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15/03/2010
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CURSO DE METROLOGÍA INDUSTRIALCURSO DE METROLOGÍA INDUSTRIAL
TEMARIO REDUCIDO TEMARIO REDUCIDO Metrología básicaMetrología básicaMedición de temperaturaMedición de temperaturaMedición de presiónMedición de presiónMedición de caudalMedición de caudalMedición de variables químicasMedición de variables químicasControladores P+I+DControladores P+I+D
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Si se quiere tener unapercepción del mundoreal, se debe conocer elvalor que adoptanalgunas variables
Para que medir?
Indice de precios al consumidor, temperatura, fracción de
algunas variables.
Dependiendo de cuál esel sistema, la mediciónpuede ser:
¿Qué medir?
p , p ,aprobados en un curso de metrología, etc.
El mecanismo por el cual “conocemos “ el valor de las variables es lo que llamamos MEDICIÓN
INSTRUMENTACIÓNUna primera definición de instrumentación puede ser lasiguiente:siguiente:
Arte o técnica de aplicar dispositivos de medición, o demedición y control a objetos (sistemas) para determinar laidentidad y/o magnitud de ciertas variables físicas ocantidades químicas, a veces con el objeto de controlarlasdentro de ciertas limitaciones especificadas o siguiendo unap gley determinada.
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Instrumentos de MEDIDA
CLASIFICACIÓN DE LOS INSTRUMENTOS
INSTRUMENTACIÓN
Instrumentos de
Analizadores
Servomecanismos
Controladores: lógicosCONTROL Controladores: lógicos programables (PLC)
Controladores: proporcional, integrativos, derivativos (PID)
Figura 1
Descripción de un instrumentoDescripción de un instrumento
Acondicionador de señal
VariableFísica
VisualizadorTransductorSensor Registro
Transmisor
Memoria
Figura 2
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¿Qué se intenta medir? (magnitud física)
CARACTERIZACIÓN DE UN INSTRUMENTO
¿Cuál es el Rango?
¿Qué elemento del instrumento responde directamente a la magnitud física a medir? (características del sensor)
¿Cuál es el principio físico de transducción?
¿Cuál es el error aceptado? ( $ $ $)
SENSOR
CARACTERISTICAS ELECTRICAS
Excitación.
Carga
Z
Z Z
ZSalida
S
S
E
L
Transductor yAcondicionadorde señal
VARIABLE FÍSICA
Fig. 3
.
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CARACTERÍSTICAS DE ACTUACIÓN
ESTÁTICAS
DINÁMICAS
DEL MEDIO AMBIENTAL
DE FIABILIDAD
CURVA DE CALIBRACIÓN
∆I0Lecturas de salida
Sensibilidad = ∆Vc / ∆Ic
Resolución
∆V0
S ñ l d t dSeñal de entradaPatrón
Umbral o “zona muerta”
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CUADERNO Nº 012 HOJA Nº 56
ENSAYO DE LABORATORIO
REGISTRO DE CALIBRACIÓN DE PRESIÓN
Instrumento: Medidor de presiónMarca: Bourdón – SedemeTipo de presión: Manométrica Rango: 0 – 200 barResolución: 1 barFluido utilizado: AguaPeticionario: Macrosistemas S.R.L.Temperatura ambiente: 22 ºCHumedad relativa: 67 %Presión atmosférica: 890 hPFecha de calibración: 12/06/06
Patrón: Si Instruments PC6Fecha de calibración: 24/05/06Operador: Ing. René Vilte Hora de inicio: 14:34Ciclos de calibración: 5
CorrecciónDescendente
[bar]
CorrecciónAscendente
[bar]
LecturaDescendente
[bar]
LecturaAscendente
[bar]
Patrón[bar]
-2-2202202200-1-1.5181181.5180
-0.5-1160.5161160-0.5-1140.5141140
0-0.5120120.51200-0.5100100.510000808080006060600040404000202020000.50.50
Precisión y Exactitud
Precisión y Exactitud
No es preciso, no es exacto Es preciso, no es exacto
No es preciso, es exacto* Es preciso, es exacto
No es preciso, no es exacto Es preciso, no es exacto
No es preciso, puede ser exacto* Es preciso, es exacto
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90
100
HISTÉRESIS
Salid
a ( %
PE
)
Histéresis30
50
40
70
60
80
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Magnitud medida ( % de rango )
Histéresis ( escala de errores 10:1 )
00
10
20
Fig. 9
80
90
100
REPETITIVIDAD
Sal
ida
( % P
E )
30
50
40
70
60
Máximo error
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Magnitud medida ( % de rango )
Repetitividad ( escala de errores 10:1 )
00
10
20
Fig. 10
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LINEALIDAD CON PENDIENTE TEÓRICA
80
90
100
ida
30
50
40
70
60
Sali
10 20 30 40 50 60 70 80 90 10000
10
20
Fig. 11Magnitud medida
Linealidad Ideal
Presión (psia.)
80
90
100100 200 300 400 500 600 700 800 900 10000
4 00
4,50
5,00
LINEALIDAD TERMINAL
Salid
a ( %
PE
)
20
30
50
40
70
60
80
Salid
a ( v
oltio
s c.
c. )
1 00
1,50
2,50
2,00
3,50
3,00
4,00
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Magnitud medida ( % de rango )
Relación entre magnitud y salida de un transductor de salida linealideal (incluyendo la aplicación del ejemplo general a un transductorde presión con salida tensión c.c.).
00
10
20
0,00
0,50
1,00
Fig. 12
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9
80
90
100
Linealidad de Puntos Extremos
Línea de referencia
30
50
40
70
60
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Linealidad de puntosextremos + 2,9 % PE
00
10
20
30
Fig. 13
80
90
100
Linealidad Independiente
Salid
a ( %
PE
)
30
50
40
70
60
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100Magnitud medida ( % de rango )
Linealidad independiente+/- 1,2 % PE
00
10
20
Fig. 14
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Linealidad de mínimos cuadrados
YY= Px + q
d
d
d
1
2
3
P
Y
q
P = pendiente de la recta
q = ordenada al origen
Se debe verificar que:
f = + + sea mínimad1 d2 d 32 2 2
X
Fig. 15
f sea mínima1 2 d 3
80
90
100
Conformancia
Curva de referencia ( teórica )
30
50
40
70
60
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Banda de error estático+/- 1,5 % PE
00
10
20
Fig. 16
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11
Banda de errorestática +/- 3,2 % PE(especificada)
80
90
100
Banda de error estática
Salid
a ( %
PE
)
30
50
40
70
60
80
Banda de errorestática +/- 1,9 % PE(de la calibración)
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Magnitud medida ( % de rango )
Línea de referencia
00
10
20
Fig. 17
90
100
xxx
Banda de error estático
Línea de referencia
30
50
40
70
60
80
xx
x
xx
xx
xxx
xx
xx
10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Banda de error estáticoreferida a la curva promedio +/- 1 % PE
00
10
20
30
xx
x
xxxx
Fig. 18
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12
115
110 Referencia B
Características Dinámicas
Respuesta frecuencial
Rango de frecuencia Curva A
90
85
95
105
100
110 Referencia A Referencia B
A
2 5 10 20 50 100 200 500 1k 2k
Rango de frecuencia Curva B
165
70
75
80
5kHz
B
Fig. 19
80
90
100
Valor finalde la salida
Constantede tiempo
9895
Respuesta en el tiempo
Por
cent
aje
de c
ambi
o a
la s
alid
a
30
50
40
70
60
80
Tiempo derespuesta 95%
Tiempo derespuesta 98%
63
0
10
20
1 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Tiempo de respuesta, tiempo de subida y constante de tiempo.
2
Tiempo ( unidades )
Valor inicialde la salida Tiempo de
subida (5 a 90%)5
t95% t98%
Fig. 20
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lida
140
160
Respuesta en el tiempo
Porc
enta
je d
e ca
mbi
o a
la s
a
40
60
80
100
Sobreimpulso
Valor inicial
63 Valor finalde la salida
120
0
20
1 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Respuesta de un transductor subamortiguado a un cambio en escalón de la magnitud de medida.
2
Tiempo ( unidades )
Valor inicialde la salida
9 10τt0
Fig. 21
4.0
5.0(a) Línea base de error cero (salida teórica para un valor seleccionado de la magnitud).
(c) Reducción del error estático debido a la disminución de fricción interna.(d) Error máximo de vibración (debido a la resonancia de 445 Hz).(e) Valor mitad de la banda de error de vibración.(f) Otras resonancias ocasionan errores por vibración
(b) Error estático (sin la aplicación de vibraciones).
Resonancia mecánica
Erro
r de
l tra
nsdu
ctor
( %
PE
)
1.0
2.0
3.0
(f) Otras resonancias ocasionan errores por vibración.
(b)(c)
(d) (e)
(f)
(f)
(f)
(f)
10 20 50 100 200 500 1k 2k 5k
Resultados típicos de un test de vibraciones en un transductor potenciométrico para unprograma dado de amplitudes de vibración, desde 10 a 3000 Hz, para un valor de mediday a través de un eje del transductor.
Frecuencia de vibración ( Hz )10k
(a)
Fig. 22
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14
20
18
t = 0 min.: Transductor expuesto a un cambio en escalón de temperatura.
t = 1.25 min.: Transductor estabilizado a nueva temperatura.
Características del medio ambiente
6
8
10
12
14
16S
alid
a (
% P
E )
Error degradiente detemperatura
Error de
2
4
00.4 0.2 0.40.20 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6
Error de gradiente de temperaturas (ejemplo típico para salida correspondiente a magnitud cero).
Tiempo ( min. )
temperatura
Fig. 23
80
90
100Curva de calibración en ellímite inferior del rangooperativo de temperaturas.
Máx. Error por temperatura
Características del medio ambiente
Sal
ida
( % P
E )
Curva de calibración en ellímite superior del rangooperativo de temperaturas.
30
50
40
70
60
80
Curva de calibracióna temperatura ambiente(curva de calibración estática).
p pen el limite inferior del rangooperativo de temperaturas.
10 20 30 40 50 60 70 80
Magnitud a medir ( % de rango )
Máx. Error por temperatura enel limite superior del rangooperativo de temperaturas.
00
10
20
90 100
Error de temperatura (en los límites operativos de temperaturas) (escala exagerada dedesviaciones de la curva).
Fig. 24