429800220-conceptos-basicos-de-la-medicion-y-de-los-sistemas-de-instrumentacion

INSTITUTO TECNOLÓGICO SUPERIOR DE SAN MARTÍN
TEXMELUCAN
CARRERA: INGENIERÍA EN ELECTROMECÁNICA
MATERIA: MEDICIÓN E INSTRUMENTACIÓN VIRTUAL
TEMA 1
Investigación - Conceptos Básicos de Medición e Instrumentación
7° SEMESTRE GRUPO “B”
NOMBRE DEL ALUMNO: ALDAIR ESPINOZA SANCHEZ
M.I.E. Luis Cortez Calderón
Índice
Introducción ........................................................................................................................................ 3
Desarrollo ............................................................................................................................................ 4
Medición ............................................................................................................................................. 4
Sistema General de Medición ............................................................................................................. 4
Instrumentos de medición: ................................................................................................................. 6
Características Estáticas y Dinámicas de los Instrumentos ................................................................. 7
Medición de variables ......................................................................................................................... 8
Normas de los Instrumentos ............................................................................................................... 9
Norma de medición y calibración ..................................................................................................... 10
Simbología Eléctricos y Electrónicos ................................................................................................. 11
Neumática ......................................................................................................................................... 20
Simbología para instrumentación industrial(ISA) ............................................................................. 25
Conclusión ......................................................................................................................................... 26
Biografías ........................................................................................................................................... 27
Introducción
El concepto de instrumentación virtual nace a partir del uso de la computadora
personal, como forma de reemplazar equipos físicos por software, permite a los
usuarios interactuar con la computadora como si estuviesen utilizando un
instrumento real. El usuario manipula un instrumento que no es real, se ejecuta en
una computadora, tiene sus características definidas por software pero realiza las
mismas funciones que un equipo real,
La idea es sustituir y ampliar elementos "hardware" por otros "software", para ello
se emplea un procesador que ejecute un programa específico, este programa se
comunica con los dispositivos para configurarlos y leer sus medidas. En muchas
ocasiones el usuario final del sistema de instrumentación sólo ve la representación
gráfica de los indicadores y botones de control virtuales en la pantalla del ordenador.
El concepto de instrumentación virtual implica adquisición de señales, el
procesamiento, análisis, almacenamiento, distribución y despliegue de los datos e
información relacionados con la medición de una o varias señales, interfaz hombre-
máquina, visualización, monitoreo y supervisión remota del proceso, la
comunicación con otros equipos, etc.
Un sistema de instrumentación virtual esta enfocado a los instrumentos encargados
de medir señales, registrar datos y decidir las acciones de control, evidentemente,
se requiere de una etapa de actuación, que conforma la interfaz entre la
computadora y el sistema a controlar, por tanto esta etapa implicará drivers de
potencia o transductores de señal especiales. Además, existen otras etapas
auxiliares que no intervienen en el proceso de medida, como es el caso del
subsistema de alimentación.
Desarrollo
Medición
Conjunto de elementos que forman un instrumento, capaz de convertir una variable
física en una señal. La medición es un proceso básico de la ciencia que consiste en
comparar un patrón seleccionado con el objeto o fenómeno cuya magnitud física se
desea medir para ver cuántas veces el patrón está contenido en esa magnitud.
Sistema General de Medición
Magnitud
Longitud
Unidad
Metro
Símbolo
m
Definición
Es la longitud de la trayectoria recorrida
por la luz en el vacío durante un intervalo
de tiempo de 1/299 792 458 de segundo
[17a. CGPM (1983) Resolución 1]
Masa
Kilogramo
kg
Tiempo
Segundo
s
Corriente
eléctrica
Ampere
A
Temperatura
termodinámi
ca
Kelvin
K
Es la masa igual a la del prototipo
internacional del kilogramo [1a. y 3a.
CGPM (1889 y 1901)]
Es la duración de 9 192 631 770
períodos de la radiación correspondiente
a la transición entre los dos niveles
hiperfinos del estado fundamental del
átomo de cesio 133 [13a. CGPM (1967),
Resolución 1]
Es la intensidad de una corriente
constante que mantenida en dos
conductores paralelos rectilíneos de
longitud infinita, cuya área de sección
circular es despreciable, colocados a un
metro de distancia entre sí, en el vacío,
producirá entre estos conductores una
fuerza igual a 2x10-7 newton por metro de
longitud [9a. CGPM, (1948), Resolución
2]
Es la fracción 1/273,16 de la temperatura
termodinámica del punto triple del agua
[13a. CGPM (1967) Resolución 4]
La mayor parte de los sistemas de medición pueden dividirse en tres partes:
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Una etapa de detector-transductor, que detecta la variable física y realiza una
transformación mecánica o eléctrica para convertir la señal en una forma más
práctica. En sentido general, un transductor es un dispositivo que transforma
un efecto físico en otro. Sin embargo, en la mayor parte de los casos la
variable física se transforma en una señal eléctrica, debido a que esta es la
forma o señal que se mide con más facilidad.
Una etapa intermedia, que modifica la señal directa por amplificación, filtrado
u otro medio, de modo que esté disponible una salida deseable.
Una etapa de terminación que indica, registra o controla la variable que se
mide.
Instrumentos de medición:
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Pie de rey o calibrador vernier universal: sirve para medir con precisión
elementos pequeños (clavos, orificios, pequeños objetos, etc.). La
precisión de esta herramienta de trabajo llega a la décima de milímetro e
incluso puede llegar a apreciar centésimas de dos en dos (cuando el
nonio está dividido en cincuenta partes iguales).
Pie de rey de Tornero: es muy semejante al que se ha descrito
anteriormente, pero tiene unas uñas adaptadas a las medidas de piezas
en un torno. Este tipo de calibre no dispone de piernas interiores ya que
con las exteriores se pueden hacer medidas internas, pero se tendrá que
tener en cuenta que el valor del diámetro interno se tendrá que
incrementar en 10 mm debido a la anchura de las patas del instrumento
(5 mm cada una).
Calibre de profundidad: es un instrumento de medición semejante a los
anteriores, pero tiene unos puntos de apoyo que permiten la medida de
profundidades, entrecortes y agujeros. Tienen longitudes de bases
diferentes y, además, son intercambiables.
Banco de coordenada horizontal: es un equipo de medición para la
calibración de los instrumentos de medición. Está provisto de una regla
de gran precisión que permite comprobar los errores del utillaje de medida
y de control, tales como pies de rey, micrómetros, comparadores, anillos
lisos y de rosca, tapones, etc.
Micrómetro, perno micrométrico o Palmer: es un instrumento que sirve
para medir con alta precisión (del orden de una micra, equivalente a 10−6
metros) las dimensiones de un objeto. Para ello, cuenta con dos puntas
que se aproximan entre elles mediante un clavo de rosca fina, el cual tiene
grabado una escala en su contorno. La escala puede incluir un nonio.
Frecuentemente, el micrómetro también incluye una manera de limitar la
torsión máxima del clavo, dado que la rosca muy fina hace que resulte
difícil notar fuerzas que sean capaces de causar el deterioro de la
precisión del instrumento.
Reloj comparador: es un instrumento que permite realizar
comparaciones de medida entre dos objetos. También tiene aplicaciones
de alineación de objetos en maquinarias. Necesita un soporte con pie
magnético.
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Visualizadores con entrada Digimatic: es un instrumento que tiene la
capacidad de mostrar digitalmente la medida de un instrumento
analógico.
Verificador de interiores: instrumento que sirve para tomar medidas de
agujeros y compararlas de una pieza a otra. Tiene un reloj comparador
para mayor precisión y piezas intercambiables.
Características Estáticas y Dinámicas de los Instrumentos
Características estáticas
Son aquellas que no varían al realizar mediciones con el instrumento de medición.
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Exactitud
Precisión
Linealidad
Sensibilidad
Resolución
Gamma y escala
Exactitud: Aproximación con la cual la lectura de un instrumento se acerca al valor
real de la variable medida.
Precisión: Medida de la reproducibilidad de las mediciones: i.e. dado el valor fijo de
la variable, la precisión es una medida del grado con el cual las mediciones
sucesivas difieren una de otra.
Linealidad: Por lo general los instrumentos se diseñan de forma que tengan una
respuesta lo más lineal posible, es decir, que para un determinado incremento del
parámetro que estamos midiendo, el desplazamiento correspondiente del indicador
sea siempre el mismo, independientemente de la posición de éste.
Sensibilidad: Relación de la señal de salida o respuesta del instrumento respecto
al cambio de la entrada o variable medida.
Resolución: Cambio más pequeño en el valor medido al cual responde el
instrumento.
Gamma y escala: La gama de un instrumento se define como la diferencia entre la
indicación mayor y la menor que puede ofrecer el instrumento. La gama puede estar
dividida en varias escalas o constar de una sola.
Características dinámicas
Son aquellas que varían al realizar mediciones con el instrumento de medición.
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Error dinámico
Tiempo de respuesta
Tiempo nulo
Sobrealcance
Error dinámico: El error dinámico de un instrumento se define como la diferencia
entre la cantidad indicada en un instante de tiempo dado y el verdadero valor del
parámetro que se está midiendo.
Tiempo de respuesta: Es el tiempo transcurrido entre la aplicación de una función
escalón y el instante en que el instrumento indica un cierto porcentaje (90%, 95% o
99%) del valor final.
Tiempo nulo: Es el tiempo transcurrido desde que se produce el cambio brusco a
la entrada del instrumento hasta que él alcanza el 5% del valor final.
Sobrealcance: Se presenta cuando la magnitud medida rebasa la magnitud real en
función del tiempo. La diferencia entre el valor máximo y el valor final se denomina
sobrealcance.
Medición de variables
La definición de las variables va a permitir conceptualizarla, establecer su
naturaleza, niveles, escalas, alcances y su relación con la validez y la confiabilidad.
Medición es la clasificación de casos o situaciones y sus propiedades, de acuerdo
a ciertas reglas lógicas. Asignación de números a las observaciones, de modo que
los números sean susceptibles de análisis por medio de manipulaciones y
operaciones de acuerdo a ciertas reglas.
En resumen, se refiere a la cualificación o cuantificación de una variable en estudio;
Las variables se clasifican según la capacidad o nivel en que permiten medir los
objetivos.
La característica más básica y común de una variable es la de diferenciar la
presencia y ausencia de la propiedad que ella enuncia.
Variables cualitativas:
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•
Se refieren a propiedades de los sujetos, no puede ser medida en
términos de cantidad.
Solo se determina la presencia o no de ella.
Variables cuantitativas:
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Pueden ser medidas en términos numéricos.
V. Cuantitativas Continuas y discretas. Las primeras pueden adoptar posiciones
intermedias entre dos números.
Escala Nominal: Clasificar los objetos según las categorías de una variable.
Mediante el conteo, permite aplicar técnicas estadísticas como distribución de
frecuencia y el modo.
Para ello debemos codificar: Ej: Estado marital: 1= Soltero, 2= Casado, 3= Viudo,
4= Unión libre.
El Nº no representa jerarquización.
Objetivo: comparar descriptivamente por medio de la categorización o identificación
de variables cualitativas.
Escala Ordinal: Utiliza la escala para clasificar los objetos en forma jerárquica,
según el grado.
•
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•
No proporciona información sobre la magnitud de las diferencias
entre los casos.
Ej: Excelente, bueno, malo.
Técnica estadística utilizada es la de tendencia central, mediana,
puesto que no la afectan los valores extremos.
Escala de Intervalo: Poseen características de las escalas nominales y de las
ordinales.
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Ordena por rangos
En una escala intervalar se miden variables cualitativas.
La distancia entre dos puntos es igual.
El punto cero puede ser arbitrario.
Ej: Inteligencia, rendimiento académico, temperatura.
La temperatura: 20 grados es 10 grados superior a 10 grados pero no es el doble.
Normas de los Instrumentos
Listado de instrumentos de medición que cuentan con aprobación de modelo o
prototipo en sus respectas normas.
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NOM-005-SCFI_2005, Instrumentos de Medición - Sistema para medición y
despacho de gasolina y otros combustibles líquidos - Especificaciones,
métodos de prueba y verificación.
NOM-007-SCFI-2003, Instrumentos de Medición - Taxímetros.
NOM-009-SCFI-1993, Instrumentos de medición-Esfigmomanómetros de
columna de mercurio y de elemento sensor elástico para medir la presión
sanguínea del cuerpo humano.
NOM-010-SCFI-1994, Instrumentos de medición-Instrumentos para pesar de
funcionamiento no automático-Requisitos técnicos y metrológicos (esta
Norma cancela la NOM-010-SCFI-1993).
NOM-011-SCFI-2004, Instrumentos de Medición - Termómetros de líquido
en vidrio para uso general - Especificaciones y métodos de prueba.
NOM-012-SCFI-1994, Medición de flujo de agua en conductos cerrados de
sistemas hidráulicos-Medidores para agua potable fría-Especificaciones.
NOM-014-SCFI-1997, Medidores de desplazamiento positivo tipo diafragma
para gas natural o L.P. Con capacidad máxima de 16 m3/h con caída de
presión máxima de 200 Pa (20,40 mm de columna de agua).
NOM-042-SCFI-1997, Instrumentos de medición-Medidas volumétricas
metálicas con cuello graduado para líquidos con capacidades de 5 L, 10 L y
20 LL.
NOM-044-SCFI-2003, Instrumentos de Medición - Whatthorímetros
electromecánicos - Definiciones, características y métodos de prueba.
NOM-045-SCFI-2000, Instrumentos de medición-Manómetros para
extintores.
NOM-046-SCFI-1999, Instrumentos de medición-Cintas métricas de acero y
flexómetros.
NOM-048-SCFI-1997, Instrumentos de Medición - Relojes registradores de
tiempo - Alimentados con diferentes fuentes de energía.
Norma de medición y calibración
El término ISO 9000 se utiliza normalmente para referirse a un conjunto completo
de cinco documentos numerados desde ISO 9000 hasta ISO 9004, UNE–EN–ISO
9000 (1994), y que de forma colectiva exponen procedimientos diseñados para
conseguir el aseguramiento de la calidad. Estas normas imponen a los proveedores
de bienes y servicios el requisito de establecer y mantener un sistema económico,
eficiente y demostrable que asegure que su producto o servicio es conforme a los
requisitos especificados para el mismo.
El primer documento, ISO 9000, no es realmente una norma en sí misma, sino que
más bien consiste en una serie de directrices para la selección y uso de los
documentos ISO 9001, ISO 9002 e ISO 9003. Estos tres documentos son las
normas de aseguramiento de la calidad más aplicados actualmente. El conjunto se
completa con el documento ISO 9004, que, de nuevo, no se trata de una norma en
sí misma, sino un documento que proporciona directrices para el desarrollo e
implantación de sistemas de calidad.
Las normas de calidad de ISO han sido adoptadas por la mayoría de países de
todo el mundo, pero generalmente se publican en cada país con denominaciones y
códigos ligeramente distintos. Por ejemplo, en España son publicadas por AENOR
bajo la denominación de UNE-EN-ISO 9000.
“Es importante resaltar que el conjunto de normas de calidad ISO 9000 define
qué elementos debe contener un sistema de la calidad, pero no prescribe
cómo se deben implantar estos elementos en ninguna situación particular o
caso concreto. Esto es necesariamente así debido a que cada situación y cada
aplicación es diferente.”
Existe un documento complementario, véase UNE–EN 30012–1 (1994), codificado
como ISO 10012-1 que define con más detalle los procedimientos necesarios para
seleccionar, utilizar, calibrar, controlar y mantener equipos de medida, tal como
marca ISO 9001- 9003.
Simbología Eléctricos y Electrónicos
Símbolo
Familia
Símbolo
Familia
Accionadores,
actuadores
Mandos eléctricos
Conmutación de potencia
Acoplamientos
Controles mecánicos
Convertidores de potencia
Adaptabilidad
Variabilidad
Corrientes eléctricas
Antenas
Estaciones de radio
Cristales piezoeléctricos
Resonadores
Aparatos telefónicos
Dependencia operativa
Arrancadores de
motores
Diodos
Atenuadores
eléctricos
Efectos o dependencias
Radiación
Audio y vídeo
Electrodomésticos
Domiciliarios
Cajas y registros
eléctricos
Canalizaciones
Electrónica digital
Circuitos, bloques
Etapas eléctrónicas
Estaciones de generación de energía eléctrica
Condensadores
Capacitores
Filtros eléctricos
Conectores, clavijas
tomas y enchufes
Fuentes térmicas
Conexión devanados
Símbolo
Familia
Fuerzas, movimientos y flujos
Símbolo
Familia
Funciones de botones,
pulsadores...
Relés
Mandos electromagnéticos
Fusibles
Protectores eléctricos
Resistores
Resistencias eléctricas
Generadores
eléctricos
Sensores, contactos por efectos o dependencias
Iluminación
Sístemas de alarmas
Inductancias
Bobinas eléctricas
Telegrafía - Código Morse
Instrumentación
eléctrica
Contadores y
registradores
Tipos de materiales
Interruptores
conmutadores y
pulsadores
Tiristores, triacs y diacs
Interruptores y afines
Representación
unifilar
Transformadores eléctricos
Líneas de transmisión
y redes de
distribución eléctrica
Transistores
Líneas, conductores y
cables
Transistores
MOSFET e IGFET
Motores eléctricos
Válvulas electrónicas Termoiónicas
Núcleos férricos
Otros símbolos eléctricos y electrónicos
Ondas, pulsos e
impulsos
Símbolos eléctricos y electrónicos básicos
Hidráulica
Neumática
Detectores neumáticos
Detector réflex
Amplificador de señal de baja presión
Componentes para vacío
Generador de vacío
Simbología para instrumentación industrial(ISA)
Ventosa
Conclusión
Es necesario ´poder entender cada uno de las mediciones e instrumentaciones para
poder llevar a cabo un trabajo adecuado ya que se ha convertido en un factor muy
esencial dentro de la vida cotidiana desde lo más básico hasta lo más complejo,
siendo necesario el uso de instrumentos que precisamente permiten dicho trabajo,
ya tiene muchos años que con trullen herramientas o instrumentos de medición, y
es importante entender esto.
Biografías
RICHARD S FIGLIOLA Y DONALD E BEASLEY, Mediciones Mecánicas, teoría y diseño, MÉXICO
ED. ALFA OMEGA, 2003
https://www.jint.usach.cl/sites/jint/files/conceptos_basicos_sobreinstrumentacion_para_medicio
n_y_control_de_p_0.pdf
http://www.academicos.ccadet.unam.mx/jorge.marquez/cursos/Instrumentacion/CaracteristicasE
staticas.pdf
http://www.serviciohidraulico.com.mx/simbologia-hidraulica.html
https://renatosarce.files.wordpress.com/2011/11/apendices.pdf