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INSTRUMENTACIÓN
INDUSTRIAL
Curso de Instrumentación Electrónica
Escuela de Ingeniería Eléctrica
Profa. Miriam Borjas Gil
Instrumentación Industrial
 Conceptos básicos sobre instrumentación
 Variables clásicas
 (NIVEL, PRESION, FLUJO,TEMPERATURA).
 Elementos primarios
 Transmisores
 Controladores
 Elementos finales de control
 Introducción a la automatización.
Instrumentación Industrial
Señal de
error
Consigna
Nodo
suma
Operador
+
SISTEMA
DE
CONTROL
-
Señales de
mando
ACTUADORES
Perturbaciones
Variable regulada
Lazo de realimentación
PLANTA
o
PROCESO
Salida
Instrumentación Industrial
Visualizador
SISTEMA DE MEDIDA
Señal
eléctrica
Variable
física
ACONDICIONAMIENTO
PROCESO
SENSOR
Señal
medida
TRANSMISOR
Medio de
transmisión
ACTUADOR
Señal
mando
SISTEMA DE CONTROL
RECEPTOR
Conceptos básicos sobre Instrumentación
 Que es un instrumento ?
 Un instrumento es un aparato, equipo o dispositivo
utilizado para determinar el valor o la magnitud de una
variable de proceso. Las variable de interés en
instrumentación son las que ayudan a describir o
definir un determinado proceso. Algunas de estas
variables son mas conocidas y utilizadas en los
procesos que otras. Las más comunes en nuestras
industrias son:
PRESIÓN
FLUJO
TEMPERATURA
NIVEL
INSTRUMENTOS
Conceptos básicos sobre Instrumentación
CONCEPTO DE MEDICIÓN:
Medición es la cuantificación de o las variables de un
proceso. Esta determina cuantitativamente el valor
de sus dimensiones y propiedades físicas ej; presión,
nivel, flujo y temperatura.
TIPOS DE MEDICIONES:
Las mediciones pueden ser directas o indirectas.
Directas es cuando medimos directamente la
variable, ej.: Mediciones con un tornillo micrométrico;
Medición indirecta, por ej.: es la medición del punto
de rocío (humedad) para determinar la temperatura
ya que ésta es proporcional al punto de rocío.
Conceptos básicos sobre Instrumentación
Sistemas de medida
ENTRADAS
- Temperatura
- Presión
- Velocidad
- Luz
- pH
etc.
Entrada
(Valor verdadero)
ADQUISICIÓN
DE DATOS
SALIDAS
- Visualización
SISTEMA DE
MEDIDA
- Almacenamiento
- Transmisión
PROCESAMIENTO
DEtext
DATOS
SISTEMA DE MEDIDA
DISTRIBUCIÓN
DE DATOS
Salida
(Valor medido)
Conceptos básicos sobre Instrumentación
Sistemas de medida
Entrada
Sensor
Acondicionamiento
Conversión
AD
ADQUISICIÓN DE DATOS
Procesador
PROCESAMIENTO
DE DATOS
Conversión
DA
Acondicionamiento
DISTRIBUCIÓN DE DATOS
Salida
Conceptos básicos sobre Instrumentación
Topología de Estrella
Valores
medidos
1
2
3
.
.
.
n
SISTEMA
DE MEDIDA
P
ACTUADOR
1
DE
CONTROL
O
SENSOR
3
n
SENSOR
n
ACTUADOR
2
R
.
.
.
1
2
3
.
.
.
.
.
.
Valores
reales de
las
variables
SENSOR
2
SISTEMA
m
3
1
2
Señales de mando
1
2
3
n
Señales de sensores
SENSOR
1
NÚCLEO INTELIGENTE Valores de
consignas
C
E
S
ACTUADOR
3
O
ACTUADOR
m
Conceptos básicos sobre Instrumentación
Topología de Bus
BUS DE CAMPO
NÚCLEO
INTELIGENTE
M
BUS DE PROCESO
NÚCLEO
INTELIGENTE
1
NÚCLEO
INTELIGENTE
2
NÚCLEO
INTELIGENTE
3
SENSOR
ACTUADOR
SENSOR
P
R
O
C
E
S
NÚCLEO
INTELIGENTE
N
ACTUADOR
O
SENSOR
Conceptos básicos sobre Instrumentación
FACTORES QUE AFECTAN LA MEDICIÓN:
 Error
 Precisión
 Exactitud
 Sensibilidad
 Resolución
FACTORES QUE AFECTAN LA MEDICIÓN
ERROR:
El error básicamente es una desviación entre el valor
medido de la variable y el valor deseado o “set point”
es decir e = mv - sp.
Existen dos tipos de errores los sistemáticos y los
aleatorios.
Los errores sistemáticos se clasifican en estáticos y
dinámicos estos errores son provocados por causas
determinables.
Los errores aleatorios son impredecibles, fortuitos y
se atribuyen a condiciones fuera de Control del
proceso ej.; Ruido eléctrico, interferencias, etc.
FACTORES QUE AFECTAN LA MEDICIÓN
Características estáticas
No linealidad
h1
Salida
Curva real
Desviación
máxima
Salida
Curva real
h2
Curva
linealizada
Curva
linealizada
Magnitud,X
XI
XS
(a)
Magnitud,X
XI
XS
(b)
FACTORES QUE AFECTAN LA MEDICIÓN
Características estáticas
Zona muerta
Resistencia
T2-T3
Zona
muerta
α
Zona muerta
αm
0º
T1 T2 T3
Terminales
(a)
αm
360º
Ángulo de giro, 
(b)
FACTORES QUE AFECTAN LA MEDICIÓN
Características estáticas
Histéresis y Saturación
Salida,Y
Y1
Salida
Y2
X
Xsat
Magnitud a
medir,X
Magnitud a
medir,X
FACTORES QUE AFECTAN LA MEDICIÓN
Características Dinámicas
x(t)
valor
final
valor
inicial
x(t)
t
y(t)
y(t)
G(t)
t
(a)
error(t)
(b)
t
FACTORES QUE AFECTAN LA MEDICIÓN
Características Dinámicas
x(t)
x(t)
t
y(t)
t
y(t)
VALOR
“EXACTO”
t
retraso
VALOR
“EXACTO”
(a)
(b)
t
FACTORES QUE AFECTAN LA MEDICIÓN
Características Dinámicas
Sistemas de primer orden
x(t)
xF
0,9xF
tolerancia
permitida
por la precisión
0,1xF
t
tr
ts
FACTORES QUE AFECTAN LA MEDICIÓN
Características Dinámicas
Sistemas de segundo orden
x(t)
xmax
xF
tolerancia
permitida
por la precisión
t
tu
ts
FACTORES QUE AFECTAN LA MEDICIÓN
EXACTITUD:
La exactitud de un instrumento es la fidelidad con
que sus lecturas o indicaciones se aproximan al
verdadero valor de la variable que se mide.
PRECISION:
La precisión se refiere a la reproducibilidad de las
mediciones (repetibilidad),es decir, considerando un
valor fijo de la variable cuanto difieren entre si las
sucesivas lecturas o indicaciones del instrumento.
SENSIBILIDAD:
Es la relación entre la señal de salida(repuesta o
reacción) del instrumento a la variación (entrada) de
la variable del proceso.
PARTES DE INSTRUMENTOS
 Elemento primario (sensor),
 Acondicionador de señal (filtros+ linealizador)
 Convertidor analógico digital (A/D)
 Convertidor digital-analógico (D/A)
 Unidad electrónica transmisora(4 - 20ma, HART,
FF).
 Alimentación 24 Vdc (regulador + protección)
 Partes mecánicas, conexiones de señales,
alimentación de aire).
MEDIOS DE TRANSMISIÓN
Depende de la tecnología de fabricación del
instrumento; estas tecnologías pueden ser;
 Neumáticas. (3 a 15 psi ) o (0.1 a 2 bar)
 Electrónica analógica . (4 a 20 mA ).
 Electrónica digital (HART,MODBUS).
 Redes de campo.(FieldBus, ProfiBus).
PARTES DE INSTRUMENTOS
ELEMENTO SENSOR:
El sensor es un dispositivo que traduce,
responde o reacciona directamente a la
cantidad de la variable medida produciendo
una repuesta de la variable que esta midiendo.
Ejemplo de estos sensores son; El termopar o
termocupla, la galga de esfuerzo ó ”strain
gauge”, materiales piezoeléctricos (cuarzo),
efecto capacitivo, columna hidrostática, placa
de orificio, flotadores, efecto ultrasónico y
radar.
SENSORES
 Placa orificio
 Tubo venturi
 Tubo pitot.
 Diafragma mecánico (aleación de cobre)
 LVDT(transformador diferencial variable
lineal).
 Infrarrojos
 Iónicos (radioactivo)
VARIABLES DE UN PROCESO





PRESIÓN
FLUJO
NIVEL
TEMPERATURA
OTRAS VARIABLES.
MEDICION DE OTRAS
VARIABLES












Peso.
Velocidad
Densidad
Húmeda relativa
Peso especifico
Inercia
Viscosidad
Oxigeno disuelto.
Turbidez.
Conductividad
PH
% de concentración de Gas.