SistemasMedicion-2

8/18/2019 SistemasMedicion-2

1/82

Sistemas de Medición

Profesor

Dr. José Ruiz Pinales

Fundamentos de los

Sistemas de Medición


2/82

2

Instrumento de Medición

• “Todo sistema ue realice una medida concreta!• “Dis"ositi#o ue transforma una #aria$le f%sica de

interés en una forma m&s adecuada "ara su re'istro!

• ()em"los*• una re'la• +n #olt%metro• +n cronómetro

• +n oscilosco"io• Ti"os de Instrumentos*

• Instrumentos modulares• Instrumentos autónomos ,standalone-


3/82

Instrumentos modulares

Reuieren de• so"orte f%sico• e inform&tico

• /limentación e0terna

Mainframe

Instrumentos modulares


4/82

1

Plataformas de InstrumentosModulares

• S3I• Producto de 4ational Instruments• Para sistemas de instrumentación $asados en P• 5a transmisión de datos es "or "uerto "aralelo

• DS• Producto de olorado Data S6stems "ara control industrial• Para sistemas de 7asta 899 "lacas• Transmisión de datos "or

• "uerto serie:• "arelo o• I(((;1us di'ital est&ndar "ara sistemas de 2 $its

• Para un 'ran n?mero de "lacas• /"ro"iado "ara uso industrial• Sólo l%neas di'itales

• =3I• Se $asa en el $us =M(• on m&s conectores en el $ac@"lane• on l%neas analó'icas: di'itales 6 de sincronización


5/82

A

()em"lo


6/82

B

Instrumentos /utónomos

• Dis"onen de todas las funciones necesarias "ararealizar las medidas de forma inde"endiente

• Son m&s caros ue los modulares

Termómetro de fi$ra ó"tica Mult%metro


7/82C

()em"los

Medidor de #órtice Medidor de Flu)o

Psicrómetro de ca$estrilloDi'italizador ,&rea: lon'itud: etc.-


8/82

<

Tar)eta de /duisición "ara P


9/82

Modelo Sim"le de un Instrumento


10/82

89

Par&metros de los Instrumentos

• (0actitud• Diferencia entre el #alor #erdadero 6 el medido

• Precisión

• Medida de la re"roduci$ilidad de la medición.• ifras si'nificati#as

• 4?mero de d%'itos de la medición

•Resolución• am$io m&s "eueEo ue "uede ser sensado

• Sensi$ilidad• Relación entre la ma'nitud de salida 6 la entrada


11/82

88

(0actitud 6 Precisión


12/82

82

Transducción

• Primer elemento de un S/D• Medir la ma'nitud de interés

• Mec&nica• Térmica

• (léctrica• Ma'nética• "tica• Gu%mica

• Transductor • on#ierte la ener'%a a otra forma distinta

• (n nuestro caso ener'%a eléctrica• / #eces es llamado sensor • on#ierte una cantidad de ener'%a "eueEa

• de$e acondicionarse "ara las eta"as si'uientes


13/82

8

Ti"os de Sensores

• Pasi#os• 4o a're'an ener'%a como "arte de la medición• Pero "ueden utilizar ener'%a "ara su o"eración

• ()em"los*• Termo"ar • Hal'a e0tensiométrica

• /cti#os

• /'re'an ener'%a al sistema• omo "arte del "roceso de medición• ()em"lo*

• radar


14/82

81

ali$ración

• 5a relación entre la #aria$le f%sica medida6 la seEal entre'ada "or el sensor

• Se "resenta una cantidad f%sica conocidaal sistema 6 se re'istra su salida

• 5os datos son 'raficados en la cur#a de

cali$ración• 5a "endiente de la cur#a de cali$raciónes la sensi$ilidad del dis"ositi#o


15/82

8A

ur#a de ali$ración

Respuesta lineal Saturación


16/82

8B

Par&metros de los Sensores

• Mar'en din&mico• Diferencia entre el m%nimo 6 m&0imo #alor ue

"ueden ser medidos de manera confia$le

• Sensi$ilidad• Relación entre la ma'nitud de salida 6 la entrada

• Resolución

• am$io m&s "eueEo ue "uede ser sensado• (0actitud

• Diferencia entre el #alor #erdadero 6 el sensado


17/82

8C

Ti"os de Sensores

Sensor x y Señal

eléctrica

Señal

Física

Ti"o (ntrada Salida ()em"lo

Absoluto absoluto x y Termistor: temperatura a resistencia

Relativo absoluto x y Balanza: dif. de peso a ánulo

Absoluto relativo x y Strain aue: fuerza a dif. de resistencia

Relativo relativo x y Termopar: dif. de temperatura a dif. de volta!e


18/82

8<

aracter%sticas (st&ticas

• 5inealidad

" #

" #

" # " #

n

i$"

Sea la funci%n de transferencia

& dos entradas

' & las salidas

( ) ( ) ( )

Sea

*rror de linealidad (+)

*rror de linealidad

la me!

( )

or recta de a!uste

",,

(+) a

i i

i

y f x

x x

y

f ax bx af x bf x

y mx b

n

y mx b

y

+ = +

− −

=

= +

∑

n

i$" ma-

",,

escala completa

i i y mx b

n y

− −

∑

;2

9

2

1

B

<

89

82

A9 899 8A9 299

#

,., ,./"01

,.2210

y x

R

= −

=

Temperatura (34)

5 o l t a ! e ( m 5 )

6inealidad de escala completa: ".#7+


19/82

8


• Sensi$ilidad

• Im"edancia de salida

ym

x

∆=

∆Pendiente de recta de a)uste

Rout

C out

( ) x t

( ) y t


20/82

29


• orrimiento de cero

;2

9

2

1

B

<

89

82

A9 899 8A9 299

Temperatura (34)

5 o l t a ! e ( m 5 )


21/82

28

SeEales de Interferencia


22/82

22

(ntradas Modificadoras


23/82

2

(rror 6 Ses'o


24/82

21

(rrores "or Ruido


25/82

2A

(rrores de Medición

• =alor medido menos #alor #erdadero

• 5%mites del error ,Haussiano-*

( ) ( )medido verdaderoe = −

#

#

( )

#"

#

x

y e

µ

σ

πσ

−−

=

#

"

"( )

n

i

i

x

n

σ µ =

= −∑

Mediciones


26/82

2B

Ti"os de (rrores

• Sistem&ticos• Henerados "or fallas de los instrumentos

• Partes des'astadas• Partes defectuosas• (fectos am$ientales

• (rrores instrumentales

• (rrores am$ientales• /leatorios

• Henerados "or causas desconocidas• =ariaciones en "ar&metros• (tc.

• Hra#es

• Son de$idos "rinci"almente al ser 7umano• Mala lectura• /)uste incorrecto• +so inadecuado• (ui#ocaciones


27/82

2C

om"onentes de una Medición

X T e= +

r s

X T e e= + +

5alor verdadero

*rror aleatorio

*rror sistemático

r

s

T

e

e


28/82

2<

(rror /leatorio

F r e c u e n c i a

X

4on error aleatorio

Sin error aleatorio

(ste error no modifica la mediaPero modifica la #aria$ilidad


29/82

2

(rror Sistem&tico

F r e c u e n c i a

X

4on error sistemático

Sin error sistemático

(l error sistem&tico modifica la media5o ue corres"onde a un ses'o


30/82

9

Im"edancia de entrada

• Determina cu&nta ener'%a es tomada dela #aria$le f%sica

• Potencia disi"ada en el instrumento#

#

E P

Z

=

# impedancia de entrada

potencial siendo medido

Z

E

=

=


31/82

8

ircuito (ui#alente

"#

"

#

"

E E

Z

Z

=

+

Valor medido: "#

",, Z

Z ≥


32/82

2

Instrumentos Indicadores

Hal#anómetro de $o$ina mó#il


33/82

aracter%sticas de un Hal#anómetro

• Par electroma'nético ,T -

densidad de flu!o del entre8ierro

Area efectiva de la bobina4orriente de la bobina m%vil

9:mero de vueltas de la bobina

T B A I N

B

A I

N

= × × ×

=

==

=


34/82

1

om"ensación de Tem"eratura


35/82

A

Medición de orriente de D

+na sola escala

Multiescala


36/82

B

Medición de orriente de D

Deri#ación de /6rton


37/82

C

DiseEo de un /m"er%metro de D

Resistencia de derivaci%n

Resistencia del movimiento de la bobina

4orriente de defle-i%n de plena escala

4orriente de derivaci%n

4orriente total de plena escala

s

m

m

s

R

R

I

I

I

=

=

=

=

=

m m s

m

R I R

I I

=

−


38/82

<

()em"lo

;n alvan%metro de "mA con una resistencia interna de ",, <

se =uiere utilizar como amperímetro de ,>",, mA. 4alcule el

valor de la resistencia de derivaci%n.

" mA

",, mA

",,

",,(,.,,")".,"

,.",, ,.,,"

m

m

m m s

m

I

I

R

R I R

I I

=

=

= Ω

= = = Ω− −


39/82

Medición de =olta)e de D

Multiran'o


40/82

19

Medición de =olta)e de D

Multiran'o con deri#ación


41/82

18

DiseEo de un =olt%metro de D

Resistencia multiplicadora


4orriente de defle-i%n de plena escala

5olta!e a plena escala del instrumento

s

m

m

R

R

I

V

=

=

=

=

s m

m

V R R

I = −


42/82

12

()em"lo

;n alvan%metro de "mA con una resistencia interna de ",, <

se =uiere utilizar como voltímetro de ,>", 5. 4alcule el valor de

la resistencia multiplicadora.

" mA

", 5

",,

",",, 2.2 ?<

,.,,"

m

m

s m

m

I

V

R

V R R

I

=

=

= Ω

= − = − =


43/82

1

Medición de Resistencia

K7metro ti"o serie

K7metro ti"o deri#ación ,o "aralelo-


44/82

11

DiseEo de un K7metro

"

#

Resistencia limitadora de corriente

Resistencia de a!uste a cero


Batería interna

4orriente de defle-i%n de plena escalaResistencia de media escala

m

m

h

R

R

R

E

I R

=

=

=

=

==

#

#"

#

m m h

m h

mh

m

I R R R

E I R

R R R R

R R

=−

= −+


45/82

1A

()em"lo

;n alvan%metro de "mA con una resistencia interna de ",,


46/82

1B

Medición de =olta)e de /

=olt%metro de / con "uente de onda com"leta

=olt%metro de / multiescala


47/82

1C

DiseEo de un =olt%metro de /


Resistencia de derivaci%n

Resistencia de directa de los diodos

5olta!e rms de escala completa

4orriente de defle-i%n de plena escalaResistencia

m

sh

D

rms

m

s

R

R

R

E

I R

=

=

=

=

== multiplicadora

,.@( ) sh m rms m sh s D

sh m m sh

R R E R R R R

R I R R

+= − −

+


48/82

1<

Instrumentos (lectrónicos

=olt%metro electrónico de D

I (l ó i


49/82

1


Mult%metro con =olta)e am"lificado

I t t (l t ó i


50/82

A9


=olt%metros de /

I t t (l t ó i


51/82

A8


/tenuador de entrada de D=KM de estado sólido

I t t (l t ó i


52/82

A2


Selector de escala de resistencia "ara un =KM

Du"licador de =olta)e "ara un =KM

/l selector de escala

/ % t d D


53/82

A

/m"er%metro de D


54/82

i it d K7 t


55/82

AA

ircuito de K7metro

i it d K7 t


56/82

AB

ircuito de K7metro

I di d d /


57/82

AC

Indicadores de /Dia'rama de un (lectrodinamómetro

#T B A I N k A I N = × × × = × × ×

Par desarrollado "or la $o$ina*

T

(scala cuadr&tica

L tt t


58/82

A<

Lattmetro(lectrodinamómetro

L tt7 % t


59/82

A

Latt7or%metro

L tt7 % t


60/82

B9

Latt7or%metro

Medidor de factor de "otencia


61/82

B8

Medidor de factor de "otencia

Transformador de orriente ,T-


62/82

B2

Transformador de orriente ,T-

(l "rimario tiene "ocas #ueltas(l secundario tiene muc7as #ueltas

Se utiliza "ara am"liar el ran'o decorriente de un am"er%metro de /

Transformador de Potencial ,TP-


63/82

B

Transformador de Potencial ,TP-

Transforma el #olta)e de entradade / a un #olta)e m&s $a)o

Se utiliza "ara am"liar el ran'ode #olta)e de un medidor de#olta)e de /

Puente "ara Medir Resistencia


64/82

B1

Puente "ara Medir Resistencia

#/

"

x

R R R

R=

Puente Do$le de el#in


65/82

BA

Puente Do$le de el#in

Medición de #alores de resistencia mu6 $a)os

Puente de /


66/82

BB

Puente de /

" @ # / Z Z Z Z =

Puente de Ma0Nell


67/82

BC

Puente de Ma0Nell

Inductancia a medir

# / " x Z Z Z Y =# /

"

# / "

x

x

R R R

R

L R R C

=

=" ",< <

Puente de Oa6


68/82

B<

Puente de Oa6

# #

" " # /

# # #

" "

# / "

# # #

" "

"

"

x

x

C R R R R

C R

R R C L

C R

ω

ω

ω

=+

=+

Para alto

Puente de Sc7errin'


69/82

B

Puente de Sc7errin'

"#

/

"/

#

x

x

C R R

C

RC C

R

=

=

Puente de Lien


70/82

C9

Puente de Lien

" / " /

"

# f

C C R Rπ =

ontador de Frecuencia


71/82

C8


ircuito de (ntrada "ara ontador


72/82

C2

cu o de ada "a a o adode Frecuencia



73/82

C


Medición de a"acitancia


74/82

C1


Medidor Sim"le

volta!e aplicado

frecuencia aplicada

capacitancia

#!!

V

f

C

V I VfC

X π

=

=

=

= =



75/82

CA


ircuito alternati#o

resistencia

volta!e del enerador volta!e en la resistencia

capacitancia desconocida

frecuencia del enerador

in

R

V V

C

f

=

=

=

=

=

( )#

# "#

in

fC

RV V

Rπ

=

+


76/82

Medición de Inductancia


77/82

CC

Medición de Inductancia

#"tan ( ) fL

R

π θ −=

# para , ,."

fL

R

π θ θ ≈ ≤ ≤

Instrumento 4ulo


78/82

C<

Instrumento 4ulo

=enta)as del Instrumento 4ulo


79/82

C

=enta)as del Instrumento 4ulo

• Reduce interacción con la #aria$le f%sica

• /lta im"edancia de entrada•

Reduce car'a so$re #aria$le f%sica• Me)or e0actitud• Para seEales mu6 "eueEas

• Des#enta)a*• Reuiere de m&s tiem"o

Instrumento 4ulo


80/82


81/82


82/82

Instrumento de Defle0ión

SistemasMedicion-2

Documents

Transcript of SistemasMedicion-2