Características Técnicas de los Instrumentos de Medición Eléctrica

Características Técnicas de los Instrumentos de Medición Eléctrica

Los instrumentos de medición son los que hacen posible la observación de cualquier fenómeno físico y así como su cuantificación en el proceso de medición. Al realizar una. medición en el mundo real, los instrumentos no son sistemas ideales, por lo tanto, tienen una serie de limitaciones que se deben tomar en cuenta para poder juzgar si afectan de alguna manera las mediciones que se realizan, y así determinar la veracidad de las mediciones.

Durante algunos años, varias sociedades técnicas y organizaciones profesionales han hecho esfuerzos concernientes a desarrollar un cuerpo de definiciones y términos que describan de una manera consistente muchas características y especificaciones que se apliquen a instrumentos. Lo mas reciente al respecto es el trabajo del comité de SAMA (Scientific Apparatus Marker Association) incluida, en el programa de ISA (Instruments.Systems and Automation Society) a través de la recomendación ISA-S51.1 ("Standard Process Instrumentation Terminology"). trabajando en cooperación con la ANSÍ (American National Standards Instituto) y otras organizaciones de normalización.

Los instrumentos se caracterizan y se especifican de acuerdo a términos relacionados con:

a.- Señal.

b.- Rango.

c.- Calidad de lectura.

d.- Características estáticas de exactitud y precisión.

e.- Características Dinámicas.

f.- Energía.

g.- Operación.

En las siguientes definiciones cine caracterizan y especifican a un instrumento en forma general, se darán los términos comúnmente usados en inglés.

Términos relacionados con la señal

1. Variable de Medida (Measured Variable): es la cantidad física, propiedad o condición que es medida.

Ejemplo: Temperatura, presión, flujo, velocidad, resistencia eléctrica, etc.

2. Señal de Medida (Measured Signal): son señales eléctricas, neumáticas o de cualquier tipo, aplicada al instrumento. Es la salida de un transductor cuando este es usado para la medición de una variable. En un termómetro de termopar la señal medida es una fuerza electromotriz (cmf), que es una variable eléctrica analógica, dependiente de la temperatura aplicada al termopar. En un sistema de tacómetro eléctrico. la señal de medida puede ser un voltaje analógico proporcional a la velocidad de rotación de la parte acoplada del tacómetro al generador.

3. Señal de entrada (Input Signal): es la señal aplicada directamente al elemento o

entrada del instrumento.

4. Señal de salida (Output Signal): es la señal procesada o no y entregada por un

instrumento.

Ejemplo:

Termómetro

Rangos típicos Tipo de rango Rango Valor inferior del rango Valor superior del rango Alcance

(Termopar)

(0 a 200) °C Variable de medida (0 a 200)°C 0°C 200 °C 200 °C

(-0.68 a 44.91) mV Señal de medida (-0.68 a 44.91) mV -0.68 mV 44.91 mV 45.59 mV

(0 a 200x10) °C Escala (0 a 2000)°C 0°C 200 °C 200 °C

Tacómetro

Rangos típicos Tipo de rango Rango Valor inferior del rango Valor superior del rango Alcance

(Tacómetro)

(0 a 50) rad/.s Variable de medida (0 a 50) rad/.s 0 rad/s 50 rad/s 50 rad/s

(0 a 5) Volt Señal de medida (0 a 5) Volt 0 Volt. 5 Volt. 5 Volt.

(0 a 30) mts/.seg Escala (0 a 30) mts/.seg 0 mts/.seg 30 mts/.seg 30 mts/.seg

Cuadros de Ilustración del uso de los términos -variable de medida y señal de medida

Términos relacionados con el rango

1. Campo o rango de medida (range): es el conjunto de valores de la variable medida, que están comprendidos dentro de los límites superior (URV: Upper Range Valué) e inferior (LRV: Lower Range Valué) de la capacidad de medida o de transmisión de un instrumento.

Ejemplo:

(O a 150) °C

(100 a 300) °C

(-20 a 200) °C

2. Alcance (span): es la diferencia algebraica entre los valores .superior e inferior del campo de medida del instrumento:

span = URV - LRV

Ejemplo:

rango: (-20 a, 200) K;

span= 220 K

3. Sobrealcancece y subalcance (Overrange): de un sistema o elemento, es cualquier valor que exceda a la señal de entrada por arriba o por abajo del valor del rango.

4. Rango de Elevación de cero (Elevated-Zero Range): es un rango en el cual, el valor cero de la variable medida, señal medida, etc.: es mas grande que el valor inferior del rango.

Ejemplo:

Elevated-zero range: (-20 a 100) °C

Para el rango elevado de cero anterior se tiene el siguiente ejemplo:

Elevación de cero: 20

5. Rango de supresión de cero (Suppressed-Zero Range): es un rango en el cual. El valor cero de la variable medida es menor que el valor inferior del rango.

Ejemplo: (20 a 100) °C:

Supresión de cero: 20

Términos relacionados con la calidad de la lectura

La fineza con la cual, una variable pude ser medida, depende de una cantidad de factores. La longitud de la escala y el número de graduaciones de la escala influyen notablemente en la calidad de la observación. Obviamente una escala muy grande y un número grande de las graduaciones de la misma escala resultarían en más precisión y exactitud en la observación. Los siguientes términos son algunos involucrados en la observación:

1. Resolución (Resolution): es el menor incremento que puede ser detectado con certidumbre entre dos unidades de medida discretas, o es el menor cambio en la entrada que se puede medir. La resolución puede ser expresada en unidades de la variable medida o en porcentaje del fondo escala, del alcance, etc.

Rangos típicos Nombre Rango Valor inferior del rango Valor superior del rango Alcance

0 .....+100 0 a 100 0 0 +100 100

20 ...+100 Rango de supresión de cero

20 a 100

20

+100

80

-25 ....+100 Rango de elevación de cero

-25 a 100

-25

+100

125

-100 . +100 Rango de elevación de cero

-100 a 100

-100

+100

200

-100 ....-20 Rango de elevación de cero

-100 a -20

-100

-20

80

Cuadro ilustración del uso de la terminología del rango y el alcance

2. Sensibilidad a un cambio de entrada (Sensitivity): es la razón entre el incremento de la lectura y el incremento de la magnitud que lo ocasiona, después de haber alcanzado el estado de reposo. En general es la pendiente de la curva de calibración. Se pueden observar los siguientes ejemplos:

Para un miliamperímetro: la sensibilidad viene dada por el número de divisiones cuando por el circula la corriente de 1 mAmp . Las unidades de este parámetro son div/mAmp. Si dos miliamperímetros tienen el mismo número de divisiones en su escala, pero el primero sufre una deflexión de dos divisiones cuando circula 1 mAmp, mientras que el segundo deflecta 10 divisiones para la misma corriente, este ultimo es mucho más sensible que el primero.

Para un voltímetro: como de la definición general se deduce, la sensibilidad vendría dada por el número de divisiones deflectadas cuando en sus extremos hay una caída de 1 Volt. Sin embargo, para los voltímetros se define un parámetro especial que se llama característica de sensibilidad, la cual viene expresada en ohm por volt. La definición de este parámetro y su utilidad se verá cuando se estudie el voltímetro.

Términos relacionados con la exactitud - Condiciones estáticas

1. Exactitud (accuracy) y Precisión: se dice que el valor de un parámetro (Xm) es muy exacto cuando se aproxima mucho al valor verdadero (Xv). Se dice que el valor de una medida es muy preciso cuando esta muy bien definido, por ejemplo: Si se dispone de un voltímetro digital de 3 ½ dígitos y otro de 4 ½ dígitos, para conocer cual de ellos es más preciso que el otro, se determina La indicación de cada voltímetro:

Para el voltímetro de 3 ½ dígitos, se tienen 3 dígitos, es decir, tres valores que varían de O a 9 y para el ½ dígito, el valor será uno. Por ello se tiene para la indicación máxima del voltímetro: 1999.

Para el voltímetro de 4 ½ dígitos, la indicación máxima es: 19999.

Ahora se deben comparar la indicación de cada uno de los voltímetros, para ello se debe medir en los mismos rangos de medida o los rangos más próximos posible. Para el ejemplo si se mide en el rango de 2 V, se observa:

Voltímetro de 3 ½ dígitos, ÜRV: 1.999 V = 2 V

Voltímetro de 4 ½ dígitos, URV: 1.9999 V = 2 V

Se puede deducir que el Voltímetro de 4 ½ dígitos es el más preciso que el de 3 ½ dígitos .

Figura que ilustra Exactitud y Precisión de un valor medido

2. Error: se define como la diferencia entre el valor medido y el valor verdadero, es decir:

E = Vm — Vv,

donde: E = error

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