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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7

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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8

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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10

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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13

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