Caracteristicas De Impedancia De Entrada En Sistemas De Medicion

Características de entrada: impedancia

Cuando hablamos de sensores dentro de un sistema de medida, no es preciso describirlos mencionando únicamente sus características estáticas y dinámicas, pues esto no resultaría en una descripción completa ni real del elemento en cuestión.

Al diseñar un sistema de medición se desea acercarse tanto como sea posible a una medición perfecta, lo ideal sería que se extrajera una cantidad de energía nula del sistema donde se mide, pero esto resulta inevitable, ya que en cualquier proceso real donde se lleve a cabo una medición, cierta cantidad de energía es tomada del sistema. Por eso decimos que cuando por este motivo queda alterada la variable medida, hacemos referencia a un error por carga.

El concepto de impedancia de entrada nos permite valorar si se producirá o no un error por carga en el proceso. La impedancia de entrada controla la energía removida del sistema por el instrumento de medición, para mostrar una lectura con un error mínimo. Considérese un simple multímetro usado para medir el voltaje de una fuente. La pérdida de potencia a través del medidor, está dada por: P=E2/Rm, donde Rm es la resistencia del medidor y la impedancia de entrada. Lo ideal sería que el multímetro tuviera una impedancia de entrada que se aproximara a infinito, para así reducir la energía extraída del sistema a cero.

En la medición de una variable x1, se asocia otra variable x2 y su producto x1x2 tiene dimensiones de potencia y representa rapidez instantánea de retiro de energía del elemento precedente. A las variables no mecánicas que se miden entre dos puntos se les denomina variables esfuerzo y a las que se miden en un punto se les conoce como variables flujo, y viceversa cuando son variables mecánicas. Variables esfuerzo son la tensión eléctrica, la presión, la temperatura, la fuerza y el par mecánico mientras que la corriente eléctrica, el caudal volumétrico, la velocidad lineal y la velocidad angular se consideran como variables flujo. Cuando se identifican estas dos señales, se puede definir la impedancia de entrada, Zi, por

Z_i=X_1/X_2

Para tener un error por carga mínimo al medir una variable esfuerzo es necesario tener una impedancia de entrada muy grande. Para poder ejemplificar aún más este significado podemos hacer referencia a un voltímetro, si se aplica un medidor a un circuito para para medir un voltaje desconocido E (Fig. 1).

Figura 1

Al conectarse el medidor a las terminales a y b, el circuito cambia y el valor de E ya no es igual, para el voltímetro la señal de entrada de interés (x1) es el voltaje en las terminales Em, la corriente en el medidor Im es la variable asociada (x2) ya que P=Em*Im. Entonces Zi=Em/Im=Rm, la resistencia en el medidor. Para poder determinar el error que ocurre cuando el medidor se conecta al circuito se citará el teorema de Thevenin, cuando no está conectada la carga Zl (Fig. 2), existirá una caída de tensión en las terminales A y B (E0), voltaje de circuito abierto, también es posible calcular la impedancia ZAB entre dichas terminales. El teorema de thevenin expresa: una red, por compleja que sea, puede sustituirse por una sola impedancia ZAB en serie con una sola fuente de tensión E0.

Figura 2.

Aplicando el teorema de Thevenin en el ejemplo del medidor se puede observar que el valor de Em indicado por el medidor no es el valor de E (Fig. 3), sino

E_m=R_m/(R_ab+R_m ) E

Si se busca que Em sea igual a E, entonces Rm debe ser mucho mayor a Rab.

Figura 3

Al medir una variable de flujo, para obtener una P mínima, se requiere que x1 sea pequeña por lo que exige una impedancia de entrada pequeña o una admitancia de entrada grande. Un ejemplo eléctrico es el amperímetro, en la figura 4a se observa la medición de corriente en un circuito. Utilizando

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