MATERIAL DE APOYO

II CLASIFICACION, TIPOS Y CARACTERISTICAS DE INSTRUMENTOS DE MEDICION Y CONTROL

2.1 CLASIFICACION
Existen dos formas de clasificar los instrumentos las cuales son:
a.- De acuerdo a su función en el proceso.
b.- De acuerdo a la variable de proceso que miden.
Este modo de clasificarlos no es necesariamente el único, pero se considera bastante completo.
De acuerdo a su función estos serán:

* Instrumentos indicadores:

Son aquellos que como su nombre bien dice, indican directamente el valor de la variable de proceso. Ejemplos: manómetros, termómetros, etc.

* Instrumentos ciegos:

Son los que cumplen una función reguladora en el proceso, pero no muestran nada directamente. Ejemplos termostatos, presostatos, etc.

* Instrumentos registradores:

 En algunos casos podrá ser necesario un registro histórico de la variable que se estudia en un determinado proceso. En este caso, se usaran instrumentos de este tipo. .

* Elementos primarios:

Algunos elementos entran en contacto directo con el fluido o variable de proceso que se desea medir, con el fin de recibir algún efecto de este (absorben energía del proceso), y por este medio pueden evaluar la variable en cuestión. (Placa orificio)

* Transmisores:

Estos elementos reciben la variable de proceso a través del elemento primario, y la transmiten a algún lugar remoto. Estos transmiten las variables de proceso en forma de señales proporcionales a esas variables.

* Transductores:

 Son instrumentos fuera de línea (no en contacto con el proceso), que son capaces de realizar operaciones lógicas y/o matemáticas con señales de uno o más transmisores.

* Convertidores:

En ciertos casos, la señal de un transmisor para ser compatible con lo esperado por el receptor de esa señal, en ese caso se utilizara un elemento convertidor para lograr la ante mencionada compatibilidad de señal.

* Receptores:

Son los instrumentos que generalmente son instalados en el panel de control, como interface entre el proceso y el hombre. Estos reciben la señal de los transmisores o de un convertidor.

* Controladores:

Este es uno de los elementos más importante, ya que será el encargado de ejercer la función de comparar lo que está sucediendo en el proceso, con lo que realmente se desea que suceda en él, para posteriormente, en base a la diferencia, envié una señal al proceso que tienda a corregir las desviaciones.

* Elemento final de control:

Será este elemento quien reciba la señal del controlador y quien estando en contacto directo con el proceso en línea, ejerza un cambio en este, de tal

Forma que se cambien los parámetros hacia el valor deseado. Ejemplo: válvulas de control, compuertas, etc.

De acuerdo a la variable de proceso que miden:

Esta clasificación, como su nombre lo indica, se referirá a la variable de proceso que tratemos de medir. En la actualidad, se pueden medir, casi sin excepción, todas las variables de proceso existentes, sin embargo, algunas se medirán de forma directa y otras indirectamente.
2.1.1 NEUMATICOS
Los instrumentos de medición neumáticos pertenecen a la clasificación de instrumentos de medición de Acuerdo al principio de operación.
Estos tipos de instrumentos requieren de aire o un gas para su funcionamiento.
Algunos ejemplos de Instrumentos Neumáticos son:
- Los baumanometros:
El baumanómetro es un instrumento que permite medir la fuerza que ejerce la sangre sobre las paredes de las arterias, su uso es de gran importancia para el diagnóstico médico, ya que permite detectar alguna anomalía relacionada con la presión sanguínea y el corazón.
- Calibradores de llantas:
Este es usado para poder medir el nivel de inflado de las llantas.
2.1.2 ELECTRICOS
Las mediciones eléctricas se realizan con aparatos especialmente diseñados según la naturaleza de la corriente; es decir, si es alterna, continua o pulsante. Los instrumentos se clasifican por los parámetros de voltaje o tensión e intensidad.
De cualquier forma, la clasificación de los instrumentos de medición las detallaremos en el siguiente esquema:
De esta forma, podemos enunciar los instrumentos de medición como el Amperímetro o unidad de intensidad de corriente. El Voltímetro como la

Unidad de tensión, el Ohmímetro como la unidad de resistencia y los Multímetros como unidades de medición múltiples.
El Amperímetro: Es el instrumento que mide la intensidad de la Corriente Eléctrica. Su unidad de medida es el Amperio  y sus Submúltiplos, el miliamperio y el micro-amperio. Los usos dependen del tipo de corriente, ósea, que cuando midamos Corriente Continua, se usara el amperímetro de bobina móvil y cuando usemos Corriente Alterna, usaremos el electromagnético.
El Voltímetro: Es el instrumento que mide el valor de la tensión. Su unidad básica de medición es el Voltio (V) con sus múltiplos: el Mega voltio (MV) y el Kilovoltio (KV) y sub.-múltiplos como el mili voltio (mV) y el micro voltio. Existen Voltímetros que miden tensiones continuas llamados voltímetros de bobina móvil y de tensiones alternas, los electromagnéticos.
El Ohmímetro: Es un arreglo de los circuitos del Voltímetro y del Amperímetro, pero con una batería y una resistencia. Dicha resistencia es la que ajusta en cero el instrumento en la escala de los Ohmios cuando se cortocircuitan los terminales. En este caso, el voltímetro marca la caída de voltaje de la batería y si ajustamos la resistencia variable, obtendremos el cero en la escala.

2.1.3 HIDRAULICOS
Limnímetros de Punta y Gancho con Escala Vernier .
A menudo es necesario medir la posición de la superficie del agua en estado estable durante los estudios hidráulicos. Esto se realiza ajustando manualmente una pequeña punta o un pequeño gancho para que toque la superficie del agua, y leyendo el movimiento vertical en una escala o con un vernier (nonio).
Usos.
* Localización de la frontera aire-superficie del agua con alta resolución
* Medición de  cambios lentos del nivel de agua en canales de flujo y modelos hidráulicos

* Medición de la deformación mecánica
Manómetros de Agua
Una gama de manómetros de laboratorio de propósito general que utilizan el desplazamiento de un líquido para medir la presión diferencial.
* instrumentos de bajo precio, fáciles de usar
* utilizables para una amplia gama de presiones usando diferentes fluidos de manómetro
Tubos de Pitot
Entre los instrumentos de medición hidráulicos tenemos:
* Limnímetros de punta y gancho con escala vernier
* Limnímetros de punta y gancho electrónicos
* Manómetros de agua abierta
* Manómetros de agua presurizada
* Manómetros de mercurio
* Manómetros de queroseno
* Medidores electrónicos de presión
* Tubos de Pitot
* Medidor de turbulencia y velocidad
* Medidor de velocidad de hélice
* Sistemas de medición de ondas.

2.1.4 ELECTROMECANICOS
Los dispositivos electromecánicos son aquellos que combinan partes eléctricas y mecánicas para conformar su mecanismo. Ejemplos de estos dispositivos son los motores eléctricos y los dispositivos mecánicos movidos por estos, así como las ya obsoletas calculadoras mecánicas y máquinas de sumar; los relés; las válvulas a solenoide; y las diversas clases de interruptores y llaves de selección eléctricas.

Según la variable del proceso

2.3.2 MEDIDORES DE NIVEL

2.3.3 PRESION
En física y disciplinas afines la presión es una magnitud física que mide la fuerza por unidad de superficie, y sirve para caracterizar como se aplica una determinada fuerza resultante sobre una superficie.
En el Sistema Internacional de Unidades (SIU) la presión se mide en una unidad derivada que se denomina pascal (Pa) que es equivalente a una fuerza total de un newton actuando uniformemente en un metro cuadrado.

2.3.4 TEMPERATURA
La temperatura es una propiedad física que se refiere a las nociones comunes de frío o calor.

2.3.5 VELOCIDAD
La velocidad es la magnitud física que expresa la variación de posición de un objeto en función del tiempo, o la distancia recorrida por el objeto por unidad de tiempo. Se suele representar por la letra. La velocidad puede distinguirse según el lapso considerado, por lo cual se hace referencia a la velocidad instantánea, la velocidad media, etcétera. La unidad de velocidad, en el Sistema Internacional de Unidades, es el metro por segundo.

CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS Y DINÁMICAS DE UN INSTRUMENTO DE MEDICIÓN

Características estáticas

Exactitud y Precisión.

En primer lugar vamos a analizar la diferencia entre los términos precisión y exactitud. En general estas dos palabras son sinónimos, pero en el campo de las mediciones indican dos conceptos completamente diferentes. Se dice que

El valor de un parámetro es muy preciso cuando está muy bien definido. Por otra parte, se dice que dicho valor es muy exacto cuando se aproxima mucho al verdadero valor.

 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. Por ejemplo, si tenemos el siguiente amperímetro, en el que cada división de 1 mA tiene 10 subdivisiones:

Si estamos midiendo una corriente de 1 mA y en un momento dado dicha corriente aumenta 0.1 mA, la aguja debe deflectar una subdivisión. Por otra parte, si la corriente que estamos midiendo es de 3 mA y también sufre un incremento de 0.1mA, la aguja debe deflectar igualmente una subdivisión.

Sensibilidad 

 La sensibilidad de un instrumento es la relación entre la respuesta de instrumento  (N° de divisiones recorridas) y la magnitud de la cantidad que estamos midiendo.

 Resolución

Esta característica está relacionada con la precisión. La resolución de un instrumento es el menor incremento de la variable bajo medición que puede ser detectado con certidumbre por dicho instrumento.

Gama 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

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. Para instrumentos con aguja indicadora, el tiempo de respuesta es aquél que tarda la aguja en estabilizarse aparentemente, lo cual ocurre cuando ha llegado a un porcentaje determinado (por ejemplo 1%) de su 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.

Sobre alcance.

En los instrumentos con aguja indicadora, la deflexión se produce debido a que se aplica una fuerza a la parte móvil. Dicha parte móvil tiene una masa, por lo que al aplicar la fuerza se origina un momento que puede llevar a la aguja más allá del valor correspondiente al de equilibrio. La diferencia entre el valor máximo y el valor final se denomina Sobrealcance. Los dos tipos de respuesta que vimos anteriormente se diferencian porque en el segundo hay Sobrealcance mientras que en el primero no. Un Sobrealcance elevado es indeseable, pero un valor pequeño del mismo contribuye a disminuir el tiempo requerido para que la aguja alcance el estado estable.

Partes de un instrumento de control       

PROCESO            SENSOR        TRANSDUCTOR      ACONDICIONADOR DE SEÑAL      INDICADOR O

                                                                                                                                                 REGISTRADOR

Sensor

Un sensor es un dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o químicas, llamadas variables de instrumentación. Las variables de instrumentación pueden ser por ejemplo: temperatura, intensidad lumínica, distancia, aceleración, inclinación, desplazamiento, presión, fuerza, torsión, humedad, movimiento, pH, etc. Una magnitud eléctrica puede ser una resistencia  eléctrica (como en una RTD), una capacidad eléctrica (como en un sensor de humedad), una Tensión eléctrica (como en un termopar), una corriente eléctrica (como en un fototransistor), etc.

Un sensor se diferencia de un transductor en que el sensor está siempre en contacto con la variable de instrumentación con lo que puede decirse también que es un dispositivo que aprovecha una de sus propiedades con el fin de adaptar la señal que mide para que la pueda interpretar otro dispositivo. Como por ejemplo el termómetro de mercurio que aprovecha la propiedad que posee el mercurio de dilatarse o contraerse por la acción de la temperatura. Un sensor también puede decirse que es un dispositivo que convierte una forma de energía en otra.

Transductor

Un transductor es un dispositivo capaz de transformar o convertir un determinado tipo de energía de entrada, en otra diferente a la salida.

El nombre del transductor ya nos indica cual es la transformación que realiza (por ejemplo electromecánica, transforma una señal eléctrica en mecánica o viceversa). Es un dispositivo usado principalmente en la industria, en la medicina interna, en la agricultura, en robótica, en aeronáutica, etc. para obtener la información de entornos físicos y químicos y conseguir (a partir de esta información) señales o impulsos eléctricos o viceversa. Los transductores

Siempre consumen cierta cantidad de energía por lo que la señal medida resulta atenuada.

Acondicionador de señal

Difícilmente un diseñador conecta un transductor directamente y la parte de procesamiento o de despliegue de un sistema, ya que la señal que nos envía nuestro transductor por lo general es muy débil o contiene ruido y componentes que no deseamos, por eso realizamos etapas de acondicionamiento de señales

Indicador o registrador

Los instrumentos indicadores señalan con un índice en una escala graduada el valor de la variable, o bien si es digital muestra la variable en forma numérica con dígitos. Los registradores, tal como su nombre lo indica, registran con trazo continuo o a puntos la evolución en el tiempo de la variable.