CURSO DE METROLOGÍA INDUSTRIAL

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1 15/3/21 CURSO DE METROLOGÍA INDUSTRIAL TEMARIO REDUCIDO Metrología básica Medición de temperatura Medición de presión Medición de caudal Medición de variables químicas Controladores P+I+D 1

2 15/3/21 Para que medir? Si se quiere tener una percepción del mundo real, se debe conocer el valor que adoptan algunas variables. Qué medir? Dependiendo de cuál es el sistema, la medición puede ser: Indice de precios al consumidor, temperatura, fracción de aprobados en un curso de metrología, etc. El mecanismo por el cual conocemos el valor de las variables es lo que llamamos MEDICIÓN INSTRUMENTACIÓN Una primera definición de instrumentación puede ser la siguiente: Arte o técnica de aplicar dispositivos de medición, o de medición y control a objetos (sistemas) para determinar la identidad y/o magnitud de ciertas variables físicas o cantidades químicas, a veces con el objeto de controlarlas dentro de ciertas limitaciones especificadas o siguiendo una ley determinada. 2

3 15/3/21 CLASIFICACIÓN DE LOS INSTRUMENTOS Instrumentos de MEDIDA INSTRUMENTACIÓN Analizadores Instrumentos de CONTROL Servomecanismos Controladores: lógicos programables (PLC) Controladores: proporcional, integrativos, derivativos (PID) Figura 1 Descripción de un instrumento Variable Física Sensor Transductor Acondicionador de señal Visualizador Registro Memoria Transmisor Figura 2 3

4 15/3/21 CARACTERIZACIÓN DE UN INSTRUMENTO Qué se intenta medir? (magnitud física) 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? ( $ $ $) CARACTERISTICAS ELECTRICAS SENSOR. Ecitación Z Z E S Salida Z Z S L Carga VARIABLE FÍSICA Fig. 3. Transductor y Acondicionador de señal 4

5 15/3/21 CARACTERÍSTICAS DE ACTUACIÓN ESTÁTICAS DINÁMICAS DEL MEDIO AMBIENTAL DE FIABILIDAD Sensibilidad = Vc / Ic CURVA DE CALIBRACIÓN Lecturas de salida I V Resolución Señal de entrada Patrón Umbral o zona muerta 5

6 15/3/21 CUADERNO Nº 12 HOJA Nº 56 ENSAYO DE LABORATORIO REGISTRO DE CALIBRACIÓN DE PRESIÓN Instrumento: Medidor de presión Marca: Bourdón Sedeme Tipo de presión: Manométrica Rango: 2 bar Resolución: 1 bar Fluido utilizado: Agua Peticionario: Macrosistemas S.R.L. Temperatura ambiente: 22 ºC Humedad relativa: 67 % Presión atmosférica: 89 hp Fecha de calibración: 12/6/6 Patrón: Si Instruments PC6 Fecha de calibración: 24/5/6 Operador: Ing. René Vilte Hora de inicio: 14:34 Ciclos de calibración: 5 Patrón [bar] Lectura Ascendente [bar] Lectura Descendente [bar] Corrección Ascendente [bar] Corrección Descendente [bar] Precisión y Eactitud Precisión y Eactitud No es preciso, no es eacto Es preciso, no es eacto No es preciso, no es eacto No es preciso, es eacto * Es preciso, es eacto Es preciso, no es eacto No es preciso, puede ser eacto * Es preciso, es eacto 6

7 15/3/21 HISTÉRESIS Salida ( % PE ) Histéresis 2 1 Fig Magnitud medida ( % de rango ) Histéresis ( escala de errores 1:1 ) REPETITIVIDAD Salida ( % PE ) Máimo error Magnitud medida ( % de rango ) Fig. 1 Repetitividad ( escala de errores 1:1 ) 7

8 ida Sali 15/3/21 LINEALIDAD CON PENDIENTE TEÓRICA Fig Linealidad Ideal Magnitud medida LINEALIDAD TERMINAL Presión (psia.) , 4,5 4 4, Salida ( % PE ) ,5 3, 2,5 2, 1,5 Salida ( voltios c.c. ) 2 1 Fig ,, Magnitud medida ( % de rango ) Relación entre magnitud y salida de un transductor de salida lineal ideal (incluyendo la aplicación del ejemplo general a un transductor de presión con salida tensión c.c.).,5 8

9 15/3/21 Linealidad de Puntos Etremos Linealidad de puntos etremos + 2,9 % PE Línea de referencia Fig. 13 Linealidad Independiente Salida ( % PE ) Linealidad independiente +/- 1,2 % PE Fig Magnitud medida ( % de rango ) 9

10 15/3/21 Linealidad de mínimos cuadrados Y d 3 Y= P + q P = pendiente de la recta d 2 P q = ordenada al origen q d 1 Se debe verificar que: f = d 1 + d 2 + d 3 sea mínima X Fig. 15 Conformancia Curva de referencia ( teórica ) Banda de error estático +/- 1,5 % PE Fig. 16 1

11 15/3/21 Banda de error estática Banda de error estática +/- 3,2 % PE (especificada) 7 Salida ( % PE ) Banda de error estática +/- 1,9 % PE (de la calibración) 2 1 Línea de referencia Fig Magnitud medida ( % de rango ) Banda de error estático Línea de referencia Banda de error estático referida a la curva promedio +/- 1 % PE Fig

12 15/3/21 Características Dinámicas Respuesta frecuencial Referencia A Referencia B Rango de frecuencia Curva A A B Rango de frecuencia Curva B 65 1 Fig k 2k 5k Hz Respuesta en el tiempo Constante de tiempo Valor final de la salida Porcentaje de cambio a la salida Tiempo de respuesta 95% Tiempo de respuesta 98% Fig. 2 2 Valor inicial de la salida Tiempo de subida (5 a 9%) t 95% 4 t % Tiempo ( unidades ) Tiempo de respuesta, tiempo de subida y constante de tiempo. 12

13 15/3/21 Respuesta en el tiempo 16 lida Porcentaje de cambio a la sa Valor inicial de la salida Sobreimpulso 63 Valor final de la salida t τ Tiempo ( unidades ) Respuesta de un transductor subamortiguado a un cambio en escalón de la magnitud de medida. Fig. 21 Resonancia mecánica (a) Línea base de error cero (salida teórica para un valor seleccionado de la magnitud). (b) Error estático (sin la aplicación de vibraciones). (c) Reducción del error estático debido a la disminución de fricción interna. (d) Error máimo 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. Error del transductor ( %PE ) (c) (b) (f) (f) (d) (e) (f) (f) (a) Fig k 2k 5k Frecuencia de vibración ( Hz ) Resultados típicos de un test de vibraciones en un transductor potenciométrico para un programa dado de amplitudes de vibración, desde 1 a 3 Hz, para un valor de medida y a través de un eje del transductor. 1k 13

14 15/3/21 Características del medio ambiente t = min.: Transductor epuesto a un cambio en escalón de temperatura. 2 t = 1.25 min.: Transductor estabilizado a nueva temperatura Salida ( % PE ) Error de gradiente de temperatura Error de temperatura Tiempo ( min. ) Error de gradiente de temperaturas (ejemplo típico para salida correspondiente a magnitud cero). Fig. 23 Características del medio ambiente Má. Error por temperatura en el limite inferior del rango operativo de temperaturas. Curva de calibración en el límite inferior del rango operativo de temperaturas. Salida ( % PE ) Má. Error por temperatura en el limite superior del rango operativo de temperaturas. Curva de calibración a temperatura ambiente (curva de calibración estática). Curva de calibración en el límite superior del rango operativo de temperaturas Magnitud a medir ( % de rango ) 9 1 Error de temperatura (en los límites operativos de temperaturas) (escala eagerada de desviaciones de la curva). Fig