CONCEPTOS BÁSICOS
CUANTIFICACIÓN
Dividir la señal continua en
un número finito de valores. Es evidente que se comete un error, pues el valor cuantificado
no se corresponderá exactamente con uno de los códigos disponibles.
CODIFICACIÓN
Asignar un código (binario)
a cada estado cuantificado.
En el ejemplo, se ha
cuantificado la señal en 8 estados que han sido codificados en binario natural
RESOLUCIÓN
En conversores A/D e
instrumentos digitales suele especificarse en bits o en dígitos sin especificar
el rango de medida. Por ejemplo, se habla de resoluciones de 12 bits, 6 ½ dígitos,
etc.
En el ejemplo anterior la
resolución es de 3 bits.
DIFERENCIA
ENTRE RESOLUCIÓN, PRECISIÓN Y REPETIBILIDAD
ERRORES
SENSOR:
La palabra se usa por extensión toda una serie de aparatos y
dispositivos.
Sin embargo entrando más en detalle se puede decir que el sensor
en sí es el elemento primario de medición.
Para el caso de una medición de caudal por ejemplo lo puede ser
una placa orificio, venturi, tobera, turbina, etc.
Como se ve, el elemento primario o Sensor toma una cierta magnitud
que saca del proceso y en consecuencia de ella nos da otra magnitud física que
podremos aprovechar para obtener la información que queremos que en definitiva
es la medición.
TRANSMISOR:
Se
conoce como transmisor en el campo de la instrumentación y control al conjunto
acondicionador de señal, en casos integrado al sensor y en otros como un
dispositivo independiente conectado al sensor mediante conductores eléctricos,
caños 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.
Tengamos en cuenta que el acondicionamiento linealiza, compensa
las derivas por temperatura tanto de sensibilidad como de cero etc.
RANGO:
Es el conjunto de valores comprendidos entre los limites (
Superior e Inferior) que es capaz de medir el instrumento al que nos referimos,
dentro de los límites de exactitud que se indican para el mismo. Se indica por
los valores Superior e Inferior, antes mencionados.
RESOLUCIÓN:
Es el menor cambio en la variable del proceso capaz de producir
una salida perceptible en el instrumento. Se expresa en general como un
porcentaje del Límite Superior de medición del instrumento (valor a fondo de
escala del mismo).
ERROR:
Se lo define como la diferencia entre el valor medido y el valor
verdadero.
El error tiene en general variadas causas.
Las que se pueden de alguna manera prever, calcular, eliminar
mediante calibraciones y compensaciones, se denominan determinísticos o
Sistemáticos.
Los que no se
puede prever, pues dependen de causas desconocidas, o estocásticas se denominan
aleatorios.
EXACTITUD:
Capacidad de un instrumento de dar valores de error pequeños.
Si un instrumento está calibrado correctamente los errores
aleatorios inevitables harán que los resultados de la medición tengan una
cierta dispersión, si el promedio de las mediciones coincide con el valor
verdadero el instrumento es exacto.
La estadística (media en este caso) nos podrá acercar al valor
verdadero.
La exactitud se puede especificar en porcentaje del valor medido o
bien en porcentaje del valor a fondo de escala del instrumento.
En el caso de los instrumentos destinados a procesos industriales
en general esa exactitud especificada corresponde a todo el rango de medición
del mismo.
PRECISIÓN:
Cuanto mayor es la precisión menor es la dispersión de los valores
de la medición alrededor del valor medido.
Podría suceder que ese valor no fuese exacto pero la dispersión
ser chica, en ese caso el instrumento es preciso pero no exacto.
La precisión está asociada a estadísticas como la varianza y el
desvío standard.
En
la técnica se suele exigir que los valores de variables importantes para la
calidad del producto se mantengan dentro de un campo dado por tres desvíos estándar
en más o en menos del valor especificado, y estos desvíos deben ser pequeños para
tener buena precisión.
HISTÉRESIS:
El amortiguamiento mas el rozamientos hace que haya un consumo de
energía en la carga y descarga de los instrumentos.
Es debido a eso que la curva de calibración ascendente no coincida
con la descendente y eso es llamado Histéresis
Baja Histéresis es la capacidad de un instrumento de repetir la
salida cuando se llega a la medición en ocasiones consecutivas bajo las mismas
condiciones generales pero una vez con la medición de la variable en un sentido
(por ejemplo creciente) y en la siguiente con la variable en sentido contrario
(por ejemplo decreciente).
Como otros
parámetros de especificación de los instrumentos se acostumbra a especificar la
histéresis como un valor porcentual de la medición o bien del fondo de escala
del instrumento.
CALIBRACIÓN:
Una calibración del instrumento es un conjunto de valores de la
relación entre la variable de entrada (del proceso) y la variable de salida
(medición) ,donde se mantienen las restantes condiciones constantes.
Como vemos habrá infinitas calibraciones si variamos las
condiciones en las que se levanta la curva de calibración.
Se trata de alguna forma de obtener expresiones que relacionen las
variables externas que influyen en la obtención de la medición a fin de
corregir la calibración en condiciones standard.
Un ejemplo típico es la temperatura como variable que hace derivar
las mediciones de otros parámetros en control de procesos.
Con
el avance de la era digital, se pueden almacenar varias calibraciones y dar la
medición a través de rutinas de interpolación entre las mismas.
SENSIBILIDAD:
Es la variación en la salida del instrumento por unidad de
variación de la variable del proceso (entrada), en definitiva se puede decir
que es la ganancia del instrumento.
El ideal es que la misma se mantenga
constante. En general los elementos primarios presentan derivas de la
sensibilidad con otras variables, fundamentalmente la temperatura, por lo que
el acondicionamiento de señal que realiza el instrumento se debe encargar de
compensar esas derivas. En muchos instrumentos industriales se mide también a
la temperatura para realizar esta compensación.
Como venimos mencionando la temperatura en general produce una
deriva o variación de la sensibilidad del elemento primario. En gran medida
esta deriva es compensada por el sistema electrónico de acondicionamiento de
señales del instrumento.
Los distintos
primarios tienen una salida variable según la temperatura. En general esta
característica se especifica mediante los denominados coeficientes de
temperatura. Cuando se profundiza estos coeficientes, en lugar de ser
constantes, pueden ser polinomios función de la temperatura de diversos grados.
ERROR DE CERO:
Aun cuando el valor de la variable del proceso esté en el mínimo
del rango, donde la salida del instrumento debe ser el valor asociado al cero
del rango ( en corriente por ejemplo 4mA), el instrumento marca a su salida un
valor distinto de cero.
Ese valor es el error de cero. En general
existen en los instrumentos sistemas para anular, o compensar el error de cero,
estos sistemas pueden ser ajustes mediante movimientos en el instrumento o bien
por software.
LINEALIDAD:
En control clásico la linealidad se toma como un requisito puesto
que toda la teoría se basa en ese tipo de dinámica de sistemas (ecuaciones
diferenciales lineales).
Si bien esto ha sido superado la falta de la linealidad siempre
representa complicaciones por lo que: la linealidad de los instrumentos de
medición y control siempre es una característica buscada.
Si el proceso es lento respecto de la dinámica del instrumento se
puede pensar que el mismo se establece en el valor de la medición a una
velocidad mucho mayor que los cambios que puede efectuar la variable medida.
En estas condiciones se puede considerar que el instrumento tiene
una alinealidad estática es decir no tengo en cuenta su dinámica.
Así puedo tener una curva de calibración levantada en condiciones
estáticas y usarla para compensar las alinealidades del instrumento.
En la práctica las compensaciones del sistema
de acondicionamiento de señales llega a eliminar en gran medida los errores por
alinealidad, pero en una cierta persisten, y se suelen expresar en valor
porcentual de la máxima desviación respecto de la salida lineal en todo el
rango del instrumento respecto del valor del fondo de escala del mismo.
RESPUESTA DINÁMICA
Los diagramas de la respuesta del instrumento a frecuencias de
entrada variables recorriendo todo el espectro presentados en forma logarítmica
(Diagramas de Bode) dan una idea acabada de la capacidad del instrumento a
responder con una magnitud de salida razonable (ganancia constante) y sin un
retraso de fase notable.
Tengamos en cuenta que el retraso de fase tiende a inestabilizar
los lazos de control.
Al rango de frecuencias donde se cumplen las condiciones arriba
mencionadas se lo denomina “Ancho de banda”.
Evidentemente si las señales a medir son de frecuencias muy bajas
no interesará la característica de la respuesta dinámica del instrumento.
En procesos donde las constantes de tiempo de las transferencias
son grandes respecto de las de los instrumentos habituales no hace falta
preocuparse por la respuesta dinámica de los mismos.
En control de servomecanismos, ciencia espacial, robótica etc.
comienza a aparecer la importancia de estas características.
ESTABILIDAD:
La estabilidad de la exactitud calibrada se especifica como una
garantía de funcionamiento, e influye en el precio, por ejemplo 1% OR por 5
años o 10 años.
Es interesante destacar a que se refiere el 1% del que se habla.
En general se refiere a la exactitud a lo largo del todo el rango del
instrumento (Accuracy) y se puede especificar como ya mencionamos respecto del
valor medido (OR of reading) o bien del fondo de escala del instrumento (OFS of
full scale)
TRANSDUCTOR ACTIVO – PASIVO:
Se dice de un transductor que es pasivo
cuando no se alimenta de otra fuente que no sea la del mismo proceso que está
midiendo. En cambio el activo es aquel que en general necesita menos energía
del propio proceso a medir ya que tiene para su funcionamiento una fuente
externa.
INTERFERENCIAS:
Son entradas espúreas que el instrumento detecta sin la intención
de hacerlo.
ENTRADAS MODIFICANTES Y PERTURBACIONES:
Son aquellas que causan variaciones en las entradas deseadas como
así también en las interferencias
AJUSTABILIDAD DE RANGO: Conocido como Rangeability: Es la relación entre el máximo
valor de la variable medida respecto del mínimo sobre la cual se mantendrá la
exactitud especificada del instrumento
