Rangos (LRV y URV) y Trim en transmisores digitales: solución rápida de problemas y calibración

27 Febrero 2011

 

El que los transmisores "inteligentes" contengan microprocesadores han sido un gran avance para la instrumentación industrial. Estos disposivitos tienen la capacidad de realizar diganósticos, gran presición (debido a las compensaciones digitales a las no linealidades del sensor), y la capacidad de poder comunicarse digitalmente con dispositivos host para reportar varios parametros.

 

 

Un diagrama simplificado de un transmisor de presion "inteligente" se muestra en la siguiente figura:

 

 

Es importante darnos cuenta de todos los ajustes en este dispositivo, y como se puede comparar con la realitva simplicidad de un transmisor de presión analógico:

 

 

Demonos cuenta que la calibración de transmisores analógicos se hace mediante dos únicos ajustes que son el "zero" y el "span". Claramente este no es el caso de transmisores inteligentes. No solo podemos configurar los valores de rango bajo y alto (LVR y UVR) en un transmisor inteligente, sino que tambien es posible calibrar los conversores analogos-digitales y digitales-analógicos independientemente cada uno. Lo que esto significa es que para realizar una calibración de un transmisor inteligente el instrumentista requiere potencialmente realizar mas trabajo y un buena cantidad de ajustes que en los transmisores analógicos.

 

Un error común cometido por muchos estudiantes y tambien por instrumentistas experimentados es confundir la configuración de rangos (LVR y URV) para realizar una calibración real. Solo por que digitamos un valor de LRV en un transmisor de presión en 0.00 PSI y su URV en 100.00 PSI no quiere decir necesariamente que registrará con presición medidas en ese rango!. En el ejemplo siguiente explicaremos esta falencia.

 

Supongamos que tenemos un transmisor de presión inteligente rangueado de 0 a 100 PSI con una salida analógica de 4-20 mA, pero el sensor de este transmisor de presión presenta problemas de presición de sensado, quizas por un largo tiempo de uso, y cuando se le aplica una señal de entrada de 100 PSI genera una señal que el conversor analogo-digital solo la interpreta como 96 PSI. Asumiendo que todo lo demas en el transmisor esta en perfectas condiciones, con una perfecta calibracion, la señal de salida siempre tedrá un error.

 

 

Aqui podemos ver como la calibración mas sofisticada en un transmisor digital podría ser corrupta a pesar de realizar una pefecta calibración de los conversores análogos-digitales y digitales-análogos, y una perfecta configuración del rango en el procesador. El microprocesador "piensa" que la presión aplicada es de 96 PSI, y responde acorde con esa lectura y tiene una señal de salida de 19.36mA. La única manera que un instrumentista podría saber que este transmisor tiene una respuesta incorrecta a 100 PSI es en realidad aplicar un valor conocido de fluido de presión de 100 PSI en el sensor y darse cuenta de la respuesta incorrecta. La lección aqui debería ser clara: la configuración de los rangos minimos y máximos en un transmisor inteligente NO constituye una legítima calibración de un instrumento.

 

Por esta razón, los transmisores inteligentes siempre proveen la manera de llevar acabo la configuración de la que llamamos "digital trim" en los conversores ADC y DAC, para asegurar que el microprocesador "mire" una correcta representación del estimulo aplicado y estar seguro de que la señal de salida del procesador es convertida a presición en corriente DC, respectivamente.

 

Es muy común ver como algunos instrumentistas utilizan los parametros LRV y URV de una manera muy similar que los ajustes de zero y span en los transmisores analógicos para corregir errores como estos. Siguiendo esta metodología, deberíamos fijar el URV del transmisor con problemas en 96 PSI en vez de 100 PSI, entonces para una presión aplicada de 100 PSI nos daría 20mA de señal de salida que nosotros deseamos. En otras palabras, hacemos que el microprocesador "piense" que solo esta "viendo" 96 PSI, entonces al cambiar el URV siempre enviará la señal correcta. Esta solución funciona hasta cierto punto, dado que si se realiza cualquier consulta digital al transmisor (por ejemplo, utilizando un protocolo de señal en analógica, como HART) dará lugar valores contradictorios, la señal de corriente representa todo la escala (100 PSI) mientras que el registro digital dentro del transmisor mostrará 96 PSI. La unica solución para esto es "recortar" o "trim" el rango del convertidor analogo digital para que microprocesador en el transmisor "conozca" el verdadero valor de presion aplicado al sensor.

 

Una vez que se ha realizado el "recorte" o "trim" en los convertidores de entrada y salida, por supuesto, el instrumentista es libre de reranguear el microprocesador tantas veces como el desee sin volver a re-calibrar. Esta capacidad es particularmente útil cuando es necesario realizar un re-rangueo para condiciones especiales, como puesta en marcha de procesos y paradas donde los parametros del proceso suelen estan dentro de valores fuera de lo común. Además, un instrumentista puede utilizar un hand-held digital para comunicarse con el dispositivo y resetear los valores del LRV y URV a los valores deseados por el área operativa sin tener que volver a realizar un calibracion del instrumento aplicando un estimulo fisico hacia el instrumento. Mientras que el trim (recorte) del rango de los conversores analogos-digitales-analogos sea buena, la presición del instrumento seguirá siendo buena con el nuevo rango. Con instrumentos analógos, la unica manera de cambiar a diferentes rangos de medidas era cambiar los ajustes del zero y span, los cuales necesitaban la re-aplicacion de estimulos fisicos en el dispositivo (una completa recalibracion). Aqui y solo aqui vemos que la calibracion no es necesaria en instrumentos inteligentes.

 

Si la exactitud global de la medida deberá ser verificada, podemos decir, que no hay un sustituto para una CALIBRACION REAL, y esto implica tanto el ajusto de parametros para los ADC y DAC.

 

 

José Carlos Villajulca

Soy un apasionado Ingeniero Electrónico especializado en Control, Automatizacion e Instrumentacion Industrial. Experimentado en el desarrollo, ejecución y gestión de proyectos asi como en la Operacion de sistemas automaticos.

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