Características dinámicas
Las características dinámicas de un sistema de medida
describen su comportamiento ante una entrada variable. Este comportamiento es distinto
al que presentan los sistemas cuando las señales de entrada son constantes
debido a la presencia de inercias (masas, inductancias), capacidades
(eléctricas, térmicas) y en general elementos que almacenan energía.
Ø Error momentáneo
No inmediatez en la respuesta del
sistema, lo que ocasiona una diferencia entre el valor esperado en cada momento y el que realmente se produce
(no hay cambios en la señal de entrada).
Ø 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. Supongamos que tenemos un
instrumento al que le aplicamos la función mostrada en la Fig. A
Esto quiere decir que si por ejemplo se trata de un
voltímetro, hacemos variar bruscamente
el voltaje entre sus extremos.
La respuesta del instrumento en función del tiempo puede
presentar diferentes formas, como puede apreciarse en las Fig. B y C. Según
podemos observar, para todo instante de tiempo menor que t0 existe una
diferencia entre la función aplicada y la respuesta del instrumento. Esta
diferencia es lo que denominamos error dinámico.
Ø 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.
Ø 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.
Ø 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 Sobre alcance.
Los dos tipos de respuesta que vimos anteriormente se diferencian porque en el
segundo hay Sobre alcance mientras que en el primero no. Un Sobre alcance
elevado es indeseable, pero un valor pequeño del mismo contribuye a disminuir
el tiempo requerido para que la aguja alcance el estado estable.
Los conceptos enunciados anteriormente podemos resumirlos en
la gráfica de la Fig.1
La parte analógica de los sistemas de medidas más simples se
describe con un modelo matemático que consiste en una ecuación diferencial
lineal con coeficientes constantes. La relación entre la salida y la entrada
viene dada por la función de transferencia, que es el cociente entre las
respectivas transformadas de Laplace. El orden de la función de transferencia
coincide con el número de elementos independientes que almacenan energía en el
sistema físico, en cualquiera de sus formas (bobina, condensador, muelle, masa
inercial, etc.).
La mayoría de los sensores se pueden describir con modelos de
orden cero, uno o dos, y respuesta de tipo pasa bajo. La respuesta del resto de
los elementos analógicos de un sistema de medida no debe modificar la salida
del sensor más que con la contribución de una ganancia y una conformación de la
respuesta en frecuencia, por ejemplo para eliminar interferencias.
Ø Sistema de orden cero
Ø Sistema de primero
orden
Ø Sistema de segundo
orden
