemento sensor;
● Cambios en las propiedades de la
luz usada, cuando la fibra es el
canal a través del cual la luz va y
vuelve desde el sitio bajo prueba.
Los
sensores
de
fibras
ópticas
son
compactos y presentan sensibilidad comparable a los similares convencionales. Los
sensores de presión son construidos con una membrana móvil en una de las
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extremidades de la fibra. Algunas ventajas de estos sensores son: alta sensibilidad,
tamaño reducido, flexibilidad y resistencia, poco peso, larga vida útil, larga distancia
de transmisión, baja reactividad química del material, son ideales para funcionar en
ambientes de alta tensión, inmunidad electromagnética, señales multiplexados, o
sea, una única fibra puede producir docenas de instrumentos, y puede medir
vibración, presión, temperatura, flujo multifásico, deformación, etc.
Una técnica utilizada en la construcción de sensores ópticos es el Interferómetro
Fabry-Perot, un dispositivo usado por lo general en mediciones de larguras de
ondas con alta precisión, donde esencialmente dos espejos parcialmente reflectores
de vidrio o cuarzo se alinean y se obtiene el contraste máximo y mínimo de franjas
entre ellos por variación mecánica. Esta variación de distancia también
podría
generarse por presión y, con eso, tendríamos un sensor de presión.
EQUIPOS INDUSTRIALES PARA MEDICIÓN DE PRESIÓN
Entre los distintos equipos utilizados en la industria para medir presión se subrayan
dos: el manómetro y el transmisor de presión.
El manómetro es usado para lectura de presión y tienen normalmente una conexión
al proceso y un display (cuando electrónico) o puntero (cuando mecánico) para que
se pueda leer la presión localmente. Por lo general son dispositivos de bajo costo y
se usan cuando la presión no necesita transmitirse a un sistema de control y
también no se necesita de exactitud. Por ejemplo, presión estática, presión de
bomba, etc. Existen también modelos diferenciales, vacuómetros, sanitarios, etc.
Un transmisor de presión inteligente reúne la tecnología de sensor a su propia
electrónica.
Típicamente debe proveer las siguientes características:
★ Señal digital de salida;
★ Interfaz de comunicación digital (HART/4-20mA, Foundation Fieldbus,
Profibus-PA);
★ Compensación de presión y temperatura;
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★ Estabilidad;
★ Debe permitir calibración fácil;
★ Re-range con y sin referencia;
★ Autodiagnósticos;
★ Fácil instalación y calibración;
★ Alta confiabilidad;
★ Bajos costos y tiempos cortos de instalación y mantenimiento;
★ Reducción de intrusión/penetración (proceso);
★ Ahorro de espacio en la instalación;
★ Permitir actualización para la tecnología Foundation Fieldbus y Profibus PA;
★ Recursos de interfaz EDDL y FDT/DTM;
★ Protector de transientes, sin polaridad de alimentación;
★ Trabajo física para transferencia de custodia, etc.
Algunos puntos que necesitan la atención de los usuarios para no pagar más por
algo que no van a usar o que su aplicación no necesita:
● Exactitud & Rangeabilidad: si hay necesidad de equipos con tales
requisitos, examinen las fórmulas de exactitud y vean que la exactitud no es
divulgada en toda la banda. Vean también otras características, tales como el
tiempo de respuesta, totalización, bloque de PID, etc, que pueden ser más
útiles en sus aplicaciones.
● Protección a la inversión: verifiquen el precio de los repuestos, la
intercambiabilidad
entre
modelos,
la
simplicidad
de
especificación,
actualización para otras tecnologías (Fieldbus Foundation, Profibus PA),
suministro de servicios, soporte técnico, plazo de reposición, etc. Estos son
factores que pueden perjudicar la disponibilidad de la fábrica.
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LD400 – Transmisor de Presión HART/4-20mA con sensor capacitivo, placa
electrónica única, alta performance (el transmisor con el mejor tiempo de
respuesta del mercado).
Los transmisores de presión microprocesados tienen
la gran ventaja de posibilitar mejor interacción con el
usuario, con interfaces de fácil utilización. Además,
sus características de autodiagnosis facilitan la
identificación de problemas. Con el advenimiento de
las redes fieldbus, es posible extraer los beneficios
de
la
tecnología
digital
al
máximo.
Estos
transmisores tienen mejor exactitud, estabilidad
electrónica superior a los modelos analógicos,
además de facilitar ajustes y calibraciones. La tecnología digital también permite que
se implementen poderosos algoritmos a favor de performance y exactitud de
medición y de monitoreo en línea de toda la vida del equipo.
EJEMPLOS DE APLICACIONES TÍPICAS CON EL TRANSMISOR DE PRESIÓN
En seguida vienen ejemplos típicos de aplicaciones con el transmisor de presión.
Para más detalles sobre cada aplicación consulte las publicaciones disponibles en
las referencias del artículo. Téngase en cuenta que la instalación correcta garantiza
el mejor aprovechamiento y desempeño de los equipos.
Medición de niveles de líquidos
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Medición de flujo
Medición de flujo usando el tubo de Pitot
Placa de Orificio
CÓMO ESPECIFICAR TRANSMISORES DE PRESIÓN
Especificaciones incompletas o aún con datos inconsistentes son muy comunes en
la documentación para compra de transmisores de presión. En la primera mirada
parecen artículos simples de un proyecto, pero los detalles son numerosos y, si
especificados incorrectamente, podrán generar perjuicio durante el montaje o la
operación, que podrá ser mayor que los valores de los equipos en cuestión.
Este tópico busca clarificar algunas cuestiones fundamentales del proceso de
especificación de transmisores de presión.
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¿Qué se pretende medir?
Para las presiones manométrica, absoluta, diferencial; otras grandezas inferidas a
partir de mediciones de presión (flujo, nivel, volumen, fuerza, densidad, etc.).
Vale subrayar que las mediciones de presión debajo de la atmosférica no necesitan
forzosamente transmisores de presión absoluta. Los transmisores de presión
absoluta son recomendados solamente para evitar las influencias de la presión
atmosférica. Esa influencia sólo será crítica cuando se medir presiones muy
cercanas (arriba o abajo) de la presión atmosférica. En los demás casos pueden
emplearse sin problemas los transmisores de presión manométrica.
¿Para qué medir la presión?
Por lo general se mide la presión para control o monitoreo de procesos, por
proteccion (seguridad), control de calidad, transacciones comerciales de fluidos
(transferencias de custodia, medición fiscal, estudio e investigación, balances de
masa y energía.
Esos objetivos deben ser tenidos en cuenta en la elección de los equipos. Quesitos
más rigurosos de desempeño tales como exactitud, límites de sobrepresión y
presión estática, estabilidad y otros, pueden cargar sin necesidad el proyecto.
Todos los fabricantes suministran al mercado más de una versión de transmisores
con características técnicas distintas y, obviamente, precios también distintos.
¿Cuál es el fluido del proceso?
El proveedor deberá ser informado de las características del fluido. Por lo general el
fabricante podrá recomendar materiales o conexiones especiales. Téngase en
cuenta que la decisión final tocará al usuario o a la compañía de ingeniería
encargada. Algunos datos del fluido del proceso son fundamentales al elegirse el
transmisor:
● Estado (líquido, gas, vapor): define la posición de la válvula de escape;
● Presión máxima del proceso: es importante para evaluación de los límites de
sobrepresión y presión estática del transmisor;
● Temperatura máxima del proceso: se podrá determinar para uso de sellos
remotos o solo para mantener una distancia mínima en la línea de impulse
(tubing).
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Protocolos de comunicación
Los más comunes son 4-20 mA + HART, Foundation Fieldbus and Profibus PA.
Algunos fabricantes proveen transmisores que cambian su versión de protocolo a
través de la simple sustitución de la placa de circuito electrónico o sólo del firmware
y se pueden usar en distintos sistemas.
2.2 MEDICIÓN DE NIVEL Y DENSIDAD
SELECCIÓN DE MEDIDORES DE NIVEL
Los dos parámetros que tienen mayor influencia en la selección de la tecnología
para la medición de nivel son la presión y temperatura, pero existen otros factores a
tener en cuenta:
● Variable requerida (masa, densidad,…)
● Precisión en la medida
● Características del tanque
● Condiciones ambientales
● Características del producto
● Requerimientos en instrumentación, incluyendo precisión, certificaciones,
alimentación, etc…
CLASIFICACIÓN DE MEDIDORES DE NIVEL
Los medidores de Nivel Pueden clasificarse como:
1. Medidores de Nivel de Líquidos
2. Medidores de Nivel de Sólidos
Adicionalmente también se puede clasificar por el tipo de medición
1. Medición de Nivel Continua
2. Medición de Nivel por Detección Límite o de Punto Fijo
MEDICIÓN DE NIVEL DE LÍQUIDOS
1.- Medición Directa
● Medidor de Sonda
● Medidor de Cinta y Plomada
● Medidor de Nivel de Cristal
● Medidor de Flotador
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2.- Medición de Presión Hidrostática o Fuerza
● Medidor Manométrico
● Medidor de Membrana
● Medidor de Tipo burbujeo
● Medidor de Presión diferencial de diafragma
● Medidor por Desplazamiento
3.- Medición de Características eléctricas del líquido
● Medidor Conductivo
● Medidor Capacitivo
● Medidor Ultrasónico
● Medidor por Radiación
Varilla o sonda:
Varilla o regla graduada, de longitud conveniente para introducirla
dentro del depósito.
El nivel se determina por la lectura directa de la longitud mojada por el
líquido.
En el momento de la lectura el tanque debe estar abierto a presión
atmosférica.
Cinta y plomada:
Consta de una cinta graduada y un plomo en la punta.
Se emplea cuando es difícil que la varilla tenga acceso al fondo del
tanque.
También se usa midiendo la distancia desde la superficie del líquido hasta la parte
superior del tanque.
Visor de Vidrio:
Tubo de vidrio con su extremo inferior conectado al tanque
generalmente mediante tres válvulas (dos de cierre de seguridad en
los extremos del tubo, para impedir el escape del líquido en caso de
rotura del cristal y una de purga).
Funciona por el principio de vasos comunicantes.
El nivel de vidrio va acompañado de una regla graduada.
Se emplea para presiones hasta 7 bar. A presiones más elevadas el
vidrio es grueso, de sección rectangular y está protegido por una armadura metálica.
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Flotador, Escala y Contrapeso:
Consiste en un flotador ubicado en el seno del líquido y
conectado al exterior del tanque, indicando directamente el
nivel sobre una escala graduada. Es usado en tanques de
gran capacidad. El flotador debe mantenerse limpio. El
flotador, sigue el movimiento del nivel de líquido.
Tienen una precisión de 0,5 %. Son adecuados en la
medida de niveles en tanques abiertos y cerrados a presión
o a vacío.
El flotador puede trabarse en el tubo guía por los sólidos o cristales que el líquido
pueda contener
Los tubos guía muy largos pueden dañarse ante olas bruscas en la superficie del
líquido o ante la caída violenta del líquido en el tanque.
MEDICIÓN POR PRESIÓN HIDROSTÁTICA
Manométrico:
Es un manómetro conectado en la parte inferior del tanque y que
mide la presión debida a la altura de líquido entre el nivel del
tanque y el eje del instrumento. Sólo sirve para fluidos limpios, ya
que los líquidos sucios pueden hacer perder la elasticidad del
fuelle. La medición está limitada a tanques abiertos y el nivel viene
influido por las variaciones de densidad del líquido.
Membrana: Usa una membrana conectada al instrumento receptor
por un tubo estanco.
El peso de la columna de líquido sobre el área de la membrana comprime el aire
interno a una presión igual a la ejercida por la columna de líquido.
Burbujeo:
Mediante un regulador de caudal se hace pasar por un tubo
(sumergido en el depósito hasta el nivel mínimo), un
pequeño caudal de aire o gas inerte hasta producir una
corriente continua de burbujas.
La presión requerida para producir el flujo continuo de
burbujas es una medida de la columna de líquido. Este
sistema es muy ventajoso en aplicaciones con líquidos
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corrosivos o con materiales en suspensión, ya que el fluido no penetra en el medidor
ni en la línea de conexión.
El Medidor de Presión Diferencial
Consiste en un diafragma en contacto con el líquido del tanque, que permite medir
la presión hidrostática en un punto del fondo.
En un tanque abierto, esta presión es proporcional a la altura del líquido en ese
punto y a su peso específico. El diafragma forma parte de un transmisor neumático
o electrónico de presión diferencial.
La precisión de los instrumentos de presión diferencial es bastante buena.
El material del diafragma debe ser compatible con el fluido que se encuentra en el
tanque.
Medición por desplazamiento
Está basado en el Principio de Arquímedes.
Consiste
en
un
flotador
parcialmente
sumergido en el líquido y conectado mediante
un brazo a un tubo de torsión, unido al
tanque. Dentro del tubo y unido a su extremo
libre
hay
una
varilla
que
transmite
el
movimiento de giro a un transmisor exterior al
tanque. El ángulo de rotación del extremo
libre del tubo de torsión es función directa de la fuerza aplicada. Al subir el nivel, el
líquido ejerce un empuje sobre el flotador igual al volumen de la parte sumergida
multiplicada por la densidad del líquido, tendiendo a neutralizar su peso propio, así
que el esfuerzo medido por el tubo de torsión será muy pequeño.
Puede usarse en tanques abiertos y cerrados, a presión o a vacío, con una buena
sensibilidad, pero presenta el inconveniente del riesgo de depósitos de sólidos o de
crecimiento de cristales en el flotador que afectan a la precisión de la medida).
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MEDICIÓN POR CARACTERÍSTICAS ELÉCTRICAS DEL LÍQUIDO
El Medidor de Nivel Conductivo
Consiste en uno o varios electrodos y un relé eléctrico o electrónico
que es excitado cuando el líquido moja a dichos electrodos.
El relé electrónico dispone de un temporizador de retardo que
impide su enclavamiento ante una ola del nivel del líquido o ante
cualquier perturbación momentánea o bien en su lugar se disponen
dos electrodos poco separados enclavados eléctricamente en el
circuito.
Se usa como alarma o control de nivel alto y bajo, utiliza relés eléctricos o
electrónicos, en función de la conductividad del líquido.
Es versátil, sin partes móviles, su campo de medida es grande, con la limitación
física de la longitud de los electrodos. El líquido contenido en el tanque debe tener
un mínimo de conductividad
Medidor Capacitivo
Mide la capacidad del condensador formado por el electrodo sumergido
en el líquido y las paredes del tanque.
La capacidad del conjunto depende linealmente del nivel del líquido.
En fluidos no conductores se emplea un electrodo normal y la capacidad
total del sistema se compone de la del líquido, la del gas superior y la de
las conexiones superiores. En fluidos conductores el electrodo está aislado
usualmente con teflón interviniendo las capacidades adicionales entre el material
aislante y el electrodo en la zona del líquido y del gas.
También se usan como interruptores de nivel.
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Medidor Ultrasónico
Se basa en la emisión de un impulso ultrasónico a una superficie reflectante y la
recepción del eco del mismo en un receptor. El retardo en la captación del eco
depende del nivel del estanque.
El tiempo entre emisión y recepción es inversamente proporcional al nivel
El tiempo depende de la Tº ==> compensar medidas
Evitar obstáculos en el recorrido de las ondas
Sensibles al estado de la superficie del líquido (espumas)
Medidores de Nivel por Radiación
Consiste
en
un emisor de rayos gamma montado
verticalmente en un lado del estanque y con un contador
que transforma la radiación gamma recibida en una señal
eléctrica de corriente continua.
Como la transmisión de los rayos es inversamente
proporcional a la masa del líquido en el estanque, la
radiación
captada
por
el
receptor
es
inversamente
proporcional al nivel del líquido ya que el material absorbe parte de la energía
emitida.
Medidor de nivel del tipo radar
Los sensores de radar miden distancias de forma continua y
sin contacto.
Requieren
de
poco
mantenimiento.
Asimismo
son
prácticamente insensibles a la atmósfera del proceso
controlado (vapor, presión, polvo o temperaturas extremas).
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Los instrumentos de radar miden el tiempo de recorrido de un impulso de radar
desde su emisión hasta su recepción. Este tiempo de recorrido es proporcional a la
distancia y por tanto al nivel del producto.
Al contrario de la medida por ultrasonidos, las señales de radar no están ligadas por
un medio que las transmita, y se propagan a la velocidad de la luz (300 000 000
m/s). Los sensores de radar emiten generalmente señales de 6 a 26 GHz.
El transmisor emite señales de radar en forma de impulsos de microondas
refractados por dos materiales con constantes dieléctricas diferentes (el entorno del
sensor y el producto). Los impulsos se emiten con una frecuencia de repetición fija.
Un receptor interno recoge los impulsos de radar refractados (eco) y utiliza el tiempo
de recorrido del impulso (emisión / recepción) para calcular la distancia y por tanto el
nivel. Los impulsos de radar reflejados se convierten en un cuadro del eco. Con el
análisis del cuadro el instrumento determina la distancia entre el producto y el punto
de referencia en el instrumento
2.3 MEDICIÓN DE FLUJO
El fluido es una sustancia que se deforma continuamente al ser sometida a una
fuerza tangencial, de tal manera que adopta espontáneamente la forma del
recipiente que lo contiene.
El flujo es un fluido en movimiento, debido a una diferencia de presiones.
Hay tipos de flujos como:
● Flujos Abiertos: canales abiertos, ríos
● Flujos Cerrados: tuberías
● Flujos Laminares
● Flujos Turbulentos
● Flujos Cavitantes
Los medidores de flujo son instrumentos que controlan, miden o registran la tasa de
flujo, el volumen o la masa de un gas o líquido. También es posible que los conozca
como contadores de flujo, indicadores de flujo, medidores de líquido o sensores de
tasa de flujo. Los medidores de flujo aportan un control y/o monitoreo preciso de lo
que pasa por un caño o una tubería, incluyendo agua, aire, vapor, aceite, gases y
otros líquidos. Los medidores de flujo específicos para una aplicación permiten a los
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gestores de instalaciones, contratistas de control, ingenieros consultores y otras
partes interesadas:
● Entender y controlar las operaciones de flujo
● Identificar y mejorar las eficiencias
● Abordar los problemas del equipo y el uso irresponsable
Tener acceso a datos precisos, oportunos y fiables y un control esencial para la
calidad del producto, una mayor seguridad de las operaciones, el control de costos y
el cumplimiento de las normas.
Los factores para la elección del tipo de medidor de flujo son:
● Intervalo de medición
● Exactitud y precisión requerida
● Pérdida de presión
● Tipo de fluido
● Tipo de medición
● Calibración y configuración
● Medio ambiente
● Lugar de ubicación
Variables físicas aplicables
En función del fluido y el tipo de caudal (volumétrico o másico) que se desea medir,
se pueden agrupar los sensores por la variable física a transformar para la medición:
Mediciones volumétricas:
● Presión diferencial
● Área Variable (Rotámetro)
● Velocidad (Turbinas)
● Tensión Inducida (Medidor Magnético)
● Ultrasonido
● Vórtex
Mediciones básicas:
● Compensación de presión y temperatura.
● Fuerza de Coriolis
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TIPOS DE MEDIDORES DE FLUJO VOLUMÉTRICO
● Medidores de presión diferencial: placa de orificio, tobera o boquilla de
flujo, tubo de venturi, tubo de pitot, tubo annubar
● Medidores de área variable: rotámetro
● Medidores de velocidad: turbina, transductores ultrasónicos
● Medidores de fuerza: medidor de placa
● Medidores de tensión inducida: medidor magnético de caudal
● Medidores de desplazamiento positivo: disco y pistón oscilante, pistón
alternativo, rotativos, etc.
● Medidores de torbellino y vórtex
● Medidor oscilante
Placas de orificio
Cuando una placa de orificio se coloca en forma concéntrica dentro de una tubería,
ésta provoca que el flujo se contraiga de repente conforme se aproxima al orificio y
después se expande de repente al diámetro total de la tubería. La corriente que
fluye a través del orificio forma una vena contracta y la rápida velocidad del flujo
resulta en una disminución de presión hacia abajo desde el orificio.
Algunos tipos de placas de orificio son:
1. La concéntrica: sirve para líquidos
2. La excéntrica: para los gases
3. La segmentada cuando los fluidos contienen un pequeño porcentaje de
sólidos y gases disueltos.
Boquilla o tobera de flujo
Es una contracción gradual de la corriente de flujo seguida de
una sección cilíndrica recta y corta.
La tobera permite caudales 60% superiores a los de
placa-orificio en las mismas condiciones de servicio.
Su pérdida de carga es de 30 a 80% de la presión diferencial.
22
Puede emplearse para fluidos que arrastren sólidos en pequeña cantidad.
La precisión es del orden de +/-0.95 a +/-1.5%.
Tubo de venturi
Es una tubería corta recta, o garganta, entre dos
tramos cónicos. La presión varía en la proximidad
de la sección estrecha; así, al colocar un
manómetro o instrumento registrador en la garganta se puede medir la caída de
presión y calcular el caudal instantáneo.
Permite la medición de caudales 60% superiores a los de la placa orificio en las
mismas condiciones de servicio y con una pérdida de carga de solo 10 a 20% de la
presión diferencial.
Posee una gran precisión y permite el paso de fluidos con un porcentaje
relativamente grande de sólidos, si bien los sólidos abrasivos influyen en su forma
afectando la exactitud de la medida.
El coste del tubo de Venturi es elevado, su precisión es del orden de +/-0.75%.
Tubo pitot
Tubo hueco colocado de tal forma que los extremos abiertos apuntan directamente a
la corriente del fluido. La presión en la punta provoca que se soporte una columna
del fluido. El fluido dentro de la punta es estacionario o estancado llamado punto de
estancamiento.
23
El tubo annubar
Es una variante del tubo de Pitot que dispone de varias
tomas, a lo largo de la sección transversal, con lo que se
mide la presión total en varios puntos, obteniendo la media
de estos valores y evitando el error que produce el tubo de
Pitot.
Rotámetro (area variable)
La aplicación del teorema de Bernoulli y del principio de conservación del caudal,
puede hacerse igualmente de manera recíproca a la vista anteriormente.
Es decir, se puede hacer variable la sección del paso del fluido y mantener
constante la diferencia de presión entre ambos lados de una obturación.
El tubo utilizado tiene una conicidad uniforme y un obturador ranurado, dispuesto en
el interior, que es arrastrado por el fluido al que se opone con su peso. El fluido
circula de abajo para arriba.
En el paso de un flujo laminar a uno turbulento, la resistencia que ofrece el cuerpo
crece abruptamente, pasando su proporcionalidad de v a v2.
Esta condición establece el límite de linealidad del rotámetro, por lo que en su
selección debe quedar claramente definido el rango de trabajo posible.
El cuerpo flotante generalmente tiene perforaciones para generar la rotación del
cuerpo, para que le otorgue mayor estabilidad (efecto giroscópico) y no se
desestabilice variando el área de paso hacia un lado del flujo.
2.4 MEDICIÓN DE TEMPERATURA
La temperatura es una de las principales variables que afectan el curso de
los procesos químicos, por tal razón esta variable debe ser medida con la mayor
exactitud posible para poder controlarla adecuadamente.
24
Dentro de los principales instrumentos que se utilizan para la medición
de temperatura se tiene:
Termocuplas. Se basan en el hecho de que una corriente del orden de milivoltios
fluye en un circuito continuo de dos alambres metálicos diferentes. La señal varía
con la temperatura de la “juntura caliente”. Las termocuplas de hierro-constantan
son comúnmente usadas en el rango de temperatura de 0 a 1300 ºF.
Termómetros de resistencia. Se basan en el hecho de que los metales cambian
su resistencia eléctrica cuando se someten a un cambio de temperaturas.
Termómetros llenos. Los Termómetros de sistema lleno se diseñan para
proporcionar una indicación de la temperatura a cierta distancia del punto de
medición. El Elemento sensible o medición (bulbo o ampolla) tiene
un gas o un liquido que cambia de volumen, presión o presión de
vapor con la temperatura. Este cambio se comunica por medio de
un tubo capilar al Tubo de Bourdon u otro dispositivo sensible a la
presión y el volumen. Estos dispositivos debido a su simplicidad se
utilizan con frecuencia en los procesos industriales.
25
Termómetros
bimetálicos.
El
Bimetal
termostático
se
define
como
un
material compuesto que consta de tiras de dos ó más metales unidos entre sí.
Debido a los diferentes índices de expansión de sus componentes, Esta
composición tiende a cambiar de curvatura cuando se somete a una variación de
temperatura.
Los Termostatos Bimetálicos se destinan a utilizarse a temperaturas que
oscilan entre 1000º F hasta –300º F e incluso a niveles inferiores.
Termómetros de líquido en capilares de vidrio. Las tres formas de Termómetros
de líquido en capilares de vidrio son:
1. Los Totalmente hechos de vidrio (de cuello grabado o de escala cerrada).
2. De Tubo y Escala.
3. Industriales.
Estos termómetros no se utilizan en sistemas de control automático pero si
se utilizan profundamente como dispositivo de medición para el control manual y
en laboratorios de control.
Pirómetros. “Pirometría de Radiación”, es la determinación de la temperatura de
un objeto por medio de la cantidad y la naturaleza de la energía que irradia.
Estos dispositivos se clasifican en:
1. Pirómetros ópticos; basados en la brillantez de un objeto caliente.
2. Pirómetros de Radiación; miden el índice de emisión de energía por unidad
de área
26
La respuesta dinámica de la mayoría de sensores es usualmente mucho más
rápida que la dinámica del proceso mismo. Los sensores de temperatura son una
notable y a veces problemática excepción. La constante de tiempo de una
termocupla y un termómetro lleno pueden ser 30 segundos o más. Si el termómetro
está revestido con polímero u otro material, el tiempo de respuesta puede ser varios
minutos. Esto puede significar degradación en la operación de control.
2.5 MEDICIÓN DE OTRAS VARIABLES
En este punto vamos a mencionar brevemente las características asociadas a otros
dispositivos que comúnmente pueden encontrarse en mayor o menor medida en las
plantas industriales: peso, velocidad, conductividad y proximidad.
PESO
Las celdas de carga o sensores de peso son
aquellos dispositivos electrónicos desarrollados
con la finalidad es la de detectar los cambios
eléctricos provocados por una variante en la
intensidad de un peso aplicado sobre la báscula
o balanza, información que a su vez transmite
hacia un indicador de peso o controlador de
peso, la celda de carga o sensor de peso es un
componente esencial al igual que el indicador
de peso, para el funcionamiento de cualquier báscula o balanza electrónica.
Se trata de un elemento totalmente plano integrado dentro de una membrana de
circuito impreso flexible de escaso espesor. Esta forma plana permite colocar al
27
sensor con facilidad entre dos piezas de la mecánica de nuestro sistema y medir la
fuerza que se aplica sin perturbar la mecánica de las pruebas.
Los sensores utilizan una tecnología basada en la variación de la resistencia
eléctrica del área sensorial. La aplicación de una fuerza al área activa de detección
del sensor se traduce en cambio en la resistencia eléctrica del elemento sensor en
función inversamente proporcional a la fuerza aplicada.
VELOCIDAD
La detección de velocidad forma parte de un gran número de sistemas industriales,
en los que se requiere un control de la dinámica de los mismos. Los transductores
de velocidad suelen pertenecer a uno de los siguientes tipos:
a) Analógicos: Basados en generadores de CC o dinamos tacométricas
b) Digitales: Basados en la detección de frecuencia de un generador de pulsos
(encoder u otros)
La dinamo tacométrica es, en esencia, un generador de corriente continua con
excitación a base de imanes permanentes.
La robustez, la buena adaptación a sistemas de control digital y la buena relación
coste/precisión de este tipo de sensores hacen que actualmente sustituyan a los
generadores tacométricos en muchas aplicaciones.
Sensor De Velocidad Tomado De Betancourt, J. O. (2013). Interruptores Y Sensores
28
CONDUCTIVIDAD
Los sensores de conductividad no tienen piezas móviles. El funcionamiento de estos
sensores no se ve interrumpido ni siquiera en líquidos conductores semisólidos
como los del sector alimentario, ni en líquidos muy densos como las aguas
residuales. La opción para líquidos muy densos o semi- sólidos. Al no tener piezas
móviles, estos interruptores se pueden usar en muchos entornos en los que un
interruptor de boya se enganchará o no funcionará en absoluto. La unidad sólo
necesita una cantidad de corriente extremadamente pequeña para funcionar, como
con cualquier otro dispositivo, un sistema adecuadamente instalado y conectado a
tierra no supone ningún riesgo eléctrico.
PROXIMIDAD
En muchos procesos industriales se requiere detectar la presencia de algún objeto o
elemento mecánico con fines de control. La forma más simple es mediante el uso de
dispositivos mecánicos tales como interruptores de fin de carrera (limit switches).
Sin embargo, no siempre es posible emplear estos métodos que involucran tener
contacto con el elemento a detectar. En procesos que involucran por ejemplo el
sensar el paso de un producto a través de una faja transportadora es necesario en
la mayoría de los casos utilizar algún método sin contacto. Es así como aparecen
29
como solución los denominados sensores o detectores de proximidad sin contacto.
Entre estos tenemos los fotoeléctricos, los inductivos y los capacitivos.
Un sensor fotoeléctrico usa luz para detectar la
presencia o ausencia de un objeto. Existen varios tipos:
haz transmitido (thru-beam), retro-reflectivo (reflex) y
reflexivo difuso. El sensor de haz transmitido usa dos
dispositivos (un transmisor y un receptor) frente a frente.
La detección ocurre cuando un objeto bloquea o corta el
haz de luz entre ellos.
Los detectores de proximidad del tipo inductivo o capacitivo,
utilizan una característica eléctrica para detectar un objeto
cercano, generalmente a no más de una pulgada. Los inductivos
detectan
solamente
objetos
metálicos
mientras
que
los
capacitivos pueden sensar tanto metálicos como no metálicos.
Un detector de proximidad inductivo produce un campo de radio frecuencia
invisible y oscilante. Cuando un objeto metálico ingresa a este campo, afecta a éste.
Cada tipo y tamaño de sensor tiene un rango específico de sensado de modo tal
que la detección tenga mucha exactitud y repetibilidad. Con su habilidad para
detectar en un pequeño rango, estos sensores son muy útiles en aplicaciones de
medición precisa y de inspección.
Un detector capacitivo al igual que un
condensador eléctrico, consiste de dos
placas
separadas
denominado;
por
un
dieléctrico.
aislante
En
el
dispositivo, una de las placas es parte
del
interruptor,
el
aislante
es
el
encapsulado y el objeto a detectar, la
otra
placa.
Estos
sensores
tienen
típicamente un ajuste de sensibilidad y
pueden
detectar
cualquier
objeto
siempre que tengan una constante dieléctrica mayor que el aire. Los líquidos y
metales tienen una alta constante dieléctrica.
30
2.6 PROCEDIMIENTO PARA LA CALIBRACIÓN
Para calibrar un instrumento o patrón es necesario disponer de uno de mayor
precisión que proporcione el valor convencionalmente verdadero que es el que se
emplea para compararlo con la indicación del instrumento sometido a calibración.
Esto se realiza mediante una cadena ininterrumpida y documentada de
comparaciones hasta llegar al patrón, y que constituye lo que llamamos trazabilidad.
La trazabilidad puede estar dada por una curva o por un cuadro comparativo.
Una buena calibración debe buscar los siguientes objetivos:
● Mantener y verificar el buen funcionamiento de los equipos.
● Responder a los requisitos establecidos en las normas de calidad.
● Garantizar la fiabilidad y trazabilidad de las medidas
CALIBRACIÓN INTERNA
Teniendo en cuenta los requisitos exigibles como son:
● Relación con patrones oficiales.
● Operaciones de comparación con estos patrones.
● Operaciones de calibración.
● Condiciones ambientales de calibración (temperatura, humedad...).
CALIBRACIÓN EXTERNA
En caso que el equipo deba ser calibrado por un organismo externo, se exigirá el
correspondiente certificado, el cual deberá incluir como mínimo los datos reflejados
en el modelo de certificado. También suministrará una etiqueta similar a la indicada
en apartado anterior
31
2.6.1 CONSIDERACIONES PREVIAS PARA LA CALIBRACIÓN
Cuando el instrumento se calibra contra un
instrumento de referencia, su exactitud mostrará si
está fuera o dentro de los límites de exactitud, si el
instrumento está dentro del límite de medición, el
único curso de acción requerido es registrar los
resultados de calibración en la hoja de control del
instrumento y ponerlo en funcionamiento hasta el siguiente periodo de calibración.
● DOCUMENTACIÓN
DE
LOS
SISTEMAS
DE
MEDICIÓN
Y
SU
CALIBRACIÓN
Todos los sistemas de medición y calibración implementados deben estar
documentados, en el caso de pequeñas compañías toda información
relevante debe estar contenida dentro de un manual, mientras que para una
empresa grande es apropiado tener volúmenes separados cubriendo
procedimientos corporativos y por áreas.
● REGISTRO DE LOS INSTRUMENTOS
Se debe tener un registro separado para cada instrumento del sistema donde
se especifique como mínimo:
1. Su número de serie.
2. El nombre de la persona responsable para su calibración.
3. La frecuencia de calibración requerida.
4. La fecha de la última calibración.
5. Resultados de la calibración.
● RECOLECCIÓN DE DATOS
Cuando se procede a recolectar datos referentes a mediciones es necesario
registrar factores externos como humedad, temperatura, altura sobre el nivel
del mar, ruido externo, etc., debido a que en la medida de lo posible dichas
condiciones ambientales deben ser reproducidas en el laboratorio de
calibración para que dicho instrumento se comporte de manera similar a su
entorno de trabajo habitual y cotidiano.
32
2.6.2 ERROR
En un instrumento ideal (sin error), la relación entre los valores reales de la variable
comprendidos dentro del campo de medida y los valores de lectura del aparato es
lineal. se considera que un instrumento está bien calibrado cuando, en todos los
puntos de su campo de medida, la diferencia entre el valor real de la variable y el
valor indicado, o registrado o transmitido, están comprendidos entre los límites
determinados por la exactitud del instrumento.
Los tres tipos de errores que pueden hallarse en forma aislada o combinada en los
instrumentos son:
ERROR DE CERO
Todas las lecturas o señales de salida están desplazadas un mismo valor con
relación a la recta ideal, se observa que el desplazamiento puede ser positivo o
negativo. cambia el punto de partida o de base de la recta representa sin que varíe
la inclinación o la forma de la curva.
ERROR DE MULTIPLICACIÓN
Todas las lecturas o señales de salida aumentan o disminuyen progresivamente con
relación a la recta representa, sin que el punto de partida cambie. la desviación
puede ser positiva o negativa.
ERROR DE ANGULARIDAD
La curva coincide con los puntos 0% y 100% de la recta representa va, pero se
aparta de la misma en los restantes. en la gura 10.3c puede verse un error de este
tipo. el máximo de la desviación suele estar a la mitad de la escala.
Otros errores provienen de la lectura del instrumento por el observador
(instrumentos analógicos) y son:
● Error de paralaje que se produce cuando el observador efectúa la lectura de
modo que la línea de observación al índice no es perpendicular a la escala
del instrumento.
● Error de interpolación que se presenta cuando el índice no coincide
exactamente con la graduación de la escala y el observador redondea sus
lecturas por exceso o por defecto.
33
Evidentemente, estos errores de paralaje y de interpolación no existen en los
instrumentos de salida digital.
2.6.3 INCERTIDUMBRE
Incertidumbre (de la medición) es el parámetro asociado con el resultado de una
medición que caracteriza la dispersión de los valores, que en forma razonable se le
podría atribuir a una magnitud por medir.
Cuando se expresa el resultado de medición en una magnitud, es conveniente y a
veces obligatorio, dar alguna indicación cuantitativa de la calidad del resultado, de
tal forma que quienes utilicen este resultado puedan evaluar su idoneidad. sin esta
indicación, las mediciones no pueden compararse entre sí, ni con otros valores de
referencia dados en especificaciones o normas técnicas.
El método ideal para evaluar y expresar la incertidumbre de medida debe ser capaz
de proporcionar tal intervalo, en particular, aquel con la probabilidad o con el nivel de
confianza que corresponda, de forma acorde a las necesidades particulares de cada
caso.
34
2.7 CRITERIOS DE SELECCIÓN
Seleccionar un sensor puede ser muy sencillo y algunas veces difícil, pero siempre
el objetivo es hacerlo bien. Esto es porque los sensores, especialmente para uso
científico o para ingeniería, pueden significar la diferencia entre mediciones
repetibles o números disparados. El objetivo es medir con exactitud y con
incertidumbre aceptables.
Al elegir un sensor debemos de tomar en cuenta los siguientes criterios:
● Alcance de medición
● Exactitud del producto
● Condiciones bajo la cual la medición debe ser realizada.
● Ventajas y desventajas del sensor.
EXACTITUD
La exactitud de la medición debe ser tan alta como fuese posible. Se entiende por
exactitud que el valor verdadero de la
variable
se
pueda detectar
sin
errores sistemáticos positivos o negativos en la medición. Sobre varias mediciones
de la variable, el promedio de error entre el valor real y el valor detectado tenderá a
ser cero.
PRECISIÓN
La precisión de la medición debe ser tan alta como fuese posible. La precisión
significa que existe o no una pequeña variación aleatoria en la medición de la
variable. La dispersión en los valores de una serie de mediciones será mínima.
RANGO DE FUNCIONAMIENTO
El sensor debe tener un amplio rango de funcionamiento y debe ser exacto y preciso
en todo el rango.
35
VELOCIDAD DE RESPUESTA
El transductor debe ser capaz de responder a los cambios de la variable detectada
en un tiempo mínimo. Lo ideal sería una respuesta instantánea.
CALIBRACIÓN
El sensor debe ser fácil de calibrar. El tiempo y los procedimientos necesarios para
llevar a cabo el proceso de calibración deben ser mínimos.
Además, el sensor no debe necesitar una recalibración frecuente el término
desviación se aplica con frecuencia para indicar la pérdida gradual de exactitud del
sensor que se produce con el tiempo y el uso, lo cual hace necesaria su calibración.
FIABILIDAD
El
sensor debe tener una
alta fiabilidad. No
debe estar sujeto a fallos
frecuentes durante el funcionamiento.
36
2.8 ACONDICIONAMIENTO DE SEÑAL
Un acondicionador de señal es un dispositivo que convierte un tipo de señal
electrónica en otro tipo de señal. Su uso principal es convertir una señal, que puede
ser difícil de leer por la instrumentación convencional, en un formato más fácil de
leer.
Cuando se desea realizar una medida, es necesario un transductor que transforma
la medida física en una medida eléctrica. Esa medida eléctrica es necesaria
acondicionarla para que sea de magnitud tratable. En términos generales
acondicionar una señal significa realizar las siguientes etapas: convertir la señal;
modificar el nivel de la señal; linealizar la respuesta; y filtra la señal.
Para analizar el funcionamiento de estos sistemas, es necesario manejar con soltura
los conceptos que describen el funcionamiento de los circuitos de corriente continua
y el empleo de amplificadores para la aplicación final de la medida de tensiones
eléctricas.
La mayoría de las señales requieren de preparación antes de poder ser
digitalizadas. Por ejemplo, una señal de un termopar es muy pequeña y necesita ser
37
amplificada antes de pasar por el digitalizador. Otros sensores como RTD,
termistores, galgas extensiométricas y acelerómetros requieren de poder para
operar. Aún las señales de voltaje puro pueden requerir de tecnología para bloquear
señales grandes de modo común o picos. Todas estas tecnologías de preparación
son formas de acondicionamiento de señal. Puesto que existe un amplio rango de
tecnologías, el papel que desempeña y la necesidad de cada una de estas se puede
volver confuso. A continuación le proporcionamos una guía de los tipos de
acondicionamiento de señal más comunes, su funcionalidad y ejemplos de cuándo
usarlos.
AISLAMIENTO
Las señales de voltaje fuera del rango del digitalizador pueden dañar el sistema de
medición y ser peligrosas para el operador. Por esta razón, normalmente es preciso
tener el aislamiento y la atenuación para proteger al sistema y al usuario de voltajes
de alta tensión o picos. También se puede necesitar aislamiento si el sensor está en
un plano de tierra diferente al del sensor de medición (como un termopar montado
en una máquina).
CONVERSIÓN DE SEÑAL
La función principal de un acondicionador de señal consiste en recoger una señal y
transformarla en una señal eléctrica de nivel superior. La conversión de señal se
suele utilizar en aplicaciones industriales que emplean un amplio espectro de
sensores para efectuar mediciones. Debido a la variedad de sensores utilizados,
puede ser preciso convertir las señales generadas, para que puedan ser utilizadas
por los instrumentos conectados a los sensores. En principio, cualquier señal
procedente de un sensor puede convertirse en cualquier señal de proceso estándar.
38
AMPLIFICACIÓN
Cuando los niveles de voltaje que va a medir
son muy pequeños, la amplificación se usa
para
maximizar
la
efectividad
de
su
digitalizador. Al amplificar la señal de entrada,
la señal acondicionada usa más efectivamente
el rango del convertidor analógico-digital
(ADC) y mejora la precisión y resolución de la
medición. Algunos sensores que típicamente requieren de amplificación son los
termopares y galgas extensiométricas.
ATENUACIÓN
La atenuación es lo opuesto a la amplificación. Es
necesario cuando el voltaje que se va a digitalizar es
mayor al rango de entrada del digitalizador. Esta
forma de acondicionamiento de señal disminuye la
amplitud de la señal de entrada, para que la señal
acondicionada esté dentro del rango del ADC. La
atenuación es necesaria para medir voltajes altos.
39
MULTIPLEXOR O MULTIPLEXADO
Típicamente, el digitalizador es la parte más costosa del sistema de adquisición de
datos. Al multiplexar, usted puede rutear secuencialmente un cierto número de
señales a un solo digitalizador, logrando así un sistema de bajo costo y extendiendo
el número de conteo de señales de su sistema. El multiplexor es necesario para
cualquier aplicación de alto conteo de canales.
FILTRADO
Los filtros son necesarios para remover cualquier componente de frecuencia no
deseada en una señal, principalmente para prevenir aliasing y reducir la señal de
ruido. Algunas mediciones de termopares generalmente requieren de filtros pasa
bajos para remover el ruido de las líneas de poder. Las mediciones de vibración
normalmente requieren de filtros antialiasing para remover componentes de señales
más allá del rango de frecuencias del sistema de adquisición de datos.
EXCITACIÓN
Muchos sensores, como RTD, galgas y acelerómetros, requieren de alguna fuente
de
poder
para
hacer
la
medición.
La
excitación
es
la
tecnología de
40
acondicionamiento de señal requerida para proveer esa fuente. Esta excitación
puede ser voltaje o corriente dependiendo del tipo de sensor.
LINEALIZACIÓN
Algunos tipos de sensores producen señales de voltaje que no son lineales en
relación con la cantidad física que están midiendo. La linealización, el proceso de
interpretar la señal del sensor como una medición física, puede realizarse a través
de acondicionamiento de señal o software. Los termopares son un ejemplo típico de
un sensor que requiere linealización.
INTERFACES
Los convertidores de señal deben transmitir las señales de los sensores hasta el
control de la máquina, utilizando para ello interfaces y protocolos estándar. Las
interfaces pueden ser analógicas o digitales. Las interfaces analógicas típicas son
señales de tensión (+/-10 V) o corriente (+/-20 mA), que son fáciles de manipular
pero que tienen el inconveniente de que cada señal requiere un cableado
independiente. Las interfaces digitales modernas están diseñadas como interfaces
de bus basadas en Ethernet (Profinet, Ethernet, Ethernet/IP) y permiten conectar
varios componentes con un solo hilo. De este modo se simplifica el cableado y se
puede transmitir información adicional; por ejemplo, información de diagnóstico de
41
los componentes, que es muy importante para reducir los tiempos de parada y para
acelerar el mantenimiento.
COMPENSACIÓN DE JUNTA FRÍA
Otra
tecnología
requerida
para
mediciones de termopares es la
compensación de junta fría (CJC).
Siempre
que
termopar
a
adquisición
se
conecta
un
un
sistema
de
de
datos,
la
temperatura de la conexión debe
ser conocida para poder calcular la temperatura verdadera que el termopar está
midiendo. Un sensor CJC debe estar presente en el lugar de las conexiones.
MUESTREO SIMULTÁNEO
Cuando es crítico medir dos o más
señales
en
un
mismo
instante, el
muestreo simultáneo es indispensable.
El acondicionamiento de señal apropiado
al frente de su sistema es una opción de
bajo costo para realizar esta operación
sin tener que comprar un digitalizador para cada canal. Algunas de las aplicaciones
que podrían requerir de muestreo simultáneo incluyen las mediciones de vibración y
mediciones de diferencias de fase.
42
CONCLUSIÓN
Con esta información de sensores, transductores y transmisores para informar y
posiblemente absorber el concepto de "definición, características, tipo, aplicación",
sus reacciones y los diferentes tipos de comportamientos que utilizan, queda claro,
Para comprender con precisión las operaciones y aplicaciones en la vida diaria es
muy útil para diseñar sistemas de clasificación y varios tipos y características de
reconocimiento de patrones, de manera que puedan ser operados dentro de las
especificaciones y limitaciones del mecanismo. trabajando duro ahora. En la
actualidad, ya sea para protección, prevención, confort, seguridad, etc., los sensores
se han convertido en el equipo básico para la realización de instrumentos y
herramientas en las actividades humanas. O utilizado para fuentes económicas,
como ventas, negocios, etc.
Hoy en día, los sensores se han convertido en una parte indispensable de los
sistemas de automatización y control. Al registrar cantidades físicas o usarlas para
controlar procesos, se deben usar transductores. La razón es que hoy en día es
necesario registrar grandes cantidades.
Para los transmisores, hemos señalado brevemente que los transmisores de
temperatura y presión son probablemente los instrumentos más comunes. Sin
embargo, en nuestra gama de productos, también encontrará variables que le
permitirán observar otros parámetros de medición. El diseño de estos instrumentos
permite combinar varios parámetros de medición. Además, para facilitar la
integración, cuentan con interfaces estandarizadas. Estos instrumentos garantizan
una transmisión de datos muy rápida cuando se conectan a una red existente. La
batería garantiza que, incluso en el caso de un corte de energía, el valor medido no
se perderá y se podrá acceder a él.
43
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
❖ Academia
Edu.
Tomado
de
ACADEMIAEDU:
https://www.academia.edu/28852673/SENSORES_DE_TEMPERATURA_Ind
ustriales.
❖ Acedo Sanchez, José (2006). Instrumentación y control básico de procesos.
Ediciones Díaz de Santos, 24 páginas.
❖ Acedo Sanchez, José (2013). Instrumentación y control avanzado de
procesos. Ediciones Díaz de Santos, 626 páginas
❖ Creus Solé, Antonio (2005). Instrumentación Industrial. Editorial Marcombo,
7º Edición, 776 páginas.
❖ Eduardo, G. (s.f.). Introducción a la Instrumentación Virtual. Córdoba : UAEH.
❖ Enríquez, Gilberto (2000). EL ABC DE LA INSTRUMENTACIÓN EN
CONTROL
DE
EL
PROCESOS INDUSTRIALES. Editorial Limusa.
❖ García Gutierrez, Luis. (2014) Instrumentación básica de medida y control.
Editorial Aenor.
❖ García Gutierrez, Luis.
(1999) Válvulas de control. Edición Ilustrada,
Madrid. 303 páginas.
❖ Montalvo, A. (s.f.). SENSORES DE NIVEL. Tomado de SLIDESHARE:
http://es.slideshare.net/AlanMontalvo/sensores-de-nivel-11210794?qid=71213
371-7cd1-4bb6-9eaf- 97f947f69f0a&v=&b=&from_search=1
❖ https://www.badgermeter.com/es-es/blog-es-es/medidores-de-flujo-que-son-ycomo-funcionan/
❖ https://instrumentacionycontrol.net/medicion-de-otras-variables-importantes-p
roximidad-peso-y-desplazamiento/
❖ https://www.hbm.com/es/7339/que-es-un-acondicionador-de-senal-funciones/
❖ https://dewesoft.com/es/daq/que-es-acondicionamiento-de-seal
❖ http://www.profesormolina.com.ar/tecnologia/sens_transduct/que_es.htm
❖ http://www.directindustry.es/cat/medida-sensores-caudal-presion-temperatura
-nivel-AB.html
44
TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO
INSTITUTO TECNOLÓGICO DE OAXACA
MATERIA: INSTRUMENTACIÓN
TAREA 1:
MAPA MENTAL DE LA UNIDAD 2
TEMA DE LA UNIDAD 2:
SENSORES, TRANSDUCTORES Y TRANSMISORES
CATEDRÁTICO:
SAULO GOMEZ TOLEDO
ALUMNO:
MAURICIO ANTONIO LUIS SANTIAGO
SEXTO SEMESTRE
CARRERA: INGENIERÍA ELÉCTRICA
HORARIO: 10:00-11:00
GRUPO: 6EA
MARZO – JULIO 2021
27 DE ABRIL DE 2021
ÍNDICE
1. INTRODUCCIÓN
2. MAPA MENTAL
3. CONCLUSIÓN
4. REFERENCIA BIBLIOGRÁFICA
INTRODUCCIÓN
La medición es un subsistema importante o cualquier sistema básico, ya sea
mecánico o electrónico. El sistema de medición consta de sensores, actuadores,
transductores y componentes de procesamiento de señales. El uso de estos
componentes y equipos no se limita a los sistemas de medición.
Los sensores son dispositivos que nos permiten convertir parámetros físicos,
biológicos o químicos en señales eléctricas, como temperatura, presión, flujo o
vibración. El sensor también mide algunos parámetros físicos y devuelve datos
digitales que representan los parámetros.
Un transductor es un dispositivo que puede convertir o convertir un cierto tipo de
energía de entrada en energía diferente a la salida. Los transductores se utilizan
para obtener información de entornos físicos y químicos, y para obtener señales o
pulsos eléctricos, y viceversa. El transductor siempre consume algo de energía, por
lo que la señal bajo prueba se debilita.
El transmisor nos permite obtener siempre una señal de alta calidad. Lo logran
mediante el uso de protección de tipo de corriente para aislar las señales de campo
de modo que su sistema de control no se vea afectado por interferencias.
También se utilizan en sistemas que realizan tareas específicas para comunicarse
con el mundo real. La comunicación puede ser cualquier cosa, como leer el estado
de una señal de interruptor o activar una salida específica para encender un LED.
En este mapa mental, veremos algunas ideas principales sobre los sensores,
transmisión y transductores, cómo elegir, los requisitos, su clasificación y algunos
ejemplos tanto analógicos como digitales.
Vivimos en un mundo analógico lleno de medios digitales y objetos controlados
mecánicamente con señales eléctricas. Esto es gracias a dispositivos como sensores
y sensores, que pueden ayudarnos a transferir datos o información de un área a
otra.
SENSOR
TRANSMISOR
Pa ra el
TRNSDUCTOR
Para el
Para el
NIVEL DE LÍQUIDOS
PRESIÓN HIDROSTÁTICA
ELÉCTRICAS DEL LÍQUIDO
Que es la
Que es el
MEDICIÓN DE NIVEL Y
DENSIDAD
MEDICIÓN DE PRESIÓN
Ejemplos
La s
ca ra cterísticas
MEDICIÓN DE FLUJO
Ha y
Ha y
Ha y
Son
UNIDAD 2:
SENSORES,
TRANSDUCTORES Y
TRANSMISORES
ACONDICIONAMIENTO
DE SEÑAL
En el
Ha y
MEDICIÓN DE
TEMPERATURA
Ejemplos
Ejemplos
Ha y
Se toma en
cuenta
• EXACTITUD
• PRECISIÓN
• RANGO DE
FUNCIONAMIENTO
• VELOCIDAD DE
RESPUESTA
• CALIBRACIÓN
• FIABILIDAD
MEDICIÓN DE
OTRAS VARIABLES
Pa ra l a
En l os
CRITERIOS DE SELECCIÓN
PESO
CALIBRACIÓN
Sus
procedimientos
s on
INCERTIDUMBRE
Sus
procedimientos
s on
ERROR
VELOCIDAD
CONSIDERACIONES PREVIAS
Ejemplos
CONCLUSIÓN
Con este mapa mental para los sensores, transductores y transmisores para
informar y posiblemente absorber el concepto de "definición, características, tipo,
aplicación", sus reacciones y los diferentes tipos de comportamientos que utilizan,
queda claro. Para comprender con precisión las operaciones y aplicaciones en la
vida diaria es muy útil diseñar sistemas de clasificación y varios tipos y
características de reconocimiento de patrones, de manera que puedan ser operados
dentro de las especificaciones y limitaciones del mecanismo. trabajando duro ahora.
En la actualidad, ya sea para protección, prevención, confort, seguridad, etc., los
sensores se han convertido en el equipo básico para la realización de instrumentos y
herramientas en las actividades humanas. O utilizado para fuentes económicas,
como ventas, negocios, etc.
Hoy en día, al registrar cantidades físicas o usarlas para controlar procesos, se
deben usar transductores. La razón es que hoy en día es necesario registrar
grandes cantidades.
Para los transmisores, hemos señalado brevemente que los transmisores de
temperatura y presión son probablemente los instrumentos más comunes. Sin
embargo, en nuestra gama de productos, también encontrará variables que le
permitirán observar otros parámetros de medición. El diseño de estos instrumentos
permite combinar varios parámetros de medición. Además, para facilitar la
integración, cuentan con interfaces estandarizadas. Estos instrumentos garantizan
una transmisión de datos muy rápida cuando se conectan a una red existente..
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