INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

CARACTERÍSTICAS DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN

Características como la exactitud, resolución, sensibilidad, ancho de banda, y otras como la reacción ante los cambios de temperatura ambiente constituyen el conjunto conocido como características estáticas y dinámicas de los instrumentos; y se consideran como los elementos básicos de una medida. Estos elementos se incorporan con el fin de caracterizar los instrumentos electrónicos y, en consecuencia, seleccionar el más adecuado a nuestra aplicación.

Características estáticas: Describen el comportamiento de un sensor o sistema de medida cuando la magnitud a medir permanece constante en el tiempo o varía tan lentamente que se puede considerar constante.

• Curva de calibración: Estas permiten obtener una relación directa punto a punto de la señal de salida en función de la entrada y viceversa si es necesario. Para definir la curva de calibración adecuadamente se necesita como mínimo indicar su forma y sus límites.

• Rango o campo de medida: Es el conjunto de los valores correspondientes a la variable que es objeto de la medida, y que están comprendidos dentro de los límites superior e inferior de la capacidad de medida del instrumento.
•  Fondo de escala: Es la diferencia entre los límites superior e inferior de medida.

• Salida a fondo de estala: Diferencia entre las salidas para los extremos del campo de medida.   
• Sensibilidad: Pendiente de la curva de calibración, si es constante se dice que el sistema es lineal
• No linealidad: Es la máxima desviación de la curva de calibración con respecto a la línea recta por la que se ha aproximado, suele expresarse en porcentaje (%) con respecto al alcance.
  

•  Zona muerta: Es la región de valores de la variable que no hace variar la indicación del instrumento.
  

• Histéresis: El amortiguamiento más el rozamiento hace que haya un consumo de energía en la carga y descarga de los instrumentos, debido a eso la curva de calibración ascendente no coincida con la descendente y a la diferencia entre estas dos curvas se definió como la histéresis.
  

• Deriva: Es la variación de algún aspecto de la curva de calibración con respecto a algún parámetro ambiental, siempre que el parámetro no sea el objeto de la medida.

• Saturación: Nivel de entrada a partir de la cual la sensibilidad disminuye de forma significativa, incluso volviéndose nula.

•     Resolución: Es el incremento mínimo en la variable de entrada que ofrece un cambio medible en la salida.

Características dinámicas:

La mayoría de los instrumentos deben procesar señales que son funciones en el tiempo. Es por ello que se requiere considerar características dinámicas en el instrumento.

Este comportamiento es distinto al que presentan los sistemas cuando las señales de entrada son constantes debido a la presencia de inercias (masas, inductancias), capacidades (eléctricas, térmicas) y en general elementos que almacenan energía.

El comportamiento dinámico de un sensor viene descrito por su función de transferencia.

Función de transferencia: Matemáticamente expresa la relación entre la señal de entrada y la señal de salida. Si es conocida la función de transferencia, la salida puede ser conocida  a partir de cualquier entrada.

Evaluación de la respuesta dinámica: Una señal de entrada del tipo escalón permite conocer la respuesta del sistema frente a cambios abruptos en su entrada. Así mismo, nos da una idea del tiempo de establecimiento de la señal, es decir, cuanto se tarda el sistema en alcanzar su estado estacionario.

Los sistemas pueden tener muchos tipos de respuestas al escalón, eso depende del orden del numerador y el denominador de su respectiva función transferencia. Esto está relacionado también con el orden del sistema.

·         Sistema de orden cero: En un sistema de orden cero, el sensor responde instantáneamente y no es necesario especificar características dinámicas (el sistema no incorpora elementos almacenadores de energía).

y(t)=kx(t)

·   Sistema de orden uno: Se representan por una ecuación diferencial de primer orden. Contienen un elemento que almacena energía y otro que la disipa. Se caracteriza por fc o τ (ambos están relacionados)  La frecuencia de corte es el parámetro fc=1/(2πτ) de la función de transferencia. A esta frecuencia el error dinámico es del -30% (la amplitud de la salida se reduce en -3dB o 1/√2). Para un error dinámico inferior al 5% el rango de frecuencia va dc a 0.1fc. La constante de tiempo es el parámetro τ de la función de transferencia. Corresponde a un tiempo de respuesta del 63%.

Sistema de orden dos: Es de segundo orden cuando tiene dos elementos de almacenamiento de energía y otros dos que la disipan, se obtiene resolviendo la ecuación diferencial de segundo orden. Se caracteriza por el factor de amortiguamiento, es el parámetro ζ de la función de transferencia y es la relación entre el amortiguamiento real y el amortiguamiento crítico del sistema. Cuando la respuesta del sensor es lo más rápida posible sin overshoot, la respuesta está críticamente amortiguada. Cuando hay overshoot la respuesta es subamortiguada  y cuando es más lenta es sobreamortiguada.