SISTEMA DE MEDIDA

Es un conjunto de elementos cuya función es la asignación objetiva y empírica de un valor a una cualidad o propiedad de un objeto o evento, de tal forma que la describa.

CARACTERÍSTICAS DE UN SISTEMA DE MEDIDA

Estas se dividen básicamente en dos grupos: estáticas y dinámicas.

CARACTERÍSTICAS ESTÁTICAS

Relación entre la entrada y la salida cuando la entrada es constante o cuando ha transcurrido un tiempo suficiente para que la salida haya alcanzado el valor final.

• Exactitud:  Es la capacidad de un instrumento de dar indicaciones que se aproxime al verdadero valor de la magnitud medida. El valor exacto se obtiene mediante métodos de medición aprobados por la comunidad internacional. La exactitud de obtiene mediante la calibración estática que no es mas que medir poco a poco una variable, y se construye entonces el patrón de referencia.

• Precisión: Es la cualidad que caracteriza la capacidad de un instrumento de medida de dar el mismo valor de la magnitud medida, al medir varias veces en unas mismas condiciones determinadas, prescindiendo de su concordancia o discrepancia con el valor real de dicha magnitud.

 

• Linealidad: Expresa el grado de coincidencia entre la curva de calibración y una línea recta determinada. Hay varios tipos de linealidad:

• a. Linealidad independiente: la línea de referencia se obtiene por el método de los mínimos cuadrados. 
• b. Linealidad ajustada al cero: mínimos cuadrados pero que pase por cero.
  c. Linealidad terminal
  d. Linealidad a través de los extremos.
  e. Linealidad teórica: la recta es la definida por las previsiones teóricas formuladas al diseñar el sensor.
  
  
  En los sistemas de medida es más importante la precisión que la linealidad ya que la linealidad se puede corregir mediante programación, pero la precisión depende del método de medida.

• Sensibilidad: También llamado factor de escala es la pendiente de la curva de calibración, que puede ser o no constante a lo largo de la escala de medida. En los sensores se desea una alta sensibilidad y constante.

• Resolución: Es el incremento mínimo de la entrada para el que se obtiene un cambio en la salida.

• Histéresis: Se refiere a la diferencia en la salida para una misma entrada, según la dirección en que se alcance.

• Gama y Escala: La gama de un instrumento se define como la diferencia entre la indicación mayor y la menor que puede ofrecer el instrumento. La gama puede estar dividida en varias escalas o constar de una sola.

• Repetibilidad: Indica la proximidad entre medidas sucesivas realizadas en iguales condiciones.

• Curva de calibracion:

• Rango:

• Calibracion a punto cero:

• Calibracion:

• Reproducibilidad:

CARACTERÍSTICAS DINÁMICAS

Las características dinámicas de un sistema de medida describen su comportamiento ante una entrada variable.El tipo de entrada puede ser transitoria (impulso, escalón, rampa), periódica (senoidal) o aleatoria (ruido). 

• Función de transferencia:  
• Modelo matemático que a través de un cociente relaciona la respuesta de un sistema (modelada) a una señal de entrada o excitación (también modelada). Cualquier sistema físico puede ser representado como un conjunto de entradas y salidas. Ante una excitación en la entrada existirá una reacción de la salida.

• Caracterización de la función de transferencia
  Para hallar la función de transferencia de un sistema existen varias posibilidades, aunque ninguna de ellas resulte simple en la mayoría de los casos:
  
  Modelo Teórico: Relacionar teóricamente las variables del sistema, su linealización entorno a un punto de funcionamiento y la aplicación de la transformada de fourier o laplace. Este modelo sacrifica la exactitud del sistema.
• 
  
  Modelo empírico: Consiste en someter al sistema a determinadas excitaciones en la entrada y observar su salida, que muestra una buena parte del comportamiento del sistema.

SISTEMAS DE ORDEN CERO

En un sistema de orden cero se tiene que en la ecuación diferencial no hay 

derivadas, su respuesta temporal y frecuencial no experimentará cambios.

 

SISTEMAS DE PRIMER ORDEN

El parámetro dinámico que representa un sistema de primer orden es su constante de tiempo aunque se pueden definir otros parámetro que también pueden caracterizar lo rápido que resulta un sistema de primer orden como son tr y ts.

-Tiempo de subida (rise time, tr): Definido como el tiempo que transcurre entre que el sistema alcanza el 10% y el 90% del valor final.

-Tiempo de establecimiento (settling time, ts): Tiempo que tarda el sistema en alcanzar un parámetro establecido.

SISTEMAS DE SEGUNDO ORDEN

En sistemas de segundo orden la respuesta ante una entrada en escalón no tiene un aspecto único, sino que pueden presentarse tres casos diferentes según la inercia y la amortiguación que presente el sistema. Tenemos:

-Sistemas Sobreamortiguados: Sistemas lentos cuya respuesta es similar a la de un sistema de primer orden.

-Sistemas Subamortiguados: Sistemas rápidos que presentan sobrepaso al valor de estabilidad final.

-Sistemas Críticamente Amortiguados: Están entre los dos comportamientos anteriores, mas rápidos que los  sobreamortiguados pero con un aspecto de respuesta muy parecido.

Algunos conceptos a tener en cuenta de las características dinámicas son:

• Error dinámico: El error dinámico de un instrumento se define como la diferencia entre la cantidad indicada en un instante de tiempo dado y el verdadero valor del parámetro que se está midiendo.

• Tiempo de respuesta: Es el tiempo transcurrido entre la aplicación de una función escalón y el instante en que el instrumento indica un cierto porcentaje (90%, 95% o 99%) del valor final. Para instrumentos con aguja indicadora, el tiempo de respuesta es aquél que tarda la aguja en estabilizarse aparentemente, lo cual ocurre cuando ha llegado a un porcentaje determinado (por ejemplo 1%) de su valor final.

• Tiempo nulo: Es el tiempo transcurrido desde que se produce el cambio brusco a la entrada del instrumento hasta que él alcanza el 5% del valor final.

• Sobrealcance: En los instrumentos con aguja indicadora, la deflexión se produce debido a que se aplica una fuerza a la parte móvil. Dicha parte móvil tiene una masa, por lo que al aplicar la fuerza se origina un momento que puede llevar a la aguja más allá del valor correspondiente al de equilibrio. La diferencia entre el valor máximo y el valor final se denomina sobrealcance.

CONCEPTOS FUNDAMENTALES SOBRE MEDICIÓN

 Un requisito previo al estudio y conocimiento de los diferentes métodos e instrumentos de medición de las variables más características de los sistemas de hidráulicos de agua es establecer con propiedad una terminología precisa a la cual referirse, y cuya significación no ofrezca ambigüedad. De esta forma se definen a continuación los términos que con mayor difusión se emplean en el ámbito de la Medición (o Metrología), y de la Instrumentación. La definición de que cada uno de ellos se realiza permitirá establecer un lenguaje común sobre el cual desarrollar los conceptos instrumentísticos. 

CAMPO O RANGO DE MEDIDA

Se entiende por campo o rango de medida el conjunto de valores de la variable a medir comprendida dentro de la capacidad de medición y transmisión del instrumento; es decir, los valores para los cuales el aparato proporciona una lectura fiable.

 El campo de medición de una aparato suele definirse estableciendo los límites superior e inferior del rango de medición posible.

 Dependiendo de la situación relativa del valor "cero" de la variable medida dentro del rango de medición, se puede distinguir entre: 

Campo de medida con elevación del cero, si el cero queda fuera del campo de medición. En estos casos se denomina elevación del cero a la diferencia entre el límite inferior del rango de medida y el cero de la variable considerada.  

Campo de medida con supresión del cero, cuando el cero de la magnitud medida queda dentro del rango de estos casos medida. En estos casos no tiene sentido hablar de elevación del cero, pero se define el concepto de supresión del cero como la diferencia entre el valor mínimo del rango de medida y el cero de la variable.  

Tanto la elevación del cero como la supresión del cero pueden venir expresados en unidades de medida o bien como un porcentaje del alcance de la medición que se define a continuación. 

ALCANCE DE LA MEDICIÓN 

El alcance de la medición es un concepto asociado al de rango, que indica la capacidad de medición de que dispone el aparato independientemente de sus valores extremos. Se trata por tanto de un parámetro que establece entre dos aparatos de medida cuál tiene aplicación para una mayor variación de la magnitud a medir. 

La medición está completamente relacionada con las características del transductor o elemento primario del aparato de medida.  

Matemáticamente el alcance de la medida se expresa como la diferencia, entendida siempre en valor absoluto, entre los valores superior e inferior del campo o rango de medida del instrumento. 

Lógicamente se expresa en: 

 PROCEDIMIENTOS DE CALIBRACIÓN  

La calibración de un transductor es una operación de la mayor importancia, ya que de su correcta realización dependerá la posterior exactitud del instrumento.  

En la actualidad, la calibración adquiere una mayor importancia por la repercusión que tiene en el mantenimiento de los certificados de calidad de las empresas que utilizan instrumentación en sus procesos productivos, obligadas a garantizar permanentemente la exactitud de sus aparatos dentro de unos márgenes prestablecidas.

  

Los procedimientos de calibración y recalibración más utilizados son:  

Los manómetros de precisión:

Son manómetros con una clase metrológica más exigente que la convencional, y que llega a situarse en 0’1.  

A su vez, estos equipos facilitan la lectura mediante fieles con espejo y esferas graduadas de gran diámetro y mediante visualizadores digitales.   

La lectura analógica introduce un error añadido por el operario en su observación y la lectura digital elimina este error pero introduce uno nuevo debido a la resolución del conversor analógico/digital.  

Para la generación de la presión de referencia en el laboratorio se utilizan bombas de presión que puede ser accionadas manualmente o mediante un pequeño compresor.  

Si bien los manómetros de precisión no ofrecen la exactitud de las balanzas de pesas muertas, tienen la ventaja de ser sensiblemente más económicos y presentar una mayor transportabilidad. 

 MEDIOS DE TRANSMISIÓN: 

Los medios de canalización de transitorios de origen atmosférico son muy variados, pudiéndose citar entre los más habituales los siguientes:  

Líneas de transporte y distribución de energía eléctrica en AT/BT.  

Líneas y tendidos telefónicos.  

Elementos radiantes y receptores de emisiones electromagnéticas (antenas).  

Líneas de transmisión de señal y/o alimentación a elementos de campo.  

Líneas de comunicación de datos y buses industriales.  

FACTORES DE RIESGO  

La sensibilidad de una instalación frente a las descargas atmosféricas depende de múltiples factores existiendo unas condiciones que incrementan a prioridad dicho grado de sensibilidad, entre las que se pueden citar:  

Los lugares aislados.  

Las zonas elevadas, idóneas para la ubicación de depósitos de distribución por gravedad. Los tendidos aéreos, que deberán evitarse en la medida de lo posible. 

En este sentido, la tendencia actual consiste en el tendido soterrado de las líneas de distribución en AT incluso en BT frente al tradicional tendido de palos, con una menor repercusión sobre el medio ambiente y una mayor inmunidad frente a la inducción de transitorios eléctricos de origen atmosférico.  

MAGNITUD DE UNA DESCARGA ATMOSFÉRICA   

La Medición del Caudal en Abastecimientos Urbanos donde n, es un parámetro que depende del número de Reynolds. 

https://www.youtube.com/watch?v=FmsPiQFfKN4

ERRORES EN LA MEDICIÓN

Al hacer mediciones, las lecturas que se obtienen nunca son exactamente iguales, aun cuando las efectúe la misma persona, sobre la misma pieza, con el mismo instrumento, el mismo método y en el mismo ambiente (repetibilidad).

Los errores surgen debido a la imperfección de los sentidos, de los medios, de la observación, de las teorías que se aplican, de los aparatos de medición, de las condiciones ambientales y de otras causas.

Medida del error: En una serie de lecturas sobre una misma dimensión constante, la inexactitud o incertidumbre es la diferencia entre los valores máximo y mínimo obtenidos.

Incertidumbre = valor máximo - valor mínimo El error absoluto es la diferencia entre el valor leído y el valor convencionalmente verdadero correspondiente.

Error absoluto = valor leído - valor convencionalmente verdadero El error absoluto tiene las mismas unidades de la lectura.

El error relativo es el error absoluto entre el valor convencionalmente verdadero.

Error relativo = error absoluto valor convencionalmente verdadero Y como el error absoluto es igual a la lectura menos el valor convencionalmente verdadero, entonces:

Error relativo = valor leído -valor convencionalmente verdadero valor convencionalmente verdadero Con frecuencia, el error relativo se expresa en porcentaie multiplicándolo por cien.


Las causas de errores atribuibles al instrumento, pueden deberse a defectos de fabricación (dado que es imposible construir aparatos perfectos). Estos pueden ser deformaciones, falta de linealidad, imperfecciones mecánicas, falta de paralelismo, etcétera.

El error instrumental tiene valores máximos permisibles, establecidos en normas o información técnica de fabricantes de instrumentos, y puede determinarse mediante calibración.

Errores del operador o por el modo de medición: Muchas de las causas del error aleatorio se deben al operador, por ejemplo: falta de agudeza visual, descuido, cansancio, alteraciones emocionales, etcétera.

Instrumentos no calibrados o cuya fecha de calibración está vencida, así como instrumentos sospechosos de presentar alguna anormalidad en su funcionamiento no deben utilizarse para realizar mediciones hasta que no sean calibrados y autorizados para su uso.

Error por la fuerza ejercida al efectuar mediciones: La fuerza ejercida al efectuar mediciones puede provocar deformaciones en la pieza por medir, el instrumento o ambos.

Error por instrumento inadecuado: Antes de realizar cualquier medición es necesario determinar cuál es el instrumento o equipo de medición más adecuado para la aplicación de que se trate. Además de la fuerza de medición.

Deben tenerse presente otros factores tales como:

 Cantidad de piezas por medir.  

Tipo de medición (externa, interna, altura, profundidad, etcétera.).

Tamaño de la pieza y exactitud deseada. 

Se recomienda que la razón de tolerancia de una pieza de trabajo a la resolución, legibilidad o valor de minima división de un instrumento sea de 10 a 1 para un caso ideal y de 5 a 1 en el peor de los casos. Si no es así la tolerancia se combina con el error de medición y por lo tanto un elemento bueno puede diagnosticarse como defectuoso y viceversa. 

Errores por puntos de apoyo: Especialmente en los instrumentos de gran longitud la manera como se apoya el instrumento provoca errores de lectura. En estos casos deben utilizarse puntos de apoyo especiales, como los puntos Airy o los puntos Bessel Errores por método de sujeción del instrumento.

 El método de sujeción del instrumento puede causar errores un indicador de carátula esta sujeto a una distancia muy grande del soporte y al hacer la medición, la fuerza ejercida provoca una desviación del brazo. La mayor parte del error se debe a la deflexión del brazo, no del soporte; para minizarlo se debe colocar siempre el eje de medición lo más cerca posible al eje del soporte.

Error por distorsión: Gran parte de la inexactitud que causa la distorsión de un instrumentó puede evitarse manteniendo en mente la ley de Abbe: la máxima exactitud de medición es obtenida si el eje de medición es el mismo del eje del instrumento.

Error de paralaje: Este error ocurre debido a la posición incorrecta del operador con respecto a la escala graduada del instrumento de medición, la cual está en un plano diferente El error de paralaje es más común de lo que se cree. Este defecto se corrige mirando perpendicularmente el plano de medición a partir del punto de lectura. 

Error de posición: Este error lo provoca la colocación incorrecta de las caras de medición de los instrumentos, con respecto de las piezas por medir. 

Error por desgaste: Los instrumentos de medición, como cualquier otro objeto, son susceptibles de desgaste, natural o provocado por el mal uso. 

Error por condiciones ambientales: Entre las causas de errores se encuentran las condiciones ambientales en que se hace la medición; entre las principales destacan la temperatura, la humedad, el polvo y las vibraciones o interferencias (ruido) electromagnéticas extrañas.

 1. Humedad 

2. Polvo 

3. Tempereratura

https://www.youtube.com/watch?v=AZMvjZGvsHs&list=PLyIHNP_L7NyZz-mSEcTqkcS7y1jmw9ysj