Especificaciones en la instrumentacion de medida

Especificaciones en la instrumentacion de medida

1. Grado de precisión de los instrumentos de medición

2. ESPECIFICACIONES EN LA INSTRUMENTACION DE MEDIDA La especificación es un instrumento de medida es la descripción escrita de su comportamiento que objetivamente cuantifica sus posibilidades. Sin embargo, no todos los fabricantes especifican con los mismos criterios o, tan siquiera, con los mismos parámetros. Además, hay fabricantes agresivos que presentan unas especificaciones aparentemente superiores a las reales, mientras que otros mas conservadores, prefieren especificar el comportamiento del peor de sus equipos. Las especificaciones definen el comportamiento no de un equipo en particular, sino de todos los equipos del mismo lote o del mismo modelo. por ello, es habitual que las especificaciones de un modelo se presenten de tal forma que un gran porcentaje de los equipos de aquel modelo se comporten al menos tan bien como se presenta en sus especificaciones.

3. ¿Qué parámetros definen el comportamiento de un equipo de medida y como lo cuantificamos de forma objetiva? 1.- ERROR EN LA MEDIDA.- En metrología se asume que toda la cantidad a medir un valor verdadero, este valor verdadero es el que se obtendría con un instrumentos de medida perfecto. Sin embargo, en metrología también se reconoce que tal instrumento ideal no existe, por lo que el verdadero valor de medida no se conocerá. Para soslayar esta limitación se recurre al concepto de «valor convencionalmente verdadero», es decir el valor de la medida que, a efectos prácticos, se considera como suficiente próximo al verdadero. 2.- EXACTITUD Y PRESICION.- Una forma de mejorar la información dada por un instrumento de medida es repetir muchas veces la misma medidas en las mismas condiciones. Si el equipo de medida tiene resolución suficiente, nos podemos encontrar que las distintas realizaciones de la medida dan resultados diferentes. En definitiva, el comportamiento de un equipo de medida se define en términos de su exactitud y precisión. Un instrumento de medida es tanto mas exacto cuanto mas próximo esta el valor medio de las N medidas al valor convencionalmente verdadero. Y el mismo instrumento será mas preciso. 3.- TOLERANCIA.- la precisión y exactitud de un equipo determinan perfectamente sus posibilidades de medida. Sin embargo, no todas los quipos de un mismo modelo tienen idénticas precisiones y exactitudes. Además, estas no se mantienen constantes con el tiempo; lo mas normal es que los equipos degraden paulatinamente sus prestaciones.

4. INCERTIDUMBRE DE UNA MEDIDA Según el vocabulario internacional de metrología, VIM, la incertidumbre de una medida es una estimación que caracteriza el rango de valores en el cual se sitúa el verdadero valor de una magnitud de medida (VIM 3.9, 1984) Dado que los instrumentos de medida no son perfectos, siempre habrá incertidumbre sobre la veracidad de las medidas que proporcionan. Ejemplo: cuando una balanza indica que el peso de una persona es de 75Kg, sabemos que no tenemos la certeza de que este sea el peso real de la persona. Dependiendo de la precisión y exactitud de la balanza podemos estimar que el peso real esta en un entorno mas o menos próximo a 75Kg. Grado de Precisión La precisión representa la posibilidad de repetición entre varias medidas de la misma cantidad. La concordancia entre varios valores medidos de una misma cantidad implica precisión, pero no exactitud. La medida de acercamiento de la medición al valor medio se expresa como precisión de la medida y el acercamiento al valor real exactitud. Hay muchos grados de precisión según sea el objeto del trabajo El grado de precisión que se obtiene en una medición de campo depende de la sensibilidad del equipo, de la destreza del observador y de las condiciones ambientales imperantes . ¿QUÉ REQUISITOS DEBE CUBRIR UN INTRUMENTO DE MEDICION? Toda medición o instrumento de recolección de datos debe reunir dos requisitos esenciales; confiabilidad y validez . LA CONFIABILIDAD de un instrumento de medición se refiere al grado de precisión o exactitud de la medida, en el sentido de que si aplicamos repetidamente el instrumento al mismo sujeto u objeto produce iguales resultados. Es el caso de un balanza o de un termómetro, los cuales serán confiables si al pesarnos o medirnos la temperatura en dos ocasiones seguidas, obtenemos los mismos datos . LA VALIDEZ se refiere al grado en que un instrumento mide la variable que pretende medir. Por ejemplo, un test de inteligencia no será válido, si lo que mide es realmente memoria y no inteligencia. Ciertas variables como el sexo, la nacionalidad, son muy fáciles de observar o de preguntar y obtener una respuesta válida. Pero cuando se trata de diversas variables que se trabajan en ciencias sociales como motivaciones, actitudes, sentimientos, emociones, etc., la validez de un instrumento que pretenda medirlas se torna más compleja, y por lo tanto, cabe preguntarse si ¿realmente el instrumento estará midiendo lo que pretende medir?

5. Según el estándar ANSI/ISA-S5.1-1984 (1992 ) El objetivo de este estándar es establecer una manera uniforme de designar instrumentos y sistemas de instrumentación usados para medición y control. Para ello, se presenta un sistema de designación que incluye códigos y símbolos de identificación.  2.1.- General 2.1.1.- El estándar reconoce las necesidades de cada usuario y ofrece métodos alternativos de simbolismo . 2.1.2.- Los símbolos para equipos de procesos no forman parte de este estándar, pero son incluidos sólo para ilustrar las aplicaciones de los símbolos de instrumentación . 2.2.- Aplicación en la industria . 2.2.1.- El estándar es aplicable en química, petróleo, generación de energía, aire acondicionado, refinerías y muchas otras industrias procesadoras . 2.2.2.- Ciertos campos, como astronomía, navegación y medicina usan instrumentos especializados que son distintos a los instrumentos convencionales de procesamiento industrial. No se ha hecho un esfuerzo específico para que el estándar reconozca los requerimientos de estos campos. Sin embargo, se espera que sea lo suficientemente flexible para reconocer muchas de las necesidades de los campos especiales . 2.3.- Aplicación en el trabajo 2.3.1.- El estándar es aplicable siempre que se necesite una referencia a algún instrumento o función de sistemas de control para fines de simbolización e identificación. Tales referencias pueden ser requeridas tanto para los siguientes usos como para otros : Planos de diseños. Ejemplos en clases. Discusiones (debates, exposiciones), libros y papeles técnicos. Diagramas de sistemas de instrumentación, diagramas de lazos y diagramas lógicos. Descripciones funcionales. Diagramas de flujo: procesamiento, mecánica, ingeniería, sistemas, instalaciones de tuberías ( piping ) e instrumentación. Planos de construcción. Especificaciones, órdenes de compra, manifiestos y otras listas. Identificación (rotulación) de instrumentos y funciones de control. Instrucciones, dibujos y grabaciones de instalación, operación y mantenimiento.

6. 2.3.2.- El estándar intenta proveer suficiente información para capacitar a cualquiera (que tenga un conocimiento razonable de procesos) para revisar documentos describiendo procedimientos de medición y control para entender su significado dentro de los procesos. El conocimiento detallado de un especialista en instrumentación no es un pre requisitos para entenderlo . 2.4.- Aplicación en clase de instrumentación y en funciones de instrumento. Los métodos de simbolismo e identificación dados en este estándar son aplicables en todas las clases de instrumentación de control y medición. Pueden ser usados no sólo para describir instrumentos discretos y sus funciones, sino también para describir las funciones análogas de sistemas, los cuales son denominados display compartido, control compartido, control distribuido y control de cálculo . 2.5.- Límite de identificación funcional. El estándar sirve para la identificación y simbolización de las llaves de función de un instrumento. Los detalles adicionales son mejor descrito en una apropiada especificación, hojas de datos, u otros documento propuesto para lo que se requiera como detalles . 2.6.- Límite de la identificación de circuitos: El estándar cubre la identificación de un instrumento y los demás instrumentos o funciones de control asociadas con él dentro de un circuito. El usuario es libre para aplicar identificación adicional por número de serial, número de unidad, número de área, numero de planta u otras maneras.

7. Factores que pueden afectar un instrumento Errores  sistemáticos Son los que se repiten constantemente y afectan al resultado en un sólo sentido (aumentando o disminuyendo la medida). Pueden ser debidos a un mal calibrado del aparato, a la utilización de fórmulas (teoría) incorrectas, al manejo del aparato de forma no recomendada por el fabricante, etc. Estos errores sólo se eliminan mediante un análisis del problema y una "auditoría" de un técnico más cualificado que detecte lo erróneo del procedimiento . Errores accidentales o aleatorios No es posible determinar su causa. Afectan al resultado en ambos sentidos y se pueden disminuir por tratamiento estadístico: realizando varias medidas para que las desviaciones, por encima y por debajo del valor que se supone debe ser el verdadero, se compensen. El factor humano El "medidor" (observador) puede originar errores sistemáticos  por una forma inadecuada de medir, introduciendo así un error siempre en el mismo sentido. No suele ser consciente de cómo introduce su error. Sólo se elimina cambiando de observador. El observador puede introducir también errores accidentales por una imperfección de sus sentidos. Estos errores van unas veces en un sentido y otros en otro y se pueden compensar haciendo varias medidas y promediándolas.

8. Factores ambientales La temperatura, la presión, la humedad, etc pueden alterar el proceso de medida si varían de unas medidas a otras. Es necesario fijar las condiciones externas e indicar, en medidas precisas, cuales fueron éstas. Si las condiciones externas varían aleatoriamente durante la medida, unos datos pueden compensar a los otros y el error accidental que introducen puede ser eliminado hallando la media de todos ellos . La medida: Normas UNE La medida debe ser exacta: debe reflejar lo más exactamente posible, con un número, la cantidad de magnitud medida. La aproximación al "valor verdadero o valor real" depende de la sensibilidad del aparato y del proceso de medida . AENOR es la Asociación Española de Normalización y Certificación. Es la encargada de elaborar las normas de Metrología y Calibración . La norma UNE 82009-1, lleva por título "Exactitud (veracidad y precisión) de resultados y métodos de medición. Se corresponde con la norma internacional ISO 5725-1 :1994. En ella se establecen las definiciones, conceptos y procedimientos para medir . En esta norma, el término general "exactitud" se utiliza para referirse conjuntamente a la "veracidad" y a la "precisión". Hoy se sustituye "exactitud" por "veracidad". La "veracidad" de un método de medida, y por lo tanto de una medida, es tal si logra el valor verdadero de la propiedad que se mide . Se comprueba la "veracidad" del método midiendo contra un valor conocido de antemano: un patrón. La calidad de una medida la indican sus errores absoluto y relativo. Es tanto mejor cuanto menor sea su error relativo . La "veracidad " de un proceso, dicen los manuales de la industria, se expresa por su desviación o sesgo (error absoluto o imprecisión). Toda medida, por muy exacta que sea, va siempre acompañada de una imprecisión o incertidumbre. La imprecisión acota entre que valores debe estar el "valor verdadero".

9. Los instrumentos según UNE Deberán tener las siguientes cualidades : Rapidez Es rápido si necesita poco tiempo para su calibración antes de empezar a medir y si la aguja o cursor alcanza pronto el reposo frente a un valor de la escala cuando lanzamos la medida. La aguja no oscila mucho tiempo . Sensibilidad Es tanto más sensible cuanto más pequeña sea la cantidad que puede medir. Una balanza que aprecia mg es más sensible que otra que aprecia gramos. Fidelidad Un aparato es fiel si reproduce siempre el mismo valor, o valores muy próximos, cuando medimos la misma cantidad de una magnitud en las mismas condiciones. La confiabilidad   de un instrumento de medición se determina mediante diversas técnicas, las cuales se comentarán brevemente después de revisar el concepto de validez.

10. Este apunte se basa en ANSI / ISA versión 1992. vea ISA-S51.1 y el ISA-S75 El estándar es recomendable emplearlo cada vez que se requiera cualquier referencia para un instrumento o para una función de control de un sistema con los propósitos de identificación y simbolización Para la comprensión de esta norma se entregan las siguientes definiciones para un tratamiento mas completo vea ISA-S51.1 y el ISA-S75 de las series estándar. los términos entre comillas en una definición son también detallados en esta sección . Detalles técnicos para instrumentos • Accesible.- (Accesible) Este término se aplica a un dispositivo o una función , la cual puedes usarse o verse por un operador, con el propósito de efectuar acciones del control Por ejemplo: Cambiar el Set Point , Transferencia Manual Automático, Acciones de ON OFF • Alarma.- ( Alarm ) Un dispositivo o función que señala la existencia de una condición anormal por medio de un cambio discreto audible o visual o ambos cuyo objetivo es atraer la atención. No se recomienda que se emplee el término switch de alarma o alarma en general para designar un dispositivo, que realiza una acción simple como abrir o cerrar un circuito que podría considerarse como una situación de desconexión enclavada normal o anormal o poner en servicio, parar, o actuación de una luz piloto o un dispositivo de alarma o similares. El primer dispositivo se designa correctamente como un switch de nivel, un switch de flujo, etc. Debido que el abrir y cerrar es lo que el dispositivo realiza. El dispositivo puede designarse como alarma solamente si el dispositivo mismo contiene la función de alarma

11. • Asignar .- ( Assignable )Termino aplicado a la indicación que permite dirigir o canalizar una señal a un dispositivo u otro elemento sin la necesidad de unir o cambiar alambrado. • Estación Auto – Manual.- (Auto – manual station ) Sinónimo de Estación de Control • Globo .-( balloon ) Sinónimo de burbuja o de círculo simple que encierra un número o una letra • Detrás del panel.-( Behind the panel) Un término aplicado a una localización que esta dentro de una área que contiene (1) el panel de instrumento(2 ) conexiones y montaje asociado, o (3) que esta encerrada dentro del panel o tablero.. . Los dispositivos “detrás del panel” se refiere a que en condición normal no es accesible por el operador. • Binario ( Binary ) Término aplicado a una señal o dispositivo que solamente tiene dos posiciones discretas o estados. Al usarse de manera simple como “señal binaria que es opuesta a señal análoga significa dos estados posibles ON – OFF o High - Low ejemplo aquel que no representa un estado continuo • Placa .-( Board ) Sinónimo de panel • Burbuja.-( Bubble ) El símbolo circular tiene como propósito identificar un instrumento o una función y puede tener un número como etiqueta. • Dispositivo computacional.-(Computing divice ) Un dispositivo o función que realiza uno o más cálculos u operaciones lógicas o ambas, enviando como resultado una o más señales de salida. Algunas veces se le llama relé computacional. •Configurable .-(Configurable) Termino aplicable a un dispositivo o sistema cuyas características funcionales pueden seleccionarse o arreglarse a través de una programa u otros métodos. Este concepto excluye el “ realambrado ” como medio de alterar una configuración.

12. • Controlador.- ( Controller ) Un dispositivo que tiene una salida que varia para regular una variable controlada de una manera especifica. Un controlador puede tener instrumentos análogos o digitales o puede ser equivalente a un instrumento en un sistema de “control distribuido “. Un contralor automático varia su salida automáticamente en respuesta a una entrada directa o indirecta en la medición de variables de un proceso ..En cambio un controlador manual es “una estación local” y su salida no depende de la medición de las variables del proceso, por lo tanto su ajuste es manual. Un controlador puede estar integrado con otros elementos funcionales en un lazo de control • Estación de Control.-(Control station ) Una estación de carga manual es la que permite la interrupción entre el modo manual y el automático de un lazo de control, se puede decir que es la interface del operador con un sistema de control distribuido y puede relacionarse como estación de control • Válvula de Control.-(Control valve ) dispositivo que comúnmente es actuada manualmente en acciones ON OFF o semi actuada, que permite manipular el flujo en uno o más procesos de fluidos. Válvula de control manual estará limitada a la actuación manual de la válvula(1 ) que son usadas para acelerar o “estrangular”, (2) requiere identificación como un instrumento

13. • Convertidor.-( Converter ) Dispositivo que recibe señal de información desde un instrumento de una forma y envía una señal hacia una salida bajo otra forma. Un instrumento que cambia salida del sensor a una señal estándar no es propiamente un convertidor sino un transmisor. Típicamente un elemento de temperatura (TE) se puede conectar a un transmisor(TT) no a un convertido (TY). Un convertidor algunas veces se puede referir a un transductor, sin embargo , este término es completamente general y su empleo especifico en conversión de señales no se recomienda • Digital.-(Digital) Término aplicado a una señal o dispositivo que usa dígitos binarios para representar valores continuos o estados discretos • Sistema de Control Distribuido.-( Distribuided control system ) Un sistema que opera funcionalmente integrado consistiendo en subsistemas que pueden operar física y remotamente separados unos de otros • Elemento Final de Control.- (Final control element ) El dispositivo que directamente controla el valor de la variable manipulada de un lazo de control a menudo resulta ser una válvula de control • Función.-( Function ) El propósito de o una acción efectuada por un dispositivo • Identificación.-( Identification ) La Secuencia de dígitos o letras o ambos empleado para designar un instrumento o un lazo

14. • Instrumento.-( Instrument ) Un Dispositivo usado directa o indirectamente para medir y/o controlar una variable . El término incluye elementos primarios , elementos finales de control, dispositivos computacionales, y dispositivos eléctricos tales como anunciadores, interruptores y pulsadores El término no se aplica a partes(por ejemplo un fuelle receptor o resistencias ) que son componenetes internas de un instrumento. • Instrumentación.-( Instrumentation ) Una colección de instrumentos o su aplicación para el propósito de observar , medir , controlar o combinaciones de estas. • Local.-(Local) La ubicación de un instrumento que no esta en un panel o consola y no esta montado en una la sala de control. Los instrumentos locales están comúnmente en la vecindad de un elemento primario o de un elemento final de control. La palabra “campo” ( field ) se usa comúnmente como sinónimo de local • Panel Local.- (Local panel)Un panel local no es un panel principal. Los paneles locales se ubican en las cercanías de los subsistemas o sub áreas de la planta. El término “panel de instrumentación local” no debe confundirse como “instrumento local” • Lazo o Loop .- Combinación de dos más instrumentos o arreglo de funciones de control también el paso de señales de uno a otro con el propósito de medir y/o controlar una variable de un proceso • Estación de carga Manual.-(Manual loading station ) Dispositivo o función que tiene un ajuste manual de la salida usado para actuar con uno o más dispositivos de control remoto La estación no provee interruptores entre el modo de control manual o automático de un lazo de control.( ver controlador y estación de controlador) La estación puede tener indicadores integrados a ella; luces, u otros características. Se le conoce como estación manual o carga manual. • Medición.-( Measurement ) Determinación de la existencia o magnitud de una variable • Monitor.- Termino general para un Instrumentos o sistemas de instrumentos que miden o detectan el estado o magnitud de una o más variables con el propósito de obtener una información útil. El término monitor es muy ambiguo se asocia generalmente con analizadores, indicadores o alarmas. En algunos casos se usa como verbo “monitorear” • Luz Monitor.-(Light monitor)Sinónimo de luz piloto

15. • Panel.- Una estructura que tiene un grupo de instrumentos montados en ella , que encierra interfaces para el operador del proceso y es seleccionada con una designación única. El panel puede consistir en una o más secciones , cubículos, consolas o escritorios, sinónimo de tablero ( board ) • Panel de Montaje-(Panel – mounted ) Termino aplicado a un Instrumento que están instalados en un panel o consola y son accesibles al operador en forma normal. Una función que normalmente es accesible a un operador en un sistema de visualización compartida, es el equivalente de un dispositivo montado en un panel discreto. • Luz Piloto.-( Light pilot ) luz que indica cual son las condiciones normales de un sistema o dispositivo. Por ejemplo luz de alarma que indica condición anormal . Se le conoce también como luz monitor • Elemento Primario.-( Primary element ) sinónimo de sensor o detector • Proceso.-( Process ) Cualquier Operación o secuencia de operaciones que involucra unl cambio de energía, estado, composición, dimensión u otras propiedades que pueden definirse respecto a una referencia • Variable de Proceso.-( Process variable) Cualquier variable perteneciente a un proceso En esta norma se aplica para todas las variables que no sean las de señales de instrumentación • Programa.-( Program ) Secuencia repetitiva de acciones que definen el estado de salidas relacionadas con los valores dado por las entradas • Controlador Lógico Programable.- Dispositivo que posee múltiples entradas y salidas y que contiene un programa modificable • Relé.- dispositivo cuya función es pasar una información inmodificable a o en alguna forma modificada Se ua a menudo como un medio “dispositivo computacional .” El ultimo termino es preferido Se aplica específicamente en electricidad, neumática o hidráulica como interruptor que actúa bajo una señal, también es aplicable a funciones efectuadas por un rele • Scan .- Para “monitorear” en una forma predeterminada el estado cada una de las variables de un proceso en forma periódica, puede estar asociado con otras funciones como alarma y memoria. • Sensor.- Parte de un lazo o un instrumento que primero sensa el valor de la variable de un proceso y que asume el valor correspondiente predeterminado para el estado de la salida. El sensor puede estar separado o integrado a cualquier elemento funcional del lazo. Se le conoce también como detector o elemento primario.

16. • Set point .- Punto de referencia para una variable de entrada que establece el valor deseado de la variable a controlar. Se puede establecer en forma manual , automáticamente o programada. Su valor se expresa en la misma unidad que la variable controlada • Display de Pantalla.- Dispositivo de interfaz, para el operador, Comúnmente pantalla de video empleada para controlar información desde de las fuentes hacia el operador • Controlador compartido ( Shared controller ).- Elemento que contiene algoritmos preprogramados que usualmente son accesibles, configurables y asignables, permitiendo que un solo dispositivo controle varias variables • Interruptor ( Switch ).- Dispositivo que conecta, desconecta, selecciona o transfiere uno o más circuitos y no esta designado como un controlador , como un relé o como una válvula de control. Como verbo el termino también es aplicable a las funciones efectuadas por los switch • Punto de Prueba (Test Point).- Es una Conexión al proceso con instrumentos no conectados permanentemente, es por extensión una conexión temporal o intermitente de un instrumento. • Transductor ( Transducer ) .- Termino general para un Dispositivo que recibe información de una o más formas de cantidades físicas, modificando esta información y/o su forma produciendo una señal de salida. Dependiendo de su aplicación en el proceso puede ser un elemento primario , transmisor, relé , convertidor u otro dispositivo. Pero el termino transductor no es especifico, su uso para aplicaciones especificas no se recomienda. • Transmisor.-( Transmitter ) Dispositivo que detecta la variable de un proceso por medio de un sensor y tiene una salida cuyo valor en el estado estable varia como una función predeterminada de la variable del proceso. El sensor puede o no estar integrado al transmisor

17. conclusiones Las especificaciones de los equipos de instrumentación pueden presentarse de muy diferentes formas pero, en cualquier caso deberían ser por una parte lo suficientemente completas para poder anticipar la amplitud del instrumento en las diferentes condicionen de uso y, por otra fáciles de interpretar y usar. La precisión y exactitud de un instrumento de medida determina cuantitativamente su comportamiento, aunque estas especificaciones solo se detallan en los equipos de medidas de mas altas prestaciones. El comportamiento global de un conjunto de equipos se presenta en términos de tolerancia el fabricante puede expresar la tolerancia como error máximo posible en cualquiera de los instrumentos de un mismo lote o modelo aunque habitualmente especifica la tolerancia en términos del comportamiento estadístico de las muestras seleccionadas durante el control de calidad de su producción. El resultado de una medida se debe expresar mediante un intervalo que a priori pueda contener su verdadero valor con una cierta probabilidad, ala hora de calibrar o verificar un instrumento e medida es necesario emplear un patrón con al menos una incertidumbre veces inferior ala propia del equipo a calibrar de esta forma prácticamente evitaremos que equipos que estén fuera de especificaciones sean dados como buenos, esta proporción es especialmente recomendable en las calibraciones hechas en campo a partir de una sola medida.