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SENSORESAUTOMATIZACION INDUSTRIAL

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  • 09/09/2010 7206 FIUBA 20101

    Sensores

    Automatizacin Industrial 72.06FIUBA 2010

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    Esquema general del proceso

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    Definicin

    Sensor:Dispositivo que provee una salida utilizable en respuesta a una cantidad, propiedad o condicin fsica que es medida en forma especfica

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    Otras definiciones

    z Sensor: Dispositivo que detecta un cambio en un estmulo fsico y lo transforma en una seal quepuede ser medida o registrada

    z Transductor:Dispositivo que transfiere energa de un sistemaa otro en la misma o en diferente forma.

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    Otras definiciones

    z Sensor = elemento que produce una seal relacionada con una cantidad medida.

    z Transductor = elemento que convierte una seal de una forma de energa a otra

    Sensor = Transductor que es utilizado para medicin (Para nosotros son sinnimos)

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    Transferencia

    Ninguna medicin hecha con un sistema real es perfecta. Siempre existe un error es decir el resultado obtenido es diferente del valor real o verdadero dela magnitud que se mide.

    Los resultados de una medicin son eventos discretos. La reiteracin del proceso de mediciny su recoleccin en un conjunto de datos permite, por ejemplo a travs de un grfico aproximar el conjunto de eventos discretos por una lnea continua.

    Entrada (al sensor):

    Variable fsica a medir (temperatura, nivel, caudal, presin, etc.)

    Salida (del sensor): Variable (en general elctrica) que servir de entrada al PLC (mA, mV, etc)

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    Rango: valores mximos y mnimos para las variables de entrada y salida deun sensor. Regin dentro de los cuales una magnitud es medida, recibida otransmitida; expresada estableciendo los valores inferior y superior del rango. tambin llamado Campo de Medida. Por ejemplo para un sensor de temperatura, podra ser: Rango= 100C a 500C

    Span (Alcance) : diferencia algebraica entre los lmites inferior y superior delrango. Del ejemplo anterior, Span= 400C

    Rango y Span

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    Exactitud (Accuracy)Exactitud (Accuracy): desviacin de la lectura respecto a una entrada conocida. El mayor error esperado entre las seales medida e ideal. Proximidad al valor real de lavariable; (valor real valor medido): se puede expresar de distintas formas

    Porcentaje del Span: para una lectura de 200C con una exactitud de 0.5% del SPAN, el valorreal estar comprendido entre 200C 0.5*400/100 = 200 2C, es decir, entre 198 y 202C.

    Directamente en unidades de la variable medida. Por ejemplo, se tiene 1C de exactitud. En cada valor de temperatura ledo hay una incertidumbre (error) de 1C.

    Porcentaje de la lectura real. Para una lectura de 150C con una exactitud de 1% de lalectura la incertidumbre ser de 1.5C. En este caso la exactitud vara en cada puntodel instrumento.

    Porcentaje de la lectura a Plena Escala (Full-Scale) del instrumento. Una exactitud de 0.5%FS en un rango de 100 a 500C la incertidumbre ser de 0.5*500/100 = 2.5C

    Error absoluto: es la diferencia entre el valor medido y el valor real. Error relativo: error absoluto / valor real

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    Precisin (Repeatability)Precisin (Fidelidad): variabilidad pequea o no aleatoria en la variable medida.Suele confundirse con exactitud, pero una medicin precisa puede no ser una medicin exacta. Si el medidor estexpuesto a la misma entrada en varias ocasiones y los resultados tienden a permanecer estrechamente juntos,entonces se dice que el instrumento es de alta precisin. La fidelidad implica que tenga simultneamente unaconformidad en las sucesivas lecturas y un nmero alto de cifras significativas y es, por tanto, una condicinnecesaria pero no suficiente para la exactitud.

    Capacidad de un instrumento para repetir una salida cuando mide la misma cantidad en idnticas condiciones

    Calibracin: ajuste de la respuesta del sensor de acuerdo a un patrn o standard

    Fiabilidad o confiabilidad: Grado o medida de las fallas del sensor. Medida de la probabilidad deque un sensor contine comportndose dentro de limites especificados de error a lo largo deun tiempo determinado y bajo condiciones especificas.

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    Exactitud, precisin y estabilidad

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    Otra forma de verlo

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    Y otra ms

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    Error sistemtico vs error aleatorio

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    Errores aleatorios o accidentales

    Generan resultados diferentes en lecturasrepetidas y pueden ser ocasionados por ruido opor variaciones ambientales. Como son aleatorios, a tales errores suelenaplicarse tcnicas estadsticas para la reduccinde su efecto (promedios).

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    Errores sistemticos

    Estos errores son constantes y ocasionados por caractersticas del sistema comola calibracin incorrecta, los lmites de definicin o los efectos de carga en donde elsistema de medicin cambia el valor de la magnitud que est midiendo.

    Los errores en la tcnica que se emplea tambin pueden generar este tipo deerror. No son remediables por medio de tcnicas estadsticas ya que si, porejemplo, un sistema est calibrado de forma incorrecta, cada lectura resultarafectada y el tomar una gran cantidad de lecturas no resolver el problema.

    Una dificultad mayor relacionada con esta clase de errores es que no se les puededetectar mediante una disparidad en las lecturas obtenidas.

    Los errores sistemticos se pueden reducir por medio de la calibracin mejorada ode una mayor atencin a la tcnica.

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    Exactitud vs. precisin

    Mala precisin implica mala exactitud Buena precisin no necesariamente significa buena exactitud

    Buena exactitud implica buena precisin

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    SensibilidadSensibilidad: es la razn de cambio de la magnitud de salida frente a cambios en la magnitud de entrada: s = V/x. Por ejemplo 5mV/C. Puede expresarse en % del Span. s=+/- 0.05% (Span= 400C), s= 0.5x400/100= +/-0.2 unidades de salida/C

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    LinealidadLinealidad: Mxima desviacin comparando la relacin entrada /salida y la lnea recta msaproximada. Se expresa esta desviacin como un porcentaje de la escala total (FS). Ej: Un transductor Voltaje / Presin tiene una linealidad de 8% FS (rango 0-100 psi), es decir8 x 100/100=8 psi. desviacin mxima para un voltaje dado.

    No linealidades: la desviacin de la medida de su valor real, supuesto que la respuestadel sensor es lineal. No-linealidades tpicas: saturacin, zona muerta e histresis.

    La linealidad refleja si hay o no una relacin lineal entre el valor real (magnitud de entrada y el valor medido (magnitud de salida).

    La no linealidad es difcil de corregir y, por tanto, es un parmetro importante a considerar.

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    Linealidad

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    No linealidad

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    Zona Muerta (Dead Zone): Es el campo de valores de la entrada que no hace variar lasalida del instrumento. Se establece como porcentaje del Span.Por ejemplo, si la zona muerta es de 0.1% del Span entonces 0.1x400/100 = 0.4C.

    Resolucin: Es el mnimo valor medible de un cambio en la variable de entrada. Slo puede ser cambiada por re-diseo. Generalmente es expresada como un porcentajedel span. Por ejemplo, resolucin = 0.3C

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    Histresis

    No coincidencia entre las curvas de carga y descarga

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    HistresisHistresis: Mxima diferencia entre lecturas, para la misma entrada, cuando la variablerecorre toda la escala en los dos sentidos ascendente y descendente. Se expresa en tanto porciento del span de la medida. Ej: Si en un termmetro de rango 0 - 100C, para el valor de lavariable 40C el instrumento marca 39.9 al subir la temperatura desde 0, e Indica 40.1 al bajarla temperatura desde 100C, el valor de histresis es de : (40.1- 39.9)*100/(100-0) = 0.2% delSpan = 0.2C.

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    Offset

    El offset -desviacin de cero- refleja el valor medido (salida) cuando la entrada del sensor es cero. Genera un error, pero es ms fcil de corregir que la no linealidad.

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    DerivaDeriva (Drift): variaciones en la seal de salida, que se presentan en un perodo de tiempodeterminado, mientras se mantienen constantes la variable medida y todas las condicionesambientales. Causas: Variaciones Fuentes de Alimentacin, componentes, etc.DERIVA DE CERO : Variacin en la seal de salida para el valor cero de la medida atribuiblea cualquier causa interna.DERIVA TERMICA DE CERO: Variacin en la seal de salida a medida cero, debido a losefectos nicos de la temperatura. La deriva se expresa como porcentaje de la seal de salida aescala total (FS) a la temperatura ambiente, por unidad, o por intervalo de variacin de la temperatura. Por ejemplo la deriva trmica de cero de un instrumento en condiciones detemperatura ambiente durante 1 mes fue de 0.2% del alcance(span).

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    Calibracinz Calibracin: es el proceso de aplicar valores conocidos de

    una estmulo (una magnitud de entrada al sensor) para determinar la respuesta del sensor.

    z Calibracin Esttica = calibracin utilizando una magnitud constanteejemplo: peso aplicado a una balanza

    z Calibracin Dinmica = calibracin utilizando una magnitud variable en el tiempoejemplo: Sinusoidal,