domingo, 22 de septiembre de 2013

Metrologia

Metrologia 


Medir, precisar el tamaño de las cosas, evolucionó en relación directa con la inteligencia del ser humano, cuando su convivencia en las sociedades primitivas le impuso la obligación del intercambio de bienes. Para hacer medidas fue necesario imaginar y crear instrumentos y aparatos, primero rudimentarios y después complicados y más exactos.

La metrología, como ciencia que se encarga de todo lo relativo a la medición, actua en el campo cientifico, industrial y legal.




* Metrologia cientifica: Su función radica en la búsqueda y materialización de los patrones de medición internacionales, para que estos sean mas fáciles de reproducir a un nivel internacional, encontrar los patrones más adecuados para los descubrimientos que se hagan en el futuro, seguir analizando el sistema internacional de unidades, sus definiciones, los métodos de medición, reproducción y conservación de los prototipos internacionales, las intercomparaciones y calibraciones de patrones nacionales (entre naciones y en un solo país), etcétera.

* Metrologia Industrial: En este campo de la metrología, tenemos desde la creación de lo que se consideran patrones de medición de trabajo, hasta la elaboración de todos los instrumentos de medición, en todas las áreas de la ciencia, que se aplicaran en todo el quehacer humano, la actividad industrial y comercial, así como su buen uso, reproducción, mantenimiento, verificación, calibración, etcétera.

* Metrologia Legal: Tiene como función, establecer el cumplimiento de la legislación metrológica oficial como: la conservación y empleo de los patrones de medición internacionales, primarios, secundarios, así como mantener laboratorios oficiales que conserven de preferencia estos patrones, el uso y correcta aplicación del SI, el desarrollo y aplicación de la normalización metrológica.


El desarrollo de la metrología proporciona múltiples beneficios :

• Promueve el desarrollo de un sistema armonizado de medidas, análisis ensayos exactos, necesarios para que la industria sea competitiva.
• Facilita a la industria las herramientas de medida necesarias para la investigación y desarrollo de campos determinados  para definir y controlar mejor la calidad de los productos.
• Facilita el intercambio de información científica y técnica.
• Posibilita una normalización internacional de productos en general, maquinaria, equipos e instrumentos. 






Sistema Internacional


El Sistema Internacional de Unidades (SI) tiene su origen en el sistema métrico, sistema de medición adoptado con la firma de la Convención del Metro en 1875.
Para 1960, la Conferencia General de Pesos y medidas (C.G.P.M) como autoridad suprema para la época adoptó el nombre de Sistema Internacional de Unidades (SI). El SI está hoy en día en uso en más de 100 países. Está formado por siete unidades básicas y varias unidades derivadas. Las unidades básicas son:


• El metro (m) para la magnitud longitud
• El kilogramo (kg) para la magnitud masa
• El segundo (s) para la magnitud tiempo
• El amperio (A) para la corriente eléctrica
• El Kelvin (k) para la temperatura termodinámica
• El mol (mol) para la cantidad de sustancia
• La candela (cd) para la intensidad luminosa.

A partir de este conjunto coherente de unidades de medición se establecen otras unidades derivadas, mediante las cuales se miden muy diversas magnitudes tales como velocidad, aceleración, fuerza, presión, energía, tensión y resistencia eléctrica, entre otras.





¿Qué es un patrón de medida?

Un patrón puede ser un instrumento de medida, una medida materializada, un material de referencia o un sistema de medida destinado a definir, realizar o reproducir una unidad o varios valores de magnitud, para que sirvan de referencia.

Fiabilidad:  Medida de la probabilidad de que un instrumento continúe comportándose
dentro de los límites especificados de error a lo largo de un tiempo determinado y bajo condiciones especificadas.

Ruido: Cualquier perturbación eléctrica o señal accidental no deseadas que modifica la transmisión, indicación o registro de los datos deseados.

Estabilidad: Capacidad de un instrumento para mantener su comportamiento durante
su vida útil y de almacenamiento especificadas.

Temperatura de Servicio: Campo de temperaturas en el cual se espera que trabaje el instrumento dentro de los límites de error especificados.

Vida util de servicio: Tiempo mínimo especificado durante el cual se aplican las características de servicio continuo e intermitente del instrumento sin que se presenten cambios en su comportamiento más allá de tolerancias especificadas.

Retraso de tiempo: Se define como el intervalo de tiempo transcurrido entre un cambio en el proceso y su percepción por el dispositivo de medición.

Instrumento de accion directa: Es aquel que tan pronto la variable medida aumenta (caudal, temperatura, 
presión) transmite un aumento en la presión suministrada al elemento de
control.

Instrumento de accion inversa : Es aquel que, tan pronto la variable medida aumenta, transmite una 
disminución en la presión suministrada al elemento de control.

Magnitud Basica: Cualquiera de las magnitudes que, en un sistema de magnitudes, es convencionalmente aceptada unas de otras.

Magnitud medible: Atributo de un fenómeno, cuerpo o sustancia que es susceptible de ser distinguida cualitativamente y determinada cuantitativamente.

Simbolo de una medida: Signo adoptado por convenio para designar una unidad de medida.

Incertidumbre de medida: Estimación que caracteriza el campo de valores dentro del cual se sitúa el valor verdadero de una magnitud medida.

Trazabilidad: Propiedad de un resultado de medida que consiste en la posibilidad de
relacionarlo con patrones apropiados, generalmente internacionales corelacionarlo con patrones apropiados, generalmente internacionales o nacionales, a través de una cadena ininterrumpidadde comparaciones.

Patron de mdida: Medida materializada, instrumento de medida o sistema de medida
destinado a definir, conservar o reproducir una unidad o varios valores conocidos de una magnitud, para transmitirla por comparación a otros instrumentos de medida.

Desviacion tipica Experimental: Para una serie de mediciones, parámetro que caracteriza la dispersión de los resultados. 

Condiciones limites: Condiciones extremas que un instrumento de medida puede soportar sin daño y sin degradación de sus características metrológicas cuando se utiliza posteriormente en las condiciones asignadas de funcionamiento.

Tiempo de respuesta: Intervalo de tiempo comprendido entre el instante en que la señal de entrada sufre un cambio brusco especificado y el instante en que la señal de salida alcanza su valor final en régimen estable y se mantiene en él dentro de los límites especificados.dentro de los límites especificados.

Normalizacion: Es el proceso de la elaboración y aplicación de normas, son herramientas de
organización y dirección.

Norma tecnica: Documento aprobado por una institución reconocida que prevé para un uso común y repetido, reglas directrices o características para los procedimientos, productos o los procesos y métodos de producción conexos, y cuya observancia no es obligatoria.

Reglamento Tecnico: Documento de carácter obligatorio, expedido por la autoridad
competente, en el que se establecen las características de un producto o los procesos y métodos de producción  relacionados con ella.

Caracteristicas Dinamicas de un sistema de medida

Caracteristicas Dinamicas de un sistema de medida

Si la señal de entrada, x(t), fuera variable en el tiempo, debido a los elementos almacenadores de energía (inercias, capacidades, etc.) la respuesta del sistema de medida, y(t), es distinta a la que presentaría si la entrada fuera constante como en los sistemas estáticos.
El comportamiento del sistema de medida está descrito mediante las características dinámicas: error dinámico y velocidad de respuesta (retardo).

Velocidad de Respuesta (Retardo)
Capacidad de la magnitud de salida de seguir en el tiempo las variaciones de la señal de entrada.
Error Dinámico
Diferencia entre el valor indicado y el valor exacto de la variable medida cuando el error estático es cero.

Sistemas de Orden Cero
El error dinámico es nulo y que el retardo es también nulo.

Sistemas de Primer Orden
El parámetro dinámico que representa un sistema de primer orden es su constante de tiempo aunque se pueden definir otros parámetros que también pueden caracterizar lo rápido que resulta un sistema de primer
orden como son tr y ts.

Tiempo de Levantamiento tr: Tiempo que transcurre entre que el sistema alcanza el 10% y 90% del valor final.
Tiempo  de estblecimiento ts: Tiempo que transcurre mientras el sistema proporciona una salida dentro del margen de tolerancia establecido por su precision.


Sistemas de Segundo Orden

Los sistemas de segundo orden se pueden clasificar en tres categorías:
1. Procesos consistentes en dos o más procesos de primer orden, en serie o en paralelo, por
los que fluye materia o energía.
2. Sistemas inherentes de segundo orden. No son frecuentes en las industria, algunos ejemplos son los manómetros o las válvulas neumáticas.
3. Un proceso con su controlador presenta una dinámica de segundo orden o de orden superior.

En los sistemas de segundo orden, la respuesta ante una entrada escalón no tiene un aspecto único, sino que pueden presentarse tres casos diferentes según la inercia y la amortiguación que presente el sistema:

* Respuesta Sobreamortiguada
Es la respuesta obtenida cuando ζ > 1, las dos soluciones son reales.
En este caso la respuesta no presenta oscilaciones. Cuanto mayor es el coeficiente de amortiguamiento más amortiguada es la respuesta, el sistema necesita más tiempo para alcanzar el nuevo estado estacionario. La ganancia Kp tiene el mismo sentido físico que para los sistemas de primer orden.

* Respuesta críticamente amortiguada
Cuando solo hay una solución real (repetida), ζ = 1:
No presenta oscilaciones la respuesta es mas rapida que la sobreamortiguada.

* Respuesta subamortiguada
Se obtiene cuando las soluciones son complejas (conjugadas, obviamente), para que eso se produzca ζ < 1.
La respuesta es rapida y presenta oscilaciones.
Respuesta de sistemas de segundo orden según su coeficiente de amortiguamiento.

Tipos de Error

Error
Diferencia entre el valor medido y el valor real de la variable.

Si el proceso está en condiciones de régimen permanente existe el error estático.
En condiciones dinamicas el error varia, error dinámico.

* Errores Graves: Errores Humanos
* Erores Sistemáticos
  - Instrumentales
  - Ambientales
* Errores Aleatorios: Cuando se desconocen sus causas.


Características Estáticas de un Sistema de Medida.

Características Estáticas de un Sistema de Medida.


Cuando la variable a medir en el sistema permanece constante o cambia muy poco en el tiempo.

Curva de calibración: Relación entre la entrada al sensor y su salida, es la línea que une los puntos obtenidos aplicando sucesivos valores de la magnitud de entrada con sus respectivos valores de salida.
Rango:Valores entre los limites superior e inferior entre los cuales se puede realizar la medición.
Fondo de Escala : Diferencia entre los limites superior e inferior.
Sensibilidad: Pendiente de la curva entrada-salida del sensor "Visualiza" cualquier cambio en la entrada.
No Linealidad: Desviacion de la curva de calibracion respecto a la linea recta de aproximacion.
Linealidad: Expresa hasta que punto es constante la sensibilidad del sensor.
Zona Muerta: Region de la Curva que muestra sensibilidad nula.
Histeresis: máxima distancia horizontal entre las ramas ascendente y descendente de las curvas de respuesta.
Deriva: un cambio (generalmente lento y continuo) en la indicación de un instrumento de medida, no
necesariamente en la misma dirección, y no relacionado con un cambio en el mensurando.
Saturacion: Nivel en la entrada en el que la sensibilidad disminuye bastante.
Resolucion: variación mínima de la entrada para la que puede observarse una variación en la salida.
Presicion: Es el grado de concordancia entre resultados de medida independientes obtenidos en las
condiciones estipuladas.
Exactitud: grado de concordancia entre su resultado y el valor de la magnitud
medida.
Repetibilidad: capacidad del sistema de dar el mismo valor de la magnitud medida cuando
se realizan distintas medidas en las mismas condiciones en un tiempo corto.
Reproducibilidad: capacidad del sistema de dar el mismo valor de la magnitud medida cuando
se realizan distintas medidas en diferentes condiciones en un tiempo largo.
Calibracion: Es el proceso de corregir los errores sistemáticos la lectura del instrumento con la que ofrece un instrumento de referencia o patrón.
Gama: Diferencia entre la indicacion mayor y menor que ofrece un instrumento.
Escala: Longitud del intervalo de medida.
Eficiencia: Indicacion del instrumento dividida en la potencia que absorbe del circuito para ejecutar la medicion.









lunes, 16 de septiembre de 2013

Introducción a Los Sistemas de Medida

¿Que es Instrumentación Electrónica?

Es la rama de la electrónica encargada de la observación y medición de las magnitudes físicas usando instrumentos o equipos electrónicos. 
Un instrumento se puede definir como un dispositivo que sirve  para determinar o manipular las variables de un proceso.

¿ Que es Medir?

Es comparar una cantidad que se desconoce y quiere determinarse y una cantidad conocida de la misma magnitud, que se elige como unidad. Al resultado de medir lo llamamos Medida y da como producto un número (cuantas veces lo contiene) que es la relación entre el objeto a medir y la unidad de referencia (unidad de medida). O sea que estamos comparando la cantidad que queremos determinar con una unidad de medida establecida de algún sistema.


Etapas en el sistema de medida:

Sensado: Extraer la información a una propiedad del sistema fisico dando una señal que tenga relación de transferencia respecto a al propiedad que quiera medirse.

Acondicionamiento: Transforma la señal de sensado en otra de tipo electrónico para que pueda ser tratada por las siguientes etapas de procesamiento.

Transmision: Interconexion de las etapas de sistemas para que la información circule a traves de ellas.

Adquisicion: Retener y codificar la informacion para ser tratada despues.

Procesamiento: Puede ser analógico o digital y consiste en extraer la información adquirida de la señal.

Representacion: Interfaz entre el sistema de medida y los sentidos de percepción del ser humano.