Ajustes de Zero y Span en transmisores analógicos: siempre nos toparemos con alguno

El proposito de la calibracion es asegurar que la entrada y la salida de un instrumento correspondan el uno del otro a traves de todo el rango de operacion. Podemos expresar este concepto de forma gráfica, mostrando como la entrada y la salida de un instrumento debería relacionarse:

Esta gráfica muestra como a cualquier porcentaje de entrada le corresponde cualquier porcentaje de salida, en todo el rango de 0% al 100%.

Los cosas se ponen mas complicadas cuando los ejes de entrada y salida son representadas por otras medidas que no son «porcentajes». Pensemos en un transmisor de presión, un dispositivo designado para sensar la presión de un fluido y como salida una señal electrónica que corresponde a la presión. En la siguiente gráfica para el transmisor de presión con un rango de entrada de 0 a 100 PSI y una salida de señal de 4 a 20 miliamperios (mA) de corriente:

A pesar de que la gráfica aun es lineal, el cero de presión no es igual al cero de corriente. Esto se llama «live zero» o cero vivo, porque el 0% de medida (0 PSI presión de fluido) corresponde a una «non-zero» ó «live» señal de corriente es decir a 4mA.

Cualquier función lineal puede ser expresada con la siguiente ecuación de la recta:

y = mx + b

Donde:

y = Posicion vertical de la grafica, o eje Y

x = Posicion horizontal de la grafica, o eje x

m = pendiente de la recta

b = punto de interseccion entre la recta y el eje vertical (y), intercepto

Si representamos la entrada de presion en unidades de PSI (x) y representamos la salida de corriente en unidades de miliamperios, podemos escribir una ecuación para este instrumento como:

y = 0.16x + 4

En el instrumento actual (el transmisor de presión), hay dos tipos de ajustes los cuales nos van a permitir igualar (o casi) el comportamiento del transmisor con su ecuacion de recta representativa. Un ajuste es llamado «zero» mientras que el otro es llamado «span» . Estos dos ajustes corresponden exactamente a los terminos b (intercepto) y m (pendiente) de la ecuacion lineal, respectivamente: el «zero» modifica la función del instrumento verticalmente, mientras que el «span» varia la pendiente de la función de la gráfica. Solo ajustando el zero y el span podemos configurar el instrumento para cualquier rango de medida dentro de los limites especificados.

La relacion de la ecuación de la recta y los ajustes de zero y span de un instrumento nos muestra como en realidad se realizan los ajustes para la calibración de cualquier instrumento. Un ajuste de «zero» siempre se logra agregando o quitando alguna cantidad, exactamente como el parametro «b» o intercepto (en eje y) agrega o sustrae al producto de mx. Un ajuste de «span» se realiza siempre multiplicando o dividiendo alguna cantidad, exactamente igual como lo hace la pendiente m con la variable de entrada x.

Los ajustes de zero tipicamente toman uno o mas de las siguientes formas en un instrumento:

– BIAS force (como el peso o esfuerzo aplicados a un mecanismo)

– Desplazmiento mecanico (agregando o restando cierta contidad de movimiento)

– Bias voltaje (agregando o restando cierta cantidad de potencial)

Los ajustes de span tipicamente tomas una de estas formas:

– Punto de apoyo de palanca (multiplicando la fuerza o movimiento)

– Ganancia de amplificadores ( multiplicando o dividiendo una señal de voltaje)

Deberiamos haber notado que para casi todos los instrumentos analogos, el ajuste de zero y span son «interactivos». Esto quiere decir, el ajuste de uno de ellos afecta al otro. Especialmente, los cambios realizado cuando se ajusta el span casi siempre altera el punto zero del instrumento. Un instrumento con zero y span «vinculados» requiere de mucha mayor pecisión para ser calibrado, siendo necesario pasar varias veces entre los rangos minimos y máximos para un ajuste preciso.

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