Hoy día, un ingeniero necesita tener un conocimiento básico de los transductores existentes en el mercado, sus características, modos de funcionamiento, etc., y una base de electrónica y comunicaciones suficiente para poder dialogar con especialistas en Instrumentación. Conscientes de esta necesidad y con el ánimo de ofrecer un texto didáctico sobre el tema se ha desarrollado este libro sobre Instrumentación aplicada a la Ingeniería, que explica todos los procedimientos de medida básicos y los transductores más adecuados para evaluar esa variable. Este libro es fruto de una dilatada experiencia de los autores impartiendo esta materia en cursos de Doctorado en la E.T.S. de Ingenieros de Caminos, Canales y Puertos de la Universidad Politécnica de Madrid.
La obra consta de diez capítulos que abarcan la mayoría de las aplicaciones que se utilizan en el campo de la instrumentación. Los tres primeros capítulos son de carácter general y describen los componentes de una cadena de medición con especial dedicación al acondicionamiento de las señales analógicas y digitales y a los sistemas de comunicación. Los capítulos siguientes se centran en el estudio de las medidas de variables físicas específicas, tales como posición y desplazamiento, deformación y extensometría, fuerzas y pares, aceleraciones, vibraciones y choques, temperaturas, presiones, y caudal y nivel.
La formación previa que se requiere para estudiar este libro es un conocimiento adecuado del cálculo diferencial e integral y una preparación suficiente en la teoría de los circuitos eléctricos de corriente alterna. En aquellas lecciones en las que se necesita una formación adicional para la comprensión integral de temas específicos, se han añadido diversos apéndices como complementos del texto, en los que se explican los conceptos básicos, en algunos casos, de Elasticidad y Resistencia de Materiales, que es conveniente para comprender las medidas de deformaciones, fuerzas y pares, y en otras cuestiones se exponen, los fundamentos de la Mecánica de Fluidos y la Hidrodinámica, que se necesitan para justificar los principios físicos en los que se basan las medidas de presiones, caudales y niveles.
Esta obra contribuye a cubrir la laguna que existe sobre este tema, abriendo nuevos cauces de formación de ingenieros y científicos, siendo adecuado para profesores y estudiantes que necesiten de la Instrumentación en las nuevas titulaciones de Grado. Este libro será también de utilidad a los profesionales de la ingeniería que trabajen en el campo de la industria de procesos y que deseen una actualización de sus conocimientos.
1. Introducción a los sistemas de instrumentación
1.1. Introducción
1.2. Componentes de un sistema generalizado de medida
1.3. Transductores
1.4. Análisis de sistemas lineales de instrumentación
1.5. Características estáticas de un sistema de instrumentación
1.6. Características dinámicas de un sistema de instrumentación
1.7. Respuesta a la frecuencia de un sistema de instrumentación
1.8. Análisis de datos experimentales
2. Acondicionamiento de la señal
2.1. Introducción
2.2. Circuito potenciométrico
2.3. Circuitos puente
2.4. Amplificadores
2.5. Filtros
Amplíe sus conocimientos: Filtros activos estándar
2.6. Osciladores.
Amplíe sus conocimientos: Generadores de señal con circuitos integrados 2.7. Modulación
Amplíe sus conocimientos: Circuitos integrados convertidores multifunción
2.8. Demodulación o detección
2.9. Interferencias y ruido en los sistemas de instrumentación
3. Sistemas de adquisición y conversión de datos
3.1. Introducción
3.2. Codificación para la conversión de datos
3.3. Puertas lógicas
3.4. Conversión digital-analógica (DAC)
Amplíe sus conocimientos: Conversores digitales-analógicos con circuitos integrados
3.5. Conversión analógica-digital (ADC)
3.6. Dispositivos sample-hold
Amplíe sus conocimientos: Teorema del muestreo de Nyquist y efecto aliasing
3.7. Multiplexores (selectores de datos)
3.8. Demultiplexores (distribuidores de datos)
3.9. Transmisión de datos
3.10. Sistemas de instrumentación inteligente
3.11. Software de instrumentación
Programa LabVIEW
Los sistemas SCADA
4. Medida de posición y desplazamiento
4.1. Introducción
4.2. Medidas dimensionales
4.3. Potenciómetros resistivos
4.4. Transductores inductivos
4.5. Transductores capacitivos
4.6. Transductores digitales
4.7. Transductores ópticos
4.8. Transductores de proximidad
Amplíe sus conocimientos: Auscultación de presas
5. Medida de deformaciones. Extensometría
5.1. Introducción
5.2. Concepto de deformación
5.3. Principio de funcionamiento de un extensómetro eléctrico de resistencia
5.4. Tipos de extensómetros eléctricos
5.5. Características generales de las bandas extensométricas
5.6. Selección de la banda
5.7. Montaje de la banda
5.8. Circuitos de medida
5.9. Circuitos de equilibrado
5.10. Calibración de bandas extensométricas
5.11. Conmutación de bandas
5.12. Diseño de un circuito de medida extensométrico
5.13. Extensómetro de cuerda vibrante
Apéndice 5.1. Elasticidad e interpretación de medidas extensométricas
6. Medida de fuerzas y pares de rotación
6.1. Introducción
6.2. Medida de fuerzas. Transductores con bandas extensométricas
6.3. Transductores piezoeléctricos
6.4. Transductores basados en la magnetostricción
6.5. Respuesta dinámica de transductores elásticos
6.6. Pesaje electrónico
6.7. Medida de pares (torques)
Amplíe sus conocimientos: Tacómetros para la medida de la velocidad
6.8. Medidas combinadas
Apéndice 6.1. Mecánica y Resistencia de Materiales
7. Medida de aceleraciones, vibraciones y choques
7.1. Introducción
7.2. Características de las vibraciones
7.3. Teoría del transductor sísmico
7.4. Consideraciones practicas sobre los instrumentos sísmicos
7.5. Circuitos acondicionadores de señal
7.6. Servoacelerómetros
7.7. Elección de un acelerómetro y métodos de montaje
7.8. Medidas de choques
7.9. Generadores de vibración
7.10. Calibración de acelerómetros
Amplíe sus conocimientos: El sonido, el ruido y su medición
8. Medida de temperaturas
8.1. Introducción
8.2. Las escalas de temperaturas 8.3. Medida de temperatura por efectos mecánicos
8.4. Termómetros o sondas de resistencia
8.5. Termopares
8.6. Termometría con diodos, transistores y circuitos integrados
8.7. Termómetro de cuarzo
8.8. Medida de temperatura por radiación (pirometría)
8.9. Métodos de calibración
9. Medida de presiones
9.1. Introducción
9.2. Transductores de presión mecánicos
9.3. Diafragmas elásticos
9.4. Otros elementos elásticos
9.5. Transductor potenciométrico
9.6. Transductor con galgas extensométricas
9.7. Transductores inductivos
9.8. Transductores capacitivos
9.9. Transductores piezoeléctricos
9.10. Transductores de presión de hilo vibrante
9.11. Medida de altas presiones
9.12. Medida de bajas presiones: vacío
9.13. Calibración
Apéndice 9.1. Teoría de las placas elásticas y su aplicación al estudio de la deformación de un diafragma sensor de presión
10. Medida de caudal y nivel
10.1. Introducción
10.2. Nociones elementales de mecánica de fluidos
10.3. Medidores de caudal tipo obstrucción
10.4. Rotámetros
10.5. Caudalímetro electromagnético
10.6. Medidores de caudal mecánicos
10.7. Anemómetro de hilo caliente y película caliente
10.8. Anemómetro láser-Doppler
10.9. Medidores de caudal por ultrasonidos
10.10. Caudalímetro de vórtices
10.11. Medición del caudal en canales
10.12. Calibración de caudalímetros
10.13. Medida del caudal de un río (aforos)
10.14. Medida de niveles de líquidos
Amplíe sus conocimientos: El sistema automático de información hidrológica, SAIH
Apéndice: Sistema Internacional de Unidades y Tablas de Conversión
A.1. Introducción
A.2. Unidades básicas
A.3. Unidades suplementarias
A.4. Prefijos decimales
A.5. Tablas de unidades
A.6. Tablas de conversión de unidades
A.7. Constantes físicas generales
A.8. Constantes físicas fundamentales