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.
1. 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.
2. 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
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.
