2.1. Algunas definiciones de instrumentación#
A continuación se definen unos cuantos conceptos de uso frecuente en el campo de la instrumentación:
Fig. 2.1 Representación gráfica de algunas de las definiciones de los instrumentos. En b) y c) las fle- chas indican el sentido de la medida. En c), se ha exagerado la histéresis para que su efecto fuera más visible.#
Campo de medida (range): Espectro o conjunto de valores de medida que están comprendidos dentro de los límites superior e inferior de la capacidad de medida o de transmisión del instrumento. Viene expresado estableciendo los dos valores extremos. Para el ejemplo de la Fig. 2.1 es de 100-300 ℃.
Alcance (span): Es la diferencia algebraica entre los valores superior e inferior del campo de medida del instrumento. Para el ejemplo el valor es de 200 ℃.
Error: Es la diferencia entre el valor leído transmitido por el instrumento y el valor real de la variable medida. El error medio del instrumento es la media aritmética de los errores determinados para todos los valores crecientes y decrecientes de la variable medida.
Precisión (accuracy): Es la tolerancia de media o de transmisión del instrumento y define los límites de los errores cometidos cuando el instrumento se emplea en condiciones normales de servicio. Se puede expresar de las siguientes maneras:
Porcentaje del alcance. Para el ejemplo de la figura anterior una lectura de 150 ℃ y una precisión de 0.5 %, la lectura se encontrará entre 149 y 151 ℃, ya que 150 ℃ ± 0.005/200 = 150 ℃ ± 1 ℃.
Directamente. Por ejemplo, ±1 ℃.
Porcentaje de la lectura efectuada. Por ejemplo, precisión de ±1 % de 150 ℃, es decir, ±1.5 ℃.
Porcentaje del valor máximo del campo de medida. Precisión de ±0.5 % de 300 ℃, ±1.5 ℃.
La precisión varía en cada punto del campo de medida, el fabricante la especifica en todo el margen del instrumento indicando a veces su valor en algunas zonas de la escala. Cuando se desea obtener la máxima precisión en un punto determinado de la escala, se puede calibrar únicamente para este punto de trabajo, sin considerar los valores restantes del campo de medida.
Zona muerta (dead zone o dead band): Es el campo de valores que no hace variar la indicación o señal de salida del instrumento, es decir, que no produce su respuesta. Viene dada como porcentaje del alcance de la medida. Para el instrumento de la figura es de ±1
Sensibilidad (sensitivity): Es la razón entre el incremento de la lectura y el incremento de la variable que la ocasiona, después de alcanzarse el estado de reposo. Por ejemplo, si en un transmisor electrónico de 0-10 bar, la presión pasa de 5 a 5.5 bar y la señal de 11.9 a 12.3 mA (en una línea 4-20 mA), la sensibilidad es:
\[\frac{\frac{12.3 \text{ mA} - 11.9 \text{ mA}}{20 \text{ mA} - 4 \text{ mA}}}{{\frac{5.5 \text{ bar} - 5 \text{ bar}}{10 \text{ bar}}}} = \pm 0.5\]También puede venir expresada en forma de porcentaje del alcance de la medida. Si la sensibilidad del instrumento de la figura es de ±0.05 %, su sensibilidad será de ±0.01 ℃.
Repetibilidad (repeatability): Es la capacidad de reproducción de las medidas o señales de salida del instrumento al medir repetidamente valores idénticos de la variable en las mismas condiciones de servicio y en el mismo sentido de la variación, recorriendo todo el campo. Se considera en general su valor máximo (repetibilidad máxima) y se expresa como porcentaje del alcance, un valor representativo es el de ± 0.01 %. El término de repetibilidad no incluye la histéresis.
Para determinarla, el fabricante comprueba la diferencia entre el valor verdadero de la variable y la indicación o señal de salida del instrumento recorriendo todo el campo, y partiendo, para cada determinación, desde el valor mínimo del campo de medida. La repetibilidad viene dad por la fórmula siguiente:
\[\mathrm{Repetibilidad} = \sqrt{\frac{\sum (x_i - x)^2}{N}}\]De manera que para los datos de la tabla siguiente la repetibilidad es:
\[\mathrm{Repetibilidad} = \sqrt[]{\frac{0.00785}{19}} = \pm 0.02\%\]Table 2.1 Ejemplo de medidas de un instrumento recorriendo todo el campo de medida. # Variable
Indicación
Variable
Indicación
Desde 0.0 a 0.5
0.502
Desde 0.0 a 5.5
5.505
Desde 0.0 a 1.0
1.006
Desde 0.0 a 6.0
6.006
Desde 0.0 a 1.5
1.509
Desde 0.0 a 6.5
6.501
Desde 0.0 a 2.0
2.008
Desde 0.0 a 7.0
7.003
Desde 0.0 a 2.5
2.506
Desde 0.0 a 7.5
7.504
Desde 0.0 a 3.0
3.007
Desde 0.0 a 8.0
8.009
Desde 0.0 a 3.5
3.503
Desde 0.0 a 8.5
8.508
Desde 0.0 a 4.0
4.006
Desde 0.0 a 9.0
9.008
Desde 0.0 a 4.5
4.507
Desde 0.0 a 10.0
10.005
Desde 0.0 a 5.0
5.010
Histéresis (hysteresis): Es la diferencia entre los valores indicados por el instrumento para un valor cualquiera del campo de medida cuando la variable recorre toda la escala en sentido ascendente y descendente. Se expresa como porcentaje del alcance.
Por ejemplo, si un termómetro de 0-100 ℃, para el valor de la variable 40 ℃, la temperatura es de 39.9 ℃ al subir la temperatura desde 0 ℃, e indica 40.1 ℃ al bajar la temperatura desde 100 ℃, el valor de la histéresis es de:
\[\frac{40.1 \ \mathrm{ ºC} - 39.9 \ \mathrm{ ºC}}{100 \ \mathrm{ºC} - 0\ \mathrm{ºC}} 100 = \pm 0.2\%\]