Laboratorio 1 - CALIBRACIÓN DEL TRANSMISOR DE PRESIÓN DIFERENCIAL ELECTRÓNICO


INTRODUCCION

Los dispositivos de medición a menudo no están en condición tomar una medida adecuadamente, no necesariamente porque tengan un malfuncionamiento sino por otras causas como por ejemplo, un instrumento de medición sin usar por mucho tiempo, o que la variable sea muy inestable y perjudique al instrumento después de un tiempo o que las condiciones del ambiente de medición son hostiles de forma que el instrumento pierda su capacidad para medir correctamente, u otras causas diversas.

En estos casos es necesario preparar al instrumento para garantizar un desempeño óptimo al momento de medir, es decir, calibrar el instrumento. La calibración es un proceso necesario con cualquier instrumento de medición, básicamente es un proceso de comparar lo que el instrumento indica de lo que debe indicar, es decir, determinar el error de medición de los instrumentos, de modo que si el instrumento tiene un alto error de medición entonces requiere de un ajuste para minimizar el error.

Objetivo

Calibrar un transmisor electrónico (TYLOR 505T), para presión diferencial. Determinar el error de lectura de un manómetro haciendo uso del transmisor electrónico.

Fundamento teórico

Transmisor: Es un dispositivo que tiene como función procesar señales ópticas, mecánicas o eléctricas, para amplificarlas en caso necesario, y así emitirlas con el procedimiento requerido dependiendo del medio en que el dato se procede a enviar.

Señales normalizadas: Son señales con valores características determinados.

Transmisor diferencial: Los transmisores son instrumentos que sensan una variable del proceso transmitiéndola después a otro instrumento que en este caso es un receptor, registrador, controlador, o un hibrido de estos.

Transductores capacitivos

Se basan en la variación de capacidad que se produce en un condensador al desplazarse una de sus placas por la aplicación de presión figura 1. La placa móvil tiene forma de diafragma y se encuentra situada entre dos placas fijas. De este modo se tienen dos condensadores uno de capacidad fija o de referencia y el otro de capacidad variable, que pueden compararse en circuitos oscilantes o bien en circuitos de puente de Wheatstone alimentados con corriente alterna.

Los transductores capacitivos se caracterizan por su pequeño tamaño y su construcción robusta, tienen un pequeño desplazamiento volumétrico y son adecuados para medidas estáticas y dinámicas. Su señal de salida es débil por lo que precisan de amplificadores con el riesgo de introducir errores en la medición. Son sensibles a las variaciones de temperatura y a las aceleraciones transversales y precisan de un ajuste de los circuitos oscilantes y de los puentes de Corriente alterna a los que están acoplados.


Figura 1. Transductor capacitivo

Su intervalo de medida es relativamente amplio, entre 0,05-5 a 0,5-600 bar. y su precisión es del orden de ± 0,2 a ± 0,5 %.

Transductor de presión de silicio difundido: Consisten en un elemento de silicio situado dentro de una cámara conteniendo silicona que está en contacto con el proceso a través de un diafragma flexible. El sensor está fabricado a partir de un monocristal de silicio en cuyo seno se difunde boro para formar varios puentes de Wheatstone constituyendo así una galga extensométrica autocontenida. El espesor del sensor determina el intervalo de medida del instrumento.

El sensor con su puente Wheatstone incorporado forma parte del circuito de la figura 2


Figura 2. Transductor de presión de silicio difundido

Cuando no hay presión, las tensiones El y E2 son iguales y, al aplicar la presión del proceso Rb y Rc, disminuyen su resistencia y Ra y Rd la aumentan dando lugar a caídas de tensión distintas y a una diferencia entre El y E2.

Esta diferencia se aplica a un amplificador diferencial de alta ganancia que controla un regulador de corriente variable. Un margen de corriente continua de 3 a 19 mA con 1 mA del puente produce una señal de salida de 4 a 20 mA c.c. Esta corriente circula a través de la resistencia de realimentación Rfb y produce una caída de tensión que equilibra el puente. Como esta caída es proporcional a Rfb esta resistencia fija el intervalo de medida (span) del transductor. El cero del instrumento se varía intercalando resistencias fijas en el brazo izquierdo del puente (cero basto) y un potenciómetro en el brazo derecho (cero fino).

La adición de un microprocesador permite al instrumento hacer posible funciones adicionales, tales como la compensación de temperatura ambiente, proporcionando un aumento de la precisión de la medida, en particular si la señal de salida del instrumento es enteramente digital en lugar de la analógica de 4-20 mA c.c.

El intervalo de medida de los transductores de silicio difundido varía de 0-2

A 0-600 bar, con una precisión del orden de ± 0,2 %.

Presión: Se define como la fuerza por unidad de superficie:

P= dF/dA

Donde: P es la presión, dF es la fuerza normal y dA es el área.

En el Sistema Internacional de Unidades se mide en newton por metro cuadrado, unidad derivada que se denomina pascal (Pa).

Presión atmosférica: Es la presión del aire sobre la superficie terrestre. La atmósfera tiene una presión media de 1013 milibares (o hectopascales) al nivel del mar. La medida de presión atmosférica del Sistema Internacional de Unidades (S.I.) es el newton por metro cuadrado (N/m2) o Pascal (Pa). La presión atmosférica a nivel del mar en unidades internacionales es 101325 N/m2 o Pa.


                                   Figura 3.

Presión diferencial: Es la diferencia entre dos presiones, puntos C y C'. El vacío es la diferencia de presiones entre la presión atmosférica existente y la presión absoluta, es decir, es la presión medida por debajo de la atmosférica (puntos D, D' y D"). Viene expresado en mm. Columna de mercurio, mm. Columna de agua o pulgadas de columna de agua. Las variaciones de la presión atmosférica influyen considerablemente en las lecturas del vacío.

Presión absoluta: mide con relación al cero absoluto de presión (puntos A y A' de la figura. La presión atmosférica es la presión ejercida por la atmósfera terrestre medida mediante un barómetro. A nivel del mar, esta presión es próxima a 760 mm (29,9 pulgadas) de mercurio absolutas o 14,7 psia (libras por pulgada cuadrada absolutas) y estos valores definen la presión ejercida por la atmósfera estándar

Presión relativa: Es la determinada por un elemento que mide la diferencia entre la presión absoluta y la atmosférica del lugar donde se efectúa la medición (punto B de la figura). Hay que señalar que al aumentar o disminuir la presión atmosférica, disminuye o aumenta respectivamente la presión leída (puntos (B y B'), si bien ello es despreciable al medir presiones elevadas.

Procedimiento experimental

Realice el montaje indicado en la figura 4.
Conecte la salida del transmisor como indica en la figura 5.
El rango de trabajo a calibrar será de 0 a 1 metro de columna de agua. Las lecturas que se deben tomar en cuenta son para los valores de 0%, 25%, 50%, 75% y 100% del rango de medida. Tome las 5 lecturas, variando la presión patrón a lo largo del rango, y midiendo la corriente de salida del transmisor.

Quite las tapas del medidor. Identifique el Jumper ZERO y ubíquelo en la posición NORM.
Ajuste la entrada al valor de cero. Por ejemplo, si el rango teórico de lectura es de 0 a 30KPa, se ajusta el regulador al valor de 0KPa. En nuestro caso, cero presión corresponde al nivel de la manguera en la línea horizontal con el medidor de presión diferencial.

Gire el tornillo de ZERO hasta que la salida sea 4mA. Puede medir el voltaje en la resistencia ubicada en serie, aplicando la ley de Ohm.

Ajuste la entrada al valor máximo de presión de la escala a medir. Ajustaremos el Span máximo a la presión correspondiente a un metro de columna de agua (30Kpa ejemplo). Con el tornillo de Span ajuste la salida al valor de 20 mA.

Repita los pasos del 5 al 7 hasta obtener una precisión en la lectura inferior al 1%.
Realice la toma de las 5 lecturas, con la columna de agua.



                              Figura 4.

                                Figura 5.


Mediciones Realizadas

Se obtuvieron los valores patrones a partir de el valor de 1m de columna de agua que equivale a 9.81Kilo pascales, e interpolando este valor para obtener los valores a 0 25%, 50%, 75%.

Las medidas de corriente se obtuvieron de forma experimental asi como el valor de voltaje del transmisor




 
Calculos.

  • Ecuaciones:

ecuacion (1)


ecuacion (2)
Error del cero = │Valor patron en cero- Valor medido en cero│

ecuacion (3)
Error no lineal= │Valores patron- Valor medido│

  • Calculo de errores con el patron lineal:
Con la ecuacion (2)

Error del cero=│ patron en cero- medido en cero=│4.000mA-4.046mA│ = 0.046mA

Error no lineal= │Valores patron lineal- Valor medido experimental│



  • Calculo de errores con los valores teoricos del medidor:

    Con la ecuacion (1) se obtienela salida teorica del medidor:



    Error del cero=│ patron en cero- medido en cero=│0mA-0mA│ = 0mA


    Graficas



          Figura 6.Corriente experimental con valor patron lineal.



    Figura 7. Corriente experimental con respecto a la presion



    Figura 8. Presion patron y presion experimental con respecto a la altura.



    Figura 9. Valores experimentales(mA) y Valores de la salida teorica del medidor

    Análisis de resultados.

    Comparando los valores experimentales con los valores patrones hay una diferencia sobre todo en 25% y 50% donde los errores son apreciables (Figura 6), sin embargo tenemos que considerar que estos valores experimental y por lo tanto el instrumento tiene un comportamiento no lineal, es decir, aumenta hasta cierto nivel sin pasar sobre este. Asimismo este comportamiento no lineal es observable sin duda alguna en la figura 7 y 8.

    Ahora considerando los valores del medidor obtenidos con la ecuación (1) que es el comportamiento esperado del instrumento, se observa que los errores son muy inapreciables sobre todo a partir de 0.25m en adelante (figura 9) y por lo tanto el instrumento tiene un ajuste y calibración adecuado.

    Conclusión

    Después de obtener los resultados se puede concluir que a pesar de la calibración y ajuste de los instrumentos siempre existirá un margen de error, no importa si son las mejores condiciones en que se encuentra, siempre la medida que se tome será una aproximación al valor real.

    los instrumentos de medición y en este caso los de presión diferencial electrónico son muy usados en múltiples procesos industriales y siempre es necesario hacerle mantenimiento continuo a estos dispositivos de forma que funcionen de forma optima.


    Recomendaciones.

    • Esta clase de instrumentos tienen como salida valores pequeños de corriente por tanto el circuito que se utilice a la salida del instrumento debe evitar interferir con este.

    • Es importante que el rango que se deba medir una variable este acorde con las capacidades del instrumento.

    • La correcta utilización de la manguera es obligatoria ya que el dispositivo es muy sensible a la altura de la columna de agua.

    Bibliografia.

    www.Wikipedia.com
    www.convertworld.com
    Clases del prof.


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