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MÓDULO DE INSTRUMENTACIÓN
POR:
AGUSTÍN SOTO OTÁLORA
INGENIERO ELECTRÓNICO
ESPECIALISTA EN AUTOMATIZACIÓN INDUSTRIAL
2005
1. CONCEPTUALIZACIÓN Y TERMINOLOGÍA.
1.1 Metrología
1.2 Calibración de instrumentos.
1.3 Patrones de medición
1.4 Medición y error
1.5 Clasificación de los instrumentos.
1.1 METROLOGÍA
La metrología es la ciencia de las medidas; de los sistemas de
unidades y de los instrumentos usados para efectuarlas e
interpretarlas.
Esta ciencia trata del estudio y aplicación de todos los medios
propios para la medida de magnitudes, tales como longitudes,
presiones, masas, tiempos, velocidades, potencias,
temperaturas, etc.
La metrología constituye uno de los vastos campos científicos
en los que está basada gran parte de la tecnología e industria
moderna, con el fin de asegurar la optimización de los
procesos.
1.2 CALIBRACIÓN DE INSTRUMENTOS.
El comportamiento de los equipos de medición y ensayo
pueden cambiar con el paso del tiempo o por influencia
ambiental, es decir, el desgaste natural, la sobrecarga o por un
uso inapropiado.
La exactitud de la medida dada por un instrumento necesita
ser comprobada con base en un programa de calibración.
La calibración de instrumentos se puede definir como el ajuste
de la salida de un instrumento a valores deseados dentro de
una tolerancia especificada para valores particulares de la
señal de entrada.
Los instrumentos de monitoreo y medición deberán
"ser calibrados o verificados a intervalos especificados
o antes de su uso; con equipos trazables a patrones de
medición nacionales o internacionales... "
1.3 PATRONES DE MEDICION
Un patrón de medición es una representación física de una
unidad de medición.
Existen diferentes patrones clasificados en:
Patrones internacionales:
 Se definen por acuerdos internacionales.
 Representan ciertas unidades de medidas con la mayor
exactitud que permiten la tecnología de producción y
medición.
 Los patrones internacionales se evaluan y se verifican
periódicamente con mediciones absolutas en términos de las
unidades fundamentales.
 Estos patrones se encuentran en la oficina internacional
de pesas y medidas y no están disponibles como instrumentos
de medición de uso ordinario o para propósitos de calibración.
Patrones primarios (básicos):
 Los patrones primarios (básicos) se encuentran en los
laboratorios de patrones nacionales en diferentes partes del
mundo (EEUU, Alemania, Gran Bretaña,…).
 Los patrones primarios representan unidades fundamentales
y algunas de las unidades mecánicas y eléctricas derivadas.
 Se calibran independientemente por medio de mediciones
absolutas en cada uno de los laboratorios nacionales.
 Los patrones primarios no están disponibles para utilizarse
fuera de los laboratorios nacionales.
 Una de las principales funciones de los patrones primarios
es la verificación y calibración de los patrones secundarios.
Patrones secundarios:
 Son los patrones básicos de referencia que se usan en los
laboratorios industriales de medición.
 Estos patrones se conservan en la industria particular
interesada.
 Los patrones secundarios por lo general, se envían
periódicamente a los laboratorios nacionales para su
calibración con los patrones primarios, estos son devueltos al
usuario industrial con un certificado del valor de medición en
términos del valor primario y generalmente esta calibración es
válida por un año.
Ejemplo: Peso muerto.
Patrones de trabajo:
 Son las herramientas principales en un laboratorio de
mediciones.
 Se utilizan para verificar y calibrar la exactitud y
comportamiento de las mediciones efectuadas en las
aplicaciones industriales.
CADENA DE TRAZABILIDAD
En una empresa es necesario tener una programación para el
mantenimiento y calibración de los equipos de medición.
Adicionalmente deben contar con su respectivo procedimiento
de calibración que generalmente se basa en los indicados por
el fabricante y cuyos resultados deben quedar plasmados en
una hoja de registro.
1.4 MEDICIÓN Y ERROR
Medir es una técnica por medio de la cual se le asigna un
número o un valor a una propiedad física como resultado de la
comparación de dicha propiedad con otra similar tomándola
como patrón, la cual se ha adoptado como unidad.
Este proceso de medición generalmente requiere el uso de un
instrumento como medio físico para determinar la magnitud
de una variable.
Los instrumentos constituyen una extensión de las facultades
humanas y en muchos casos permiten a las personas
determinar el valor de una cantidad desconocida, la cual no
podría medirse utilizando únicamente las facultades
sensoriales.
Por lo tanto, un instrumento se puede definir así:
Dispositivo para determinar el valor o magnitud de una
cantidad o variable.
Exactitud:
Aproximación con la cual la lectura de un instrumento se
acerca al valor real de la variable medida. La desviación del
valor verdadero es un índice de que tan exactamente se ha
llevado a cabo una lectura.
valor _ verdadero  valor _ medido
error 
valor _ verdadero
1.5 CLASIFICACIÓN DE LOS INSTRUMENTOS.
Los instrumentos de medición y de control son relativamente
complejos y su función puede comprenderse bien si están
incluidos dentro de una clasificación adecuada.
Como es lógico, pueden existir varias formas para clasificar los
instrumentos, cada una de ellas con sus propias ventajas y
limitaciones.
Se consideraran dos clasificaciones básicas: la primera
relacionada con la función del instrumento y la segunda con la
variable de proceso.
En función del instrumento.
De acuerdo con la función del instrumento, obtenemos las
formas siguientes:
Instrumentos ciegos:
Son aquellos que no tienen indicación
visible de la variable.
Hay que hacer notar que son ciegos
instrumentos de alarma, tales como
presóstatos y termostatos
(interruptores de presión y temperatura
respectivamente) que poseen una escala
de exterior con un índice de selección de
la variable, ya que sólo ajustan el punto
de disparo del interruptor o conmutador
al cruzar la variable el valor seleccionado.
Son también instrumentos ciegos, los transmisores de caudal,
presión, nivel y temperatura sin indicación.
Instrumentos indicadores:
Los instrumentos indicadores
disponen de un índice y de
una escala graduada en la
que puede leerse el valor de
la variable.
Según la amplitud de la escala
se dividen en indicadores
concéntricos y excéntricos.
Existen también indicadores digitales que muestran la variable
en forma numérica con dígitos.
Instrumentos registradores:
Los instrumentos registradores registran con trazo continuo o
a puntos la variable, y pueden ser circulares o de gráfico
rectangular o alargado según sea la forma del gráfico.
Los registradores de gráfico circular suelen tener el gráfico de
1 revolución en 24 horas mientras que en los de gráfico
rectangular la velocidad normal del gráfico es de unos 20
mm/hora.
Los transmisores:
Los transmisores captan la variable de proceso a través del
elemento primario y la transmiten a distancia en forma de
señal neumática de margen de 3 a 15 psi (libras por pulgada
cuadrada) o electrónica de 4 a 20 mA de corriente continua.
La señal neumática de 3 a 15 psi equivale a 0.206 - 1.033 bar
(0.21 - 1.05 kg/cm2) por lo cual, también se emplea señal en
unidades métricas 0.2 a 1 bar (0.2 a 1 kg/cm2). Asimismo, se
emplean señales electrónicas de 1 a 5 mA C.C., de 10 a 50 mA
c.c. y de 0 a 20mA C.C., si bien la señal normalizada es de 4 a
20 mA c.c. La señal digital utilizada en algunos transmisores
inteligentes es apta directamente para el ordenador.
El elemento primario puede formar o no parte integral del
transmisor; el primer caso lo constituye un transmisor de
temperatura de bulbo y capilar y el segundo un transmisor de
caudal de placa y orificio como elemento primario.
2. SENSORES
2.1 Elementos de un sistema de medición
2.2 Indicadores para seleccionar y emplear sensores
2.3 Medidores de temperatura
2.4 Medidores de presión
2.5 Medidores de caudal.
2.6 Medidores de nivel
2. SENSORES
Se define sensor como un dispositivo que convierte energía ó
información de una forma a otra.
2.1 Elementos de un sistema de medición
Sensor:
El objetivo es responder a la magnitud o cambio en la
magnitud de la cantidad que se está midiendo.
Acondicionador de la señal:
Este elemento recibe la señal de salida del sensor y la modifica
mediante la amplificación o por conformación adecuada de su
onda.
Elemento registrador:
Cuando la señal del acondicionamiento de la señal, debe estar
en forma para registrarse. Este registrador puede ser:
- Registrador de carta
- Tubo de rayos catódicos (osciloscopio)
- Pantalla LCD
- Computador digital
2.2 Indicadores para seleccionar y emplear
sensores
Cuando se examinan las especificaciones de un sensor en
especial se debe considerar los siguientes puntos para
determinar su capacidad para una medición en particular.
- El Rango: El rango del sensor debe ser lo suficientemente
grande tal que abarque las magnitudes esperadas de la
variable a medir.
- La Sensibilidad: Para obtener datos significativos, el
sensor debe producir una señal de salida suficiente por unidad
de entrada.
- La Resolución
- Respuesta en frecuencia: el sensor debe ser capaz de
responder a la velocidad máxima de cambio en el efecto que
se esté observando.
- Impedancia de salida: La impedancia de salida del sensor
debe tener un valor que lo haga compatible con las siguientes
etapas eléctricas del sistema.
Si existe incompatibilidad de impedancia, se deben agregar
dispositivos modificadores de la señal al sistema para superar
el problema.
- Medio físico: El sensor seleccionado debe poder resistir las
condiciones ambientales a las que está sujeto.
Ejemplo: Humedad, sustancias químicas, temperatura, etc.
- Exactitud