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Guión del temaDefiniciones Iniciales• Instrumentación– Qué es, para qué sirve, aspectos básicos• Fundamentos metrológicos–...
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Medir
Medir
Aspectos Técnicos (constructivos)•••• TransducciónAspectos Legales•••• Normativa (calidad, ISO-9000)•••• Trazabilidad•••• ...
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Regulación Legal de “pesas y medidas”
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AÑO ORGANISMO DEFINICIÓN1795 Asamblea Francesa 1/10 000 000 del cuadrante del meridiano terrestre1799 Asamblea FrancesaMat...
La Candela (historia de una vela)http://blogs.diariovasco.com/index.php/bigbang/2010/08/11/de_velas_y_ballenas
El futuro de las definiciones del SIhttp://www.technologyreview.com/blog/arxiv/25262/?ref=rss
Fundamentos metrológicosNÚMERO + UNIDAD + ERROREl resultado de una medida es:Que el número debe ir acompañado de una unida...
Confundirsede unidadeshttp://lapizarradeyuri.blogspot.com/2010/05/no-me-jodas-que-eran-newtons.html
Confundirse de unidadeshttp://blogs.diariovasco.com/index.php/bigbang/2010/08/29/saint_exupery_casi_muere_por_error_en_un
Se expresar el error (aunque no sea explícitamente)NÚMERO + UNIDAD + ERROREl resultado de una medida es:• ERROR:– Darlo: u...
• Una medida no es un fin en si mismo, sino unmedio para algo...• Ejemplos:– “Tengo 12/8 de presión” (¿unidad? ¿error? ¿de...
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Sistema de medida– Sistema : Conjunto de partes reunidocon una finalidad– Medida: Ha sido definidopreviamente– De una mane...
Sistemas de medida. Canales• Canal de instrumentación:La cadena de elementos quevan desde una variable física amedir al di...
Esquema general de un canal deinstrumentaciónAmplificaciónPresentaciónSENSORAcondicionamientoPrimario SecundarioUSOTransdu...
Sistema de InstrumentaciónTransductor(primario ysucesivos)Conversióna señalAmplificaciónAislamientoAD/DAFiltrosPresentació...
Estructura general de un sistema de medida
Guión del temaDefiniciones Iniciales• Instrumentación– Qué es, para qué sirve, aspectos básicos• Fundamentos metrológicos–...
Transductor• Definición :– “Dispositivo que acepta energía de una parte del sistema y la emite condiferente forma a otra p...
El transductor eléctrico• Es el transductor por excelencia debido a:– Gran disponibilidad– Ganancias posibles (hasta 1010)...
Transductor. TerminologíaTrnansductorTransmisorSensorSondaGalgaSon sinónimos con matices.Existen normas:CélulaDetectorCapt...
Clasificaciones de transductores•Aporte de energía–Pasivos (Moduladores)–Activos (Generadores)•Tipo de salida–Analógicos–D...
Transductores analógicos y digitales
Deflexión y Comparación• Estrictamente son términos aplicables al proceso de medida, no al equipo.• Pero se diseñan equipo...
Deflexión ComparaciónPrecisión mayorLa calidad es la delpatrón, no la del equipoTiempo de medida largoPrecisión menorLa ca...
Clasificaciones de transductores•Aporte de energía–Pasivos (Moduladores)–Activos (Generadores)•Tipo de salida–Analógicos–D...
Capítulos del temarioPor la variablea medirPorbloqueslógicosdelcanaldeInstrumentaciónEste es el enfoqueque se sigue en elc...
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  1. 1. INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIALDEFINICIONES INICIALESJoaquín Sevilla MoróderDepartamento Ingeniería Eléctrica y ElectrónicaUniversidad Pública de NavarraSeptiembre, 2012
  2. 2. Guión del temaDefiniciones Iniciales• Instrumentación– Qué es, para qué sirve, aspectos básicos• Fundamentos metrológicos– Medir, unidad, sistema de unidades, error– Medir, unidad, sistema de unidades, error• Sistemas de medida– Definición y propósito, canales de instrumentación,diagrama de bloques de un canal de instrumentación• Transductor y clasificación– Definición, transductor electrónico, clasificación
  3. 3. Guión del temaDefiniciones Iniciales• Instrumentación– Qué es, para qué sirve, aspectos básicos• Fundamentos metrológicos– Medir, unidad, sistema de unidades, error– Medir, unidad, sistema de unidades, error• Sistemas de medida– Definición y propósito, canales de instrumentación,diagrama de bloques de un canal de instrumentación• Transductor y clasificación– Definición, transductor electrónico, clasificación
  4. 4. Instrumentación• Instrumento: Cualquier dispositivoempleado para medir, registrar y/o controlarel valor de una magnitud de observación.• La Instrumentación es la ciencia ytecnología del diseño y utilización de lostecnología del diseño y utilización de losinstrumentos.• Instrumentación Industrial• Instrumentación Electrónica• Instrumentación Biomédica• .........
  5. 5. Instrumentación- ¿Que es instrumentación?– Como ya se ha visto, podríamos resumir: todo lo que tiene quever con medir, especialmente los dispositivos.- ¿Para qué sirve?– “ Making measurements is a means to an end, not an end in itself”– “ Making measurements is a means to an end, not an end in itself”Smith– “ It appears that the ultimate purpose of all measurements is, at sometime, gain control of a subject through knowledge about it”Sydenham– “ Quality Measurements: The Indispensable Bridge between Theory andReality. No measurements? : No science!” IEEE, IMEKO 96
  6. 6. Medir
  7. 7. Medir
  8. 8. Aspectos Técnicos (constructivos)•••• TransducciónAspectos Legales•••• Normativa (calidad, ISO-9000)•••• Trazabilidad•••• Procedimientos•••• CertificaciónAspectos Económico-Industriales•••• Coste, disponibilidadAspectos fundamentales de la INSTRUMENTACION•••• Transducción•••• Acondicionamiento de señal•••• Transimisión de la información•••• Almacenamiento de la información•••• Presentación de datos•••• Coste, disponibilidad•••• Duración (MTBF, ...)•••• Resistencia ambiental•••• Sencillez de manejoAspectos Fundamentales (Metrología)•••• Qué es medirMagnitudes físicasSistemas de unidadesPatrones, calibraciónCalidad de las medidas. Errores••••••••••••••••
  9. 9. Guión del temaDefiniciones Iniciales• Instrumentación– Qué es, para qué sirve, aspectos básicos• Fundamentos metrológicos– Medir, unidad, sistema de unidades, error– Medir, unidad, sistema de unidades, error• Sistemas de medida– Definición y propósito, canales de instrumentación,diagrama de bloques de un canal de instrumentación• Transductor y clasificación– Definición, transductor electrónico, clasificación
  10. 10. Fundamentos metrológicos- Medida– Procedimiento mediante el que se– Procedimiento mediante el que sedetermina el valor (NUMERICO) deuna magnitud física.– En general esto se hace porcomparación con un patrónpreestablecido.UnidadNúmeroNÚMERO + UNIDAD + ERROREl resultado de una medida es:
  11. 11. Fundamentos metrológicos• Magnitudes fundamentales y derivadas• Fundamentales son muy pocas (3 para la mecánica, 1 más parala electricidad, otra para la termodinámica, luz y cantidad de materia,en total 7)• Para cada magnitud fundamental se define una unidad,• Para cada magnitud fundamental se define una unidad,una cantidad definida por consenso (lo más amplio posible)• Una buena definición debería ser:– Precisa (estable)– Reproducible– Cómoda• Sistemas de unidades. El SI
  12. 12. Regulación legal de pesas y medidasEn el “Quaderno de Leyes Ordenanza y yProvisiones”, de 1553, después de prohibir lablasfemia, lo siguiente es ordenar las pesas ymedidas
  13. 13. Regulación Legal de “pesas y medidas”
  14. 14. MAGNITUD BASE NOMBRE SIMBOLOlongitudmasatiempocorriente eléctricatemperatura termodinámicacantidad de sustanciaintensidad luminosametrokilogramosegundoAmpereKelvinmolcandelamkgsAKmolcdLas 7 unidades fundamentales SIUnidad de Corriente Eléctrica: El ampere (A) es la intensidad de corriente, la cual al mantenerse entre dosUnidad de Longitud: El metro (m) es la longitudrecorrida por la luz en el vacío durante un períodode tiempo de 1/299 792 458 s.Unidad de Masa: El kilogramo (kg) es la masa delprototipo internacional de platino iridiado que seconserva en la Oficina de Pesas y Medidas de París.Unidad de Tiempo: El segundo (s) es la duraciónde 9 192 631 770 períodos de la radiacióncorrespondiente a la transición entre dos nivelesfundamentales del átomo Cesio 133.Unidad de Corriente Eléctrica: El ampere (A) es la intensidad de corriente, la cual al mantenerse entre dosconductores paralelos, rectilíneos, longitud infinita, sección transversal circular despreciable y separados enel vacío por una distancia de un metro, producirá una fuerza entre estos dos conductores igual a 2 x 10-7 Npor cada metro de longitud.Unidad de Temperatura Termodinámica: El Kelvin (K) es la fracción 1/273,16 de la temperaturatermodinámica del punto triple del agua.Unidad de Intensidad Luminosa: La candela (cd) es la intensidad luminosa, en una dirección dada, de unafuente que emite radiación monocromática de frecuencia 540 x 1012 hertz y que tiene una intensidadenergética en esta dirección de 1/683 W por estereorradián (sr).Unidad de Cantidad de Sustancia: El mol es la cantidad de materia contenida en un sistema y que tienetantas entidades elementales como átomos hay en 0,012 kilogramos de carbono 12. Cuando es utilizado elmol, deben ser especificadas las entidades elementales y las mismas pueden ser átomos, moléculas, iones,electrones, otras partículas o grupos de tales partículas.http://www.fisicanet.com.ar/fisica/f1ap01/apf1_01a_Unidades_y_Medidas.php
  15. 15. AÑO ORGANISMO DEFINICIÓN1795 Asamblea Francesa 1/10 000 000 del cuadrante del meridiano terrestre1799 Asamblea FrancesaMaterialización del valor anterior en una regla, a extremos, de platinodepositada en los archivos de Francia1889 1.ª C.G.P. y M.Patrón material internacional de platino iridiado, a trazos, depositadoEvolución de la definición del metro1889 1.ª C.G.P. y M.Patrón material internacional de platino iridiado, a trazos, depositadoen el BIPM. Es llamado metro internacional.1960 11.ª C.G.P. y M.1 650 763,73 l en el vacío de la radiación del Kripton 86 (transiciónentre los niveles 2p10 y 5d5. (Incertidumbre 1·10-8)1983 17.ª C.G.P. y M.Longitud del trayecto recorrido en el vacio por la luz durante1/299.792.458 segundos. (Incertidumbre 1·10-10)Historia de las distintas definiciones del metro, cada vez más precisashttp://personal.telefonica.terra.es/web/pmc/metro.htm
  16. 16. La Candela (historia de una vela)http://blogs.diariovasco.com/index.php/bigbang/2010/08/11/de_velas_y_ballenas
  17. 17. El futuro de las definiciones del SIhttp://www.technologyreview.com/blog/arxiv/25262/?ref=rss
  18. 18. Fundamentos metrológicosNÚMERO + UNIDAD + ERROREl resultado de una medida es:Que el número debe ir acompañado de una unidad (SIEMPRE) lo hemosoído desde pequeños, incluso en los laboratorios de física suspendían porno hacerlo. Aún así tendemos a no valorar suficiente este asunto.Un par de historietas para concienciarse
  19. 19. Confundirsede unidadeshttp://lapizarradeyuri.blogspot.com/2010/05/no-me-jodas-que-eran-newtons.html
  20. 20. Confundirse de unidadeshttp://blogs.diariovasco.com/index.php/bigbang/2010/08/29/saint_exupery_casi_muere_por_error_en_un
  21. 21. Se expresar el error (aunque no sea explícitamente)NÚMERO + UNIDAD + ERROREl resultado de una medida es:• ERROR:– Darlo: unidades absolutas o porcentuales– ¿Y cuando no se da? ... Se está dando implícitamente:• Última cifra significativa• Un error típico del asunto del que se trate• Un error típico del asunto del que se trate• Hay que tener mucho sentido común– Ojo al cambiar de unidades el error...Ejemplo: Pasar 78º F a grados centígrados:en general sabemos: C= (100/180)*(F-32)si F= 78, la calculadora nos da como resultado: C= 25,555555555....¿Cuantos de esos “5” son significativos? 78 = 78+- 1 = 78 +- 1,3%El 1,3% de 25 son (aprox.) 0,3 Por tanto, solo el primer 5 tras la coma es válido.El resultado final es pues: C = 25,50,3 +- 0,4Escala = Unidad + Origen Grados C vs. K psia vs. psig
  22. 22. • Una medida no es un fin en si mismo, sino unmedio para algo...• Ejemplos:– “Tengo 12/8 de presión” (¿unidad? ¿error? ¿del aparato? ¿delpaciente?...)– “Esta señora ha engordado 2 Kg en 2 semanas de embarazo”La medida no es un proceso aislado– “Esta señora ha engordado 2 Kg en 2 semanas de embarazo”(¿medido con la misma balanza? ¿en las mismas condiciones? ¿con que error?)– “Este bebé pesa 400 gr más que hace dos semanas” (¿con o sinropa? ¿antes o después de defecar?)• ...Ni es un hecho aislado de un proceso másglobal.
  23. 23. Guión del temaDefiniciones Iniciales• Instrumentación– Qué es, para qué sirve, aspectos básicos• Fundamentos metrológicos– Medir, unidad, sistema de unidades, error– Medir, unidad, sistema de unidades, error• Sistemas de medida– Definición y propósito, canales de instrumentación,diagrama de bloques de un canal de instrumentación• Transductor y clasificación– Definición, transductor electrónico, clasificación
  24. 24. Sistema de medida– Sistema : Conjunto de partes reunidocon una finalidad– Medida: Ha sido definidopreviamente– De una manera menos formal,sistema de medida es todo elaparataje entre la planta de la que seSISTEMAFISICOSISTEMA DEMEDIDAaparataje entre la planta de la que sequiere obtener información y eloperario que la necesita.Ante la dificultad de estudiar algo tan heterogéneo se divide a lossistemas de medida en CANALES DE INSTRUMENTACIÓN
  25. 25. Sistemas de medida. Canales• Canal de instrumentación:La cadena de elementos quevan desde una variable física amedir al dispositivo quepresenta el resultado.• Es una división “lógica” , noSENSORTRANSDUCTORSISTEMAFISICO• Es una división “lógica” , no“física”. Pueden existirelementos físicos quepertenezcan a más de uncanal.ACONDICIONAMIENTODE SEÑALTRANSDUCTORSECUNDARIOACTUADORESFINAL DEPROCESOPRESENTACIONDE LAINFORMACION
  26. 26. Esquema general de un canal deinstrumentaciónAmplificaciónPresentaciónSENSORAcondicionamientoPrimario SecundarioUSOTransductor(primario ysucesivos)Conversióna señalAislamientoAD/DAFiltrosOtros....Almacena-mientoTransmisiónControl,....
  27. 27. Sistema de InstrumentaciónTransductor(primario ysucesivos)Conversióna señalAmplificaciónAislamientoAD/DAFiltrosPresentaciónAlmacena-mientoTransmisiónSENSORAcondicionamientoPrimario SecundarioUSOsucesivos)FiltrosOtros....TransmisiónControl,....
  28. 28. Estructura general de un sistema de medida
  29. 29. Guión del temaDefiniciones Iniciales• Instrumentación– Qué es, para qué sirve, aspectos básicos• Fundamentos metrológicos– Medir, unidad, sistema de unidades, error– Medir, unidad, sistema de unidades, error• Sistemas de medida– Definición y propósito, canales de instrumentación,diagrama de bloques de un canal de instrumentación• Transductor y clasificación– Definición, transductor electrónico, clasificación
  30. 30. Transductor• Definición :– “Dispositivo que acepta energía de una parte del sistema y la emite condiferente forma a otra parte del mismo”– “ Dispositivo que convierte una señal de una forma física en una señalcorrespondiente pero de otra forma física distinta”• Nomenclatura (cualquier conversor de energía)• Nomenclatura (cualquier conversor de energía)• Bidireccionalidad: sensores y actuadores• Transducción sucesiva• Perturbación de lo que se mide: “carga del sistema”. Siempre existetransferencia de energía.• El transductor eléctrico
  31. 31. El transductor eléctrico• Es el transductor por excelencia debido a:– Gran disponibilidad– Ganancias posibles (hasta 1010), con lo que se carga muy poco el sistema amedir– Múltiples recursos de tratamiento de la información (circuitos integrados)– Múltiples recursos de almacenamiento y presentación– Facilidad de transmisión– Facilidad de transmisión• Pero no es el único tipo posible:Neumáticos:- FuerzaÓpticos:-EMI-Bajo peso-Integrables enestructurasMecánicos:-Menor coste-Sin alimentación
  32. 32. Transductor. TerminologíaTrnansductorTransmisorSensorSondaGalgaSon sinónimos con matices.Existen normas:CélulaDetectorCaptadorX-metro(Termómetro, tacómetro, ...)•ISA S37.1 (Electrical TransducerNomenclature & Terminology), 1969•ANSI MC 6.1-1975Son bastante inútiles...
  33. 33. Clasificaciones de transductores•Aporte de energía–Pasivos (Moduladores)–Activos (Generadores)•Tipo de salida–Analógicos–Digitales•Modo de medida–Deflexión•Variable de entrada:–Comparación•Variable de respuesta(en eléctricos)–Resistivos (R)–Capacitivos (C)–Inductivos (L)–Generadores (V)•Variable de entrada:–Temperatura–Presión–Caudal–Posición–Tiempo–pH–Concentración de CO2–etc. etc. etc....
  34. 34. Transductores analógicos y digitales
  35. 35. Deflexión y Comparación• Estrictamente son términos aplicables al proceso de medida, no al equipo.• Pero se diseñan equipos específicamente para ser usados según uno u otroprocedimiento.
  36. 36. Deflexión ComparaciónPrecisión mayorLa calidad es la delpatrón, no la del equipoTiempo de medida largoPrecisión menorLa calidad la determina elequipoMedidas instantáneas o Tiempo de medida largoMedida puntualesMedidas instantáneas orápidasMedidas contínuas
  37. 37. Clasificaciones de transductores•Aporte de energía–Pasivos (Moduladores)–Activos (Generadores)•Tipo de salida–Analógicos–Digitales•Modo de medida–Deflexión•Variable de entrada:–Comparación•Variable de respuesta(en eléctricos)–Resistivos (R)–Capacitivos (C)–Inductivos (L)–Generadores (V)•Variable de entrada:–Temperatura–Presión–Caudal–Posición–Tiempo–pH–Concentración de CO2–etc. etc. etc....
  38. 38. Capítulos del temarioPor la variablea medirPorbloqueslógicosdelcanaldeInstrumentaciónEste es el enfoqueque se sigue en elcapítulo II deltemarioCONTENIDODE LAASIGNATURAPorbloqueslógicosdelcanaldeInstrumentaciónEste es el enfoqueque se sigue en elcapítulo IV deltemariotemario
  39. 39. Guión del temaDefiniciones Iniciales• Instrumentación– Qué es, para qué sirve, aspectos básicos• Fundamentos metrológicos– Medir, unidad, sistema de unidades, error– Medir, unidad, sistema de unidades, error• Sistemas de medida– Definición y propósito, canales de instrumentación,diagrama de bloques de un canal de instrumentación• Transductor y clasificación– Definición, transductor electrónico, clasificación
  40. 40. INSTRUMENTACIÓN INDUSTRIALDEFINICIONES INICIALESJoaquín Sevilla MoróderDepartamento Ingeniería Eléctrica y ElectrónicaUniversidad Pública de NavarraSeptiembre, 2012

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