TOMO II INSTRUMENTACIÓN

CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS

Las características dinámicas de un sistema de medida describen su comportamiento ante una entrada variable. Este comportamiento es distinto al que presentan los sistemas cuando las señales de entrada son constantes debido a la presencia de inercias (masas, inductancias), capacidades (eléctricas, térmicas) y en general elementos que almacenan energía.

El tipo de entrada puede ser transitoria (impulso, escalón, rampa), periódica (senoidal) o aleatoria (ruido). La elección de una u otra depende del tipo de sensor.

El comportamiento dinámico de un sensor viene descrito por su función de transferencia. En ocasiones el fabricante no proporciona todas las especificaciones dinámicas ya que la respuesta dinámica del sensor no depende solo de el sino de la forma en que está siendo utilizado.

Error momentáneo: No inmediatez en la respuesta del sistema, lo que ocasiona una     diferencia entre el valor esperado en cada momento y el que realmente se produce (no hay cambios en la señal de entrada).

En sistemas cuya entrada varia constantemente, la salida lo hará también pero con un retraso.

Cuando la salida pasa de un valor a otro en un momento dado, se lograra alcanzar el valor final, pero pasado un tiempo.

EVALUACIÓN DE LA RESPUESTA DINÁMICA

Es importante en el ámbito de la Instrumentación la respuesta de un sistema o equipo ante un cambio brusco de la variable de entrada (señal escalón) porque estos incorporan los efectos dinámicos propios del sistema.

Los sistemas pueden tener muchos tipos de respuestas al escalón, eso depende del orden del numerador y el denominador de su Función de Transferencia.

La mayoría de los casos, la respuesta es similar a la que presentaría un sistema de primer orden o de segundo orden (en el denominador).

SISTEMAS DE ORDEN CERO

En un sistema de orden cero se tiene que en la ecuación diferencial no hay derivadas, su respuesta temporal y frecuencia no experimentara cambios.

SISTEMAS DE ORDEN CERO

SISTEMAS DE PRIMER ORDEN

El parámetro dinámico que representa un sistema de primer orden es su constante de tiempo aunque se pueden definir otros parámetros que también pueden caracterizar lo rápido que resulta un sistema de primer orden como son tr y ts.

Los sistemas de primer orden se representan por una ecuación diferencial de primer orden. Contienen un elemento que almacena energía y otro que la disipa.

El termino k = 1/a0 es la denominada sensibilidad estática y τ = a1/a0 se conoce como constante de tiempo del sistema.

SISTEMA DE SEGUNDO ORDEN

En los sistemas de segundo orden, la respuesta ante una entrada escalón no tiene un aspecto único, sino que pueden presentarse tres casos diferentes según la inercia y la amortiguación que presente el sistema, así:

a) Sistemas sobre amortiguados…….sistemas lentos

b) Sistemas sub amortiguados………..sistemas rápidos con oscilaciones

c) Sistemas con amortiguamiento critico…..más rápidos que los sobre    amortiguados

Un sistema es de segundo orden cuando tiene dos elementos de almacenamiento de energía y otros dos que la disipan, como es el caso de sistemas masa - resorte empleado para la medida de desplazamientos, velocidades y aceleraciones.

La relación entre la entrada X(t) y la salida Y(t) está dada por una ecuación diferencial lineal de segundo orden de la forma:

La respuesta de un sistema de segundo orden a una entrada escalón se obtiene resolviendo la ecuación diferencial de segundo orden o bien, como se ha hecho con los sistemas de primer orden, obteniendo la anti - transformada de Laplace.

SISTEMA DE SEGUNDO ORDEN

TIPOS DE ERROR

Error: Diferencia algebraica entre el valor leído o transmitido por el instrumento y  el valor real  de la variable de salida.

• Si el proceso está en condiciones de régimen permanente existe el llamado error estático.

• En condiciones dinámicas, el error varía considerablemente debido a que los instrumentos tienen características comunes a los sistemas físicos.

-Absorben energía del proceso

-Esta transferencia requiere cierto tiempo para ser transmitida.

-Retardos en la lectura

Este es el llamado error dinámico.

 Los errores se pueden clasificar en tres categorías:

         a)    Errores graves

         b)    Errores sistemáticos

         c)    Errores aleatorios

    ERRORES GRAVES

• Son en gran parte de origen humano, como mala lectura de los instrumentos, ajuste incorrecto y  aplicación inapropiada.
• Mal registró y cálculo de los resultados de las mediciones.
• Se cometen inevitablemente algunos errores, sin embargo se debe intentar anticiparlos y corregirlos.
•  Algunos se detectan con facilidad, pero otros son muy evasivos.
• Principiantes (uso inadecuado de los instrumentos).

ERRORES SISTEMÁTICOS

Se dividen en dos categorías 

a) Errores Instrumentales

b) Errores ambientales

Aunque en este grupo podrían incluirse los errores estático y dinámico.

a) ERRORES INSTRUMENTALES

• Referentes a los defectos de los instrumentos.

• Por ejemplo aquellos que realizan medición según su estructura mecánica.

• No ajustar el dispositivo a cero antes de tomar la lectura.

• El usuario debe tomar precauciones antes de usar el instrumento.

• Las fallas de los instrumentos se pueden verificar con la estabilidad y la   reproducibilidad.

• Comparar con otro de las mismas características.

b) ERRORES AMBIENTALES

• Se deben a las condiciones externas que afectan la operacion del dispositivo.

• Efectos del cambio de temperatura, humedad, campos magneticos.

• Por ejemplo los cambios de temperatura pueden alterar las propiedades elasticas  del resorte de un mecanismo y afecta la lectura del instrumento.

• Se pueden corregir evitando esas variables adversas.

ERRORES ALEATORIOS

• Se deben a causas desconocidas y ocurren incluso cuando todos los errores sistemáticos se han considerado.