Subido por Jesús Bolaina

Actividad 6 Ensayo T2

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CALIBRACIÓN Y
ACONDICIONAMIENTO DE SEÑAL
Asunción de Jesús Bolaina Pérez
Ingeniería Mecatrónica
Instituto Tecnológico Superior de Comalcalco
Comalcalco, Tabasco, México
jesusbolaina3@gmail.com
Resumen— Este ensayo aborda la importancia de los procesos en
la instrumentación y el control, con el objetivo de obtener
mediciones precisas y confiables. La calibración se utiliza para
asegurarse de que la señal del sensor es proporcional a la variable
física que se está midiendo, mientras que el acondicionamiento se
utiliza para preparar la señal del sensor para su procesamiento
por parte del sistema de control o adquisición de datos.
I. INTRODUCCIÓN
En el ámbito de la instrumentación y el control, es
necesario realizar la medición de diferentes variables
físicas, como la temperatura, la presión, el caudal,
entre otras. Para ello, se utilizan diferentes sensores
que convierten la variable física en una señal eléctrica,
la cual debe ser procesada y analizada para obtener la
información requerida. Sin embargo, antes de que se
pueda utilizar esta señal, es necesario realizar un
proceso
conocido
como
calibración
y
acondicionamiento de señal.
En este ensayo, se explicará en detalle qué es la
calibración y el acondicionamiento de señal, por qué es
necesario realizarlo y cómo se lleva a cabo. Además, se
discutirán algunos de los principales problemas que
pueden surgir durante este proceso y cómo se pueden
solucionar.
II. DESARROLLO DE CONTENIDOS
A. Calibración de señal
La calibración de señal es un proceso que se lleva a cabo
para asegurarse de que el valor medido por un sensor es
preciso y confiable. En otras palabras, la calibración consiste
en ajustar el sensor para que la señal de salida sea proporcional
a la variable física que se está midiendo.
Para llevar a cabo la calibración de un sensor, se utilizan
patrones de referencia con valores conocidos y precisos. Estos
patrones se utilizan para comparar la salida del sensor con el
valor real de la variable física que se está midiendo. Si existe
una diferencia entre la salida del sensor y el valor de
referencia, se realiza un ajuste en el sensor hasta que la salida
sea la correcta.
El proceso de calibración generalmente implica el uso de un
patrón de referencia trazable a una norma nacional o
internacional. Este patrón se utiliza como una señal de referencia
para comparar la señal medida del instrumento. La calibración
se lleva a cabo utilizando un procedimiento documentado y
establecido, que especifica los métodos y equipos utilizados para
la calibración. El procedimiento de calibración también
establece la frecuencia de calibración recomendada y los límites
de tolerancia aceptables para la señal medida. La calibración de
señal se realiza en varios tipos de dispositivos de medición,
como osciloscopios, multímetros, transductores de presión,
termómetros, medidores de caudal, entre otros. La calibración se
realiza con cierta frecuencia para asegurarse de que los
dispositivos de medición sigan produciendo resultados precisos
y confiables.
Es importante señalar que la calibración debe ser realizada en
condiciones similares a las del entorno de medición en el que se
utilizará el instrumento. Por ejemplo, si el instrumento se
utilizará en un entorno con una temperatura elevada, la
calibración debe realizarse a esa misma temperatura para
garantizar que la señal medida sea precisa en el entorno real de
uso.
La calibración puede ser realizada por el fabricante del
instrumento o por un laboratorio de calibración independiente.
Los laboratorios de calibración independientes están acreditados
para realizar calibraciones de acuerdo con los estándares
nacionales o internacionales. La acreditación garantiza que el
laboratorio cumple con los requisitos de competencia técnica,
equipos de calibración y procedimientos documentados, para
ello se deben seguir los siguientes procesos de
acondicionamiento:
Procesos que presenta un acondicionamiento de señal.
La calibración de señal es un proceso importante para
garantizar que los dispositivos de medición produzcan
resultados precisos y confiables. Aquí hay algunos aspectos
clave a considerar:
1. Frecuencia de calibración: la frecuencia con la que se debe
calibrar un dispositivo de medición depende del tipo de
instrumento y del entorno en el que se utiliza. En general, se
recomienda calibrar los dispositivos de medición al menos una
vez al año, aunque en algunos casos se puede requerir una
calibración más frecuente.
• Filtrado: Un acondicionador de señal puede utilizarse para
eliminar el ruido y las interferencias electromagnéticas de la
señal del sensor. Esto puede hacerse mediante el uso de filtros
de paso bajo, paso alto o paso banda.
• Conversión de la señal: Un acondicionador de señal puede
utilizarse para convertir la señal del sensor en una forma que
pueda ser procesada por el sistema de control o adquisición de
datos. Esto puede hacerse mediante la conversión de una señal
analógica a una señal digital o viceversa.
• Compensación de la temperatura: Un acondicionador de
señal puede utilizarse para compensar los cambios en la señal
del sensor debido a cambios en la temperatura ambiente.
• Evaluación y funciones inteligentes: Para aportar beneficios
adicionales al usuario y al proceso, los acondicionadores de
señal modernos cuentan con funciones especiales de evaluación
de señales y preprocesamiento de datos medidos. Así, ayudan a
monitorizar y evaluar alarmas y avisos de forma rápida y
directa, mediante una salida eléctrica conmutada. Otras
funciones inteligentes adicionales, como los canales de cálculo
internos, se encargan de realizar operaciones matemáticas, como
sumar señales de sensores, u operaciones tecnológicas como, por
ejemplo, actuar como un controlador PID. Estas funciones
ayudan a que el sistema reaccione más rápido y reducen la carga
de trabajo del control de la máquina.
• Aislamiento de la señal: Un acondicionador de señal puede
utilizarse para proteger la señal del sensor de las interferencias
electromagnéticas generadas por otros equipos cercanos.
• Adaptación de la impedancia: Un acondicionador de señal
puede utilizarse para asegurar que la señal del sensor tenga la
impedancia adecuada para su procesamiento posterior.
• Linealización: Determinados acondicionadores de señal
pueden llevar a cabo una linealización, si las señales que
proporciona un sensor no tienen una correspondencia del todo
lineal con la magnitud física. Para ello, llevan a cabo un proceso
de interpretación de la señal mediante software. Es habitual en el
caso de las señales de termopares. Este método se emplea para
B. Acondicionamiento de señal
obtener una mayor exactitud, porque no todos los sensores son
El acondicionamiento de señal se lleva a cabo para
totalmente lineales. Los parámetros para la linealización se
asegurarse de que la señal de salida del sensor sea compatible
evalúan durante la calibración del sensor y se indican en el
con el sistema de control o adquisición de datos que se
protocolo de calibración del sensor.
utilizará para procesar la señal.
• Amplificación: Un acondicionador de señal puede utilizarse
El acondicionamiento de señal puede incluir diferentes
para aumentar la amplitud de la señal del sensor para que pueda
etapas, como la amplificación, el filtrado y la conversión de la
ser procesada por el sistema de control o adquisición de datos.
señal. La amplificación se utiliza para aumentar la señal de
• Interfaces: Los convertidores de señal deben transmitir las
salida del sensor para que pueda ser detectada por el sistema
señales
de los sensores hasta el control de la máquina, utilizando
de control. El filtrado se utiliza para eliminar el ruido y otras
para ello interfaces y protocolos estándar. Las interfaces pueden
interferencias electromagnéticas que puedan afectar la señal.
ser analógicas o digitales. Las interfaces analógicas típicas son
La conversión de señal se utiliza para convertir la señal
señales de tensión (+/-10 V) o corriente (+/-20 mA), que son
analógica del sensor en una señal digital que se puede procesar
fáciles de manipular pero que tienen el inconveniente de que
fácilmente por el sistema de control o adquisición de datos.
cada señal requiere un cableado independiente. Las interfaces
digitales modernas están diseñadas como interfaces de bus
basadas en Ethernet (Profinet, Ethercat, Ethernet/IP) y permiten
Funciones de un acondicionador de señal
Las funciones de un acondicionador de señal pueden variar conectar varios componentes con un solo hilo. De este modo se
dependiendo del tipo de señal que se esté midiendo y del simplifica el cableado y se puede transmitir información
sistema de control o adquisición de datos que se esté adicional; por ejemplo, información de diagnóstico de los
utilizando. A continuación, se describen algunas de las componentes, que es muy importante para reducir los tiempos de
parada y para acelerar el mantenimiento.
funciones comunes de un acondicionador de señal:
2. Procedimiento de calibración: el procedimiento de
calibración varía según el tipo de dispositivo de medición. En
general, la calibración implica comparar la señal del
dispositivo de medición con una señal de referencia conocida y
ajustar los parámetros del dispositivo de medición para que
coincida con la señal de referencia.
3. Equipos de referencia: los equipos de referencia se
utilizan para generar señales de referencia precisas y
confiables para la calibración. Estos equipos de referencia
deben ser de alta calidad y estar calibrados con una
trazabilidad establecida a un estándar nacional o internacional.
4. Certificación de calibración: después de que se realiza
una calibración, se emite un certificado de calibración que
documenta el proceso de calibración y los resultados
obtenidos. Este certificado puede ser necesario para cumplir
con los requisitos de calidad y los estándares de la industria.
5. Incertidumbre de medición: la incertidumbre de medición
es un indicador de la precisión de un dispositivo de medición y
es una parte importante de la calibración. La incertidumbre de
medición se refiere al rango de valores posibles que podrían
representar la verdadera medición, y se expresa como un
intervalo de confianza.
6. Condiciones ambientales: las condiciones ambientales,
como la temperatura, la humedad y la presión atmosférica,
pueden afectar la precisión de los dispositivos de medición. Es
importante calibrar los dispositivos de medición en las mismas
condiciones ambientales en las que se utilizarán.
Es importante destacar que la calibración de los sensores
debe realizarse regularmente, ya que los sensores pueden
desviarse con el tiempo debido a diferentes factores como la
temperatura, la vibración, la humedad, entre otros. Además, la
calibración también puede verse afectada por el
envejecimiento del sensor o por la presencia de interferencias
electromagnéticas.
Problemas comunes en la calibración y el
acondicionamiento de señal
A pesar de que la calibración y el acondicionamiento de
señal son procesos críticos para obtener mediciones precisas y
confiables, pueden surgir algunos problemas durante estos
procesos. Algunos de los problemas más comunes incluyen la
falta de linealidad del sensor, la interferencia electromagnética
y la falta de estabilidad del sistema.
La falta de linealidad del sensor se produce cuando la salida
del sensor no es proporcional a la variable física que se está
midiendo. Esto puede ocurrir debido a errores en el diseño o la
fabricación del sensor, o debido a factores externos como la
temperatura o la humedad. Para solucionar este problema, es
necesario realizar una calibración cuidadosa y utilizar patrones
de referencia precisos para ajustar el sensor. La interferencia
electromagnética puede afectar la señal del sensor y causar
errores en la medición.
Las fuentes comunes de interferencia electromagnética
incluyen la radiación electromagnética de otros dispositivos
electrónicos cercanos, los campos electromagnéticos
generados por motores y maquinaria, y las corrientes parásitas
inducidas por campos magnéticos. Para solucionar este
problema, es necesario utilizar técnicas de filtrado y
apantallamiento para proteger la señal del sensor de las
interferencias electromagnéticas.
La falta de estabilidad del sistema se produce cuando el
sistema de medición no es capaz de mantener una medición
constante en el tiempo. Esto puede ocurrir debido a
fluctuaciones en la fuente de alimentación, cambios en la
temperatura ambiente o en la humedad, o debido a errores en
el diseño o la implementación del sistema de medición. Para
solucionar este problema, es necesario realizar una calibración
regular y utilizar componentes de alta calidad para construir el
sistema de medición.
III. CONCLUSIONES
La calibración y el acondicionamiento de señal son procesos
críticos para obtener mediciones precisas y confiables en el
ámbito de la instrumentación y el control. La calibración se
utiliza para asegurarse de que la señal del sensor es
proporcional a la variable física que se está midiendo, mientras
que el acondicionamiento se utiliza para preparar la señal del
sensor para su procesamiento por parte del sistema de control o
adquisición de datos.
Aunque pueden surgir algunos problemas durante la
calibración y el acondicionamiento de señal, estos problemas
se pueden solucionar utilizando técnicas adecuadas de
calibración, filtrado y apantallamiento, y utilizando
componentes de alta calidad para construir el sistema de
medición.
En resumen, la calibración y el acondicionamiento de señal
son procesos críticos que deben llevarse a cabo
cuidadosamente para obtener mediciones precisas y confiables.
Al asegurarse de que la señal del sensor esté calibrada
correctamente y que esté acondicionada adecuadamente para
su procesamiento, se puede garantizar que los sistemas de
medición funcionen correctamente y que se obtengan
resultados precisos y confiable.
IV. REFERENCIAS
[1] M. M. Castillo, F. V. Ramírez, y A. J. Hernández, "
Acondicionamiento y calibración de señales" Revista Facultad
de Ingeniería Universidad de Antioquia, no. 70, pp. 25-36, Oct.
2013.
[2] A. López, "Calibración de Sensores y Acondicionamiento
de Señales," Tesis de Maestría, Universidad de Sevilla, España,
2010.
[3] J. López, "Acondicionamiento y Calibración de Señales para
la Medición de Distorsiones Armónicas en Sistemas Eléctricos
de Potencia," Tesis de Maestría, Universidad de Zaragoza,
España, 2009.
[4] M. Ruiz, "Calibración y Acondicionamiento de Señales para
la Medición," Tesis de Doctorado, Universidad de Valladolid,
España, 2012.
[5]«HBK Company,» HBM, [En línea]. Available:
https://www.hbm.com/es/7339/que-es-un-acondicionador-desenal-funciones.
[Último
acceso:
07
03
2023].
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