3) El sensor:
Como se menciono anteriormente un sensor es un transductor de entrada que mide una determinada variable de un proceso. Sensores son por ejemplo el termómetro que se encarga de medir la temperatura por medio la dilatación del mercurio, o una balanza que mide la masa por medio del desplazamiento. En los dos casos mencionados la medida se da de manera directa, es decir, no requiere un procesamiento para obtener el valor de la medida. Sin embargo, existen medidas que después del sensor requieren un procesamiento antes de poder ser visualizadas.
3.1) Clasificación.
Existen diferentes tipos de sensores, y se los puede clasificar según:
- Origen de la señal: la señal que emiten puede ser una señal generada por sus propios medios o por la modulación de una señal suministrada al sensor.
- Tipo de información: la información que da el sensor puede encontrarse en data digital o data analógica.
- Sistema del sensor: el sistema de medición puede ser abierto, es decir, de deflexión, donde solo se mide la variable de un proceso y se muestra, o puede ser un sistema cerrado de medición, un sistema de control, o un sistema de comparación, donde el valor de medido en lugar de mostrarse se compara con una referencia para ser introducido en el proceso como una de sus variables
- Variable de medición: los sensores se pueden clasificar de acuerdo a la variable que miden que puede ser velocidad, presión, nivel, caudal, longitud, temperatura, etc.
- Naturaleza del sensor: eléctricamente, los sensores son cargas que se añaden al circuito y por lo tanto pueden tener comportamientos resistivos, inductivos, capacitivos, etc. que sin un ajuste de impedancias adecuado podrían alterar el funcionamiento del circuito.
3.2) Interferencias.
Es posible que la medida se afecte por las perturbaciones que pueden ser internas o externas. Si los componentes que forman en sensor producen ruido o alguna desviación sobre la medida se puede considerar a la perturbación interna. Sin embargo, si la perturbación es externa probablemente se presente como una interferencia que afecte el método de medida. Las perturbaciones más importantes en cuanto a sistemas eléctricos se denominan perturbaciones electromagnéticas, que se conforman por todo tipo de ondas de radio, luz o calor, y afecta el campo eléctrico y magnético alrededor del sensor generando errores en las medidas.
3.3) Compensación de errores
Cuando se observe que un error es repetitivo y deja de ser aleatorio, es recomendable utilizar una compensación de error para que el sistema trabaje de manera adecuada. Por ejemplo, si un termómetro mide siempre un grado por encima de la temperatura real, se debe realizar un ajuste en el procesamiento para restarle uno al valor que devuelve el termómetro. Dicho proceso se denomina compensación de errores, se realiza tanto para perturbaciones externas (interferencias) como para perturbaciones internas (de los componentes), y es muy importante si se quieren obtener resultados exactos y precisos.
4) Características estáticas de los sistemas de medida.
Los sistemas de medidas poseen ciertas características que permanecen constantes en el instrumento. Entre ellas están:
- Margen de medida: En un instrumento de medición el margen de medida es el rango que valores que el instrumento puede medir. Es un rango dentro del cual, los valores que recibe el sensor son tomados como posibles. Fuera de este rango cualquier valor será tomado como improbable o como un error.
- Fondo escala: Es el máximo valor posible a medir con un determinado instrumento, lo cual no implica el rango de medida posible. Por ejemplo, para una balanza que pese entre 100 y 200kg, el fondo escala será de 200 unidades.
- Alcance: Es el rango de valores que puede medir el instrumento. Siguiendo el ejemplo anterior de una balanza que mida entre 100 y 200kg, el alcance será de 100kg, es decir, el valor máximo posible a medir menos el valor mínimo posible a medir.
- Resolución: Es el valor mínimo que se puede medir según la escala del instrumento, es decir, si la balanza aumenta de 10 en 10kg, esta será su resolución. Cabe destacar que generalmente se prefiere instrumentos con baja resolución, ya que estos permiten resultados más cercanos a la realidad.
- Margen dinámico: Es la relación entre el alcance y la resolución. Su valor numérico se obtiene por la división del alcance entre la resolución, por lo tanto mientras myor sea el margen dinamico mejor posibilidades hay de medir de manera más exacta.
- Sensibilidad: Es la relación entrada-salida del sensor. Para obtener su valor numérico basta con dividir el valor de la salida del sistema entre el valor de la entrada.
- Histéresis: Según la teoría fundamental de las mediciones, estas no deben efectuarse cuando la variable este subiendo o bajando (como se da el caso con la histéresis), sino cuando se llegue a un valor estable. Sin embargo, en muchos casos, esto no es posible por el mismo sistema de control.
- Linealidad: Si el sistema posee un comportamiento no lineal, el sensor deberá encargarse de mostrar al usuario una medida que sea relativa al valor real. Por este motivo generalmente se recurre a la linealidad donde se hacen coincidir el punto inicial y el final en una curva (en ocasiones se toman puntos intermedios para mejorar sus resultados).
- Precisión: La precisión de un instrumento se refiere a la capacidad de arrojar resultados cercanos entre sí; sin importar que el valor medido este cerca del valor real, un instrumento será preciso cuando todas las mediciones resulten valores muy similares.
- Exactitud: La exactitud de un instrumento se refiere a la capacidad de acercarse lo más posible al valor real. Un instrumento cuyo promedio de medidas tomadas de cómo resultado el valor real será un instrumento exacto.
5) Características dinámicas.
Las características dinámicas de un sensor son las que dependen del movimiento o variación en el tiempo de la salida del sensor. Entre las más importantes están el slow rate y el rechazo en modo común. El slow rate describe el tiempo mínimo del sensor para pasar de un estado a otro, por ejemplo, en un opamp que trabaje sin realimentación describe el tiempo mínimo necesario para que el opamp pase de más saturación a menos saturación. Generalmente es un dato que provee el fabricante del instrumento de medida, y se asume que para un control rápido que sea estable es necesario que por lo menos la velocidad de cambio del control sea mayor a la del sensor; por ejemplo, si un sensor tarda 10 segundos en detectar un cambio, el controlador pasará 10 segundos más de lo necesario emitiendo una señal errada y haciendo que se alcance la estabilización más tarde. El error dinámico es la diferencia entre el valor real y el valor medido en el tiempo, es decir, cuando el error estático es nulo.
6) Características de entrada.
Las características de entrada de un sensor se determinan por medio del efecto de carga de este. Existen básicamente 2 tipos de variables: Variables de Flujo y Variables de Esfuerzo. Las variables de flujo son las que se miden en un punto del sistema, para la electrónica equivale a medir corriente en un punto del circuito. Las variables de Esfuerzo por el contrario, se miden entre 2 puntos del sistema, lo que equivale en electrónica a medir diferencia de potencial entre 2 puntos. Es decir, la diferencia radica en la forma como la información entra al sensor, que puede ser un cálculo diferencial o simplemente el flujo de información hacia el sensor.
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