Sistemas de medición e instrumentación : diseño y aplicación /
Ernest O. Doebelin
- 5a ed.
- México : McGraw-Hill, 2005
- xx, 970 p. : il., fig., ; 27 cm
Incluye índice alfabético
PARTE 1. CONCEPTOS GENERALES CAPÍTULO 1. TIPOS DE APLICACIONES DE LOS INSTRUMENTOS PARA MEDICIÓN 1.1 ¿Por qué estudiar los sistemas de medición? 1.2 Clasificación de los tipos de aplicaciones de la medición 1.3 Máquinas y procesos asistidos por computadora CAPÍTULO 2. CONFIGURACIONES GENERALIZADAS Y DESCRIPCIONES FUNCIONALES DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN 2.1 Elementos funcionales de un instrumento 2.2 Transductores activos y pasivos 2.3 Modos analógico y digital de operación 2.4 Métodos de ajuste a cero y de deflexión 2.5 Configuración de entrada-salida de los instrumentos y sistemas de medición Métodos de corrección para entradas de interferencia y modificadoras CAPÍTULO 3. CARACTERÍSTICAS GENERALIZADAS DE DESEMPEÑO O FUNCIONAMIENTO DE LOS INSTRUMENTOS 3.1 Introducción 3.2 Características estáticas y calibración estática Significado de la calibración estática Valor medido en comparación con el valor verdadero Algunas estadísticas básicas Curvas de calibración de mínimos cuadrados Exactitud de la calibración en comparación con la exactitud instalada Combinación de errores de los componentes en los cálculos de la exactitud total del sistema Validación de la teoría mediante pruebas experimentales Efecto del error de medición sobre las decisiones de control de calidad en la fabricación Sensibilidad estática Calibración y medición asistidos por computadora: regresión múltiple Linealidad Umbral mínimo de ruido, resolución, histéresis y espacio muerto Legibilidad de la escala Límites de la escala o alcance Rigidez estática e impedancia de entrada generalizadas: efectos de carga Conclusiones importantes sobre las características estáticas 3.3 Características dinámicas Modelo matemático generalizado del sistema de medición Métodos de simulación digital para el análisis de respuesta dinámica Función de transferencia operacional Función de transferencia senoidal Instrumento de orden cero Instrumento de primer orden Respuesta a una entrada en escalón de los instrumentos de primer orden Respuesta a una entrada en rampa de los instrumentos de primer orden Respuesta de frecuencia de los instrumentos de primer orden Respuesta al impulso de los instrumentos de primer orden Instrumento de segundo orden Respuesta a una entrada en escalón de los instrumentos de segundo orden Respuesta a una entrada en rampa acotada de los instrumentos de segundo orden Respuesta a una entrada a la rampa de los instrumentos de segundo orden Respuesta de frecuencia de los instrumentos de segundo orden Respuesta al impulso de los instrumentos de segundo orden Elementos de tiempo muerto Trazado de gráficas logarítmicas de las curvas de respuesta de frecuencia Respuesta de una forma general de instrumento a una entrada periódica Respuesta de una forma general de instrumento a una entrada transitoria Espectros de frecuencia, de señales de amplitud modulada Características de las señales aleatorias Requisitos en la función de transferencia de los instrumentos para garantizar una medición exacta Selección del sensor utilizando una simulación por computadora Corrección numérica de datos dinámicos Determinación experimental de los parámetros del sistema de medición Efectos de carga en condiciones dinámicas PARTE 2. DISPOSITIVOS DE MEDICIÓN CAPÍTULO 4. MEDICIÓN DE MOVIMIENTO Y DIMENSIONES 4.1 Introducción 4.2 Patrones fundamentales 4.3 Desplazamiento relativo: traslacional y rotacional Calibración Potenciómetros resistivos Extensómetro de resistencia Transformadores diferenciales Sincros y resolvers Detectores de reluctancia e inductancia variables Transductores de no contacto de corrientes parásitas Detectores de capacitancia Transductores piezoeléctricos Dispositivos electroópticos Técnicas de generación de imágenes fotográficas y electrónicas Técnicas de análisis de esfuerzo fotoelástico, de recubrimiento frágil y de borde de Moiré Transductor de desplazamiento a presión (boquilla de aleta) Transductores digitales de desplazamiento (codificadores de traslación y de rotación) Transductores ultrasónicos 4.4 Velocidad relativa: traslacional y rotacional Calibración Velocidad mediante diferenciación eléctrica de señales de voltaje de desplazamiento Velocidad promedio a partir de Ax y At medidos Sensor de velocidad angular con contrapesos (centrífugo) mecánico Contadores y temporizadores de revoluciones mecánicos Métodos de codificador tacómetro Métodos basados en láser Sensores de velocidad (microondas) de radar Métodos estroboscópicos Transductores de velocidad traslacional (Detectores de bobina móvil y de imán móvil) Tacogeneradores de cd para medición de la velocidad rotatoria Tacogeneradores de ca para medición de velocidad rotatoria Tacómetro con copa de arrastre de corriente parásita 4.5 Mediciones de aceleración relativa 4.6 Detectores de desplazamiento sísmico (absoluto) 4.7 Detectores de velocidad sísmica (absoluta) 4.8 Detectores de aceleración sísmica (absoluta) (acelerómetros) Acelerómetros tipo deflexión Acelerómetros tipo balance nulo (servo) Acelerómetros para navegación inercial Carga mecánica de los acelerómetros en el objeto de prueba Vibrómetros Doppler-láser 4.9 Calibración de detectores de vibración 4.10 Detectores de sacudida 4.11 Sensores de desplazamiento angular pendulares (referidos a la gravedad) 4.12 Sensores de desplazamiento y velocidad angular giroscópicos (absolutos) 4.13 Máquinas de medición por medio de coordenadas 4.14 Medición de acabado superficial 4.15 Visión por máquina 4.16 Sistema de posicionamiento global (GPS, por sus siglas en inglés) CAPÍTULO 5. MEDICIÓN DE FUERZA, MOMENTO DE TORSIÓN Y POTENCIA EN LA FLECHA 5.1 Patrones y calibración 5.2 Métodos básicos de medición de fuerza 5.3 Características de los transductores de fuerza elásticos Transductores con extensómetros adheridos Transductores basados en transformadores diferenciales Transductores piezoeléctricos Sistemas digitales de reluctancia variable/oscilador de FM Efectos de carga 5.4 Descomposición de fuerzas vectoriales y momentos en componentes rectangulares 5.5 Medición del par de torsión en flechas rotatorias 5.6 Medición de potencia en flechas (dinamómetros) 5.7 Medición de fuerza y par de torsión giroscópica 5.8 Transductores de fuerza de alambre vibratorio CAPÍTULO 6. MEDICIÓN DE PRESIÓN Y SONIDO 6.1 Patrones y calibración 6.2 Métodos básicos de medición de presión 6.3 Medidores de peso muerto y manómetros Dinámica del manómetro 6.4 Transductores elásticos 6.5 Transductores de cilindro vibratorio y otros transductores resonantes 6.6 Efectos dinámicos de volúmenes y tubería de conexión Sistemas líquidos extremadamente amortiguados de acción lenta Sistemas líquidos moderadamente amortiguados de acción rápida Sistemas de gas en los que el volumen del tubo es una fracción pequeña del volumen de la cámara Sistemas de gas en los que el volumen del tubo es comparable al volumen de cámara Sonda de presión de línea infinita 6.7 Pruebas dinámicas de sistemas de medición de presión 6.8 Medición de alta presión 6.9 Medición de baja presión (vacío) Medidores de diafragma Medidor McLeod Medidor Knudsen Medidores de transferencia de la cantidad de movimiento (viscosidad) Medidor de conductividad térmica Medidores de ionización Técnica del doble medidor 6.10 Medición del sonido Medidor de nivel de sonido Micrófonos Respuesta a presión de un micrófono de capacitor Intensidad acústica Emisión acústica 6.11 Sistemas multiplexores de señales de presión 6.12 Temas especiales Distribución de la presión Protección contra sobrepresión de medidores y transductores CAPÍTULO 7. MEDICIÓN DE FLUJO 7.1 Velocidad, magnitud y dirección del flujo local Visualización del flujo Magnitud de la velocidad determinada con un tubo Pitot estático Dirección de la velocidad con un tubo de derivación, una aspa pivotada y una esfera servo controlada Indicador de vector de viento dinámico Anemómetros de alambre y de película calientes Sensores de velocidad de tubo de choque de película caliente Anemómetro Doppler con láser de exploración (LDA, por sus siglas en inglés) 7.2 Gasto volumétrico bruto Calibración y patrones Medidores de área constante y caída de presión variable (Medidores de "obstrucción") Tubos de Pitot promediadores Medidores de área variable y caída de presión constante (Rotámetros) Medidores de turbina Medidores de desplazamiento positivo Bombas dosificadoras Medidores de flujo electromagnéticos Medidores de fuerza de arrastre Medidores de flujo ultrasónicos Medidores de eyección de vórtices Temas diversos 7.3 Gasto másico bruto Medidor de flujo volumétrico más medición de densidad Medidores de flujo másico directos CAPÍTULO 8. MEDICIÓN DE TEMPERATURA Y FLUJO DE CALOR 8.1 Patrones y calibración 8.2 Métodos de expansión térmica Termómetros bimetálicos Termómetros de líquido en vidrio Termómetros de presión 8.3 Sensores termoeléctricos (termopares) Termopares comunes Consideraciones sobre uniones de referencia Materiales, configuraciones y técnicas especiales 8.4 Sensores de resistencia eléctrica Sensores conductores (termómetros de resistencia) Sensores de semiconductor en masa (termistores) 8.5 Sensores de semiconductor de unión 8.6 Termómetros digitales 8.7 Métodos de radiación Fundamentos de la radiación Detectores de radiación: térmicos y fotónicos Termómetros de radiación de banda ancha (CD) no recortada Termómetros de radiación de banda ancha (CA) interrumpida (recortada) Termómetros de radiación de banda selectiva (fotónicos) recortada (CA) Termómetros de radiación de balanceo nulo automático Termómetros de radiación de brillantez monocromática (pirómetros ópticos) Termómetros de radiación de dos colores Termómetro de radiación de fibra óptica con punta de cuerpo negro Medición de temperatura fluoróptica Sistema de formación de imágenes infrarrojas 8.8 Problemas de medición de temperatura en el flujo de fluidos Error por conducción Error por radiación Efectos de la velocidad 8.9 Respuesta dinámica de los sensores de temperatura Compensación dinámica de los sensores de temperatura 8.10 Sensores del flujo de calor Sensores tipo trozo de metal (calorímetros) Sensores de estado estacionario o asintóticos (medidor Gardon) Consideraciones sobre aplicación CAPÍTULO 9. MEDICIONES VARIAS 9.1 Medición de tiempo, frecuencia y ángulo de fase 9.2 Nivel de líquido 9.3 Humedad 9.4 Composición química 9.5 Medición de corriente y potencia 9.6 Uso de "observadores" para medir variables inaccesibles en un sistema físico 9.7 Combinación de sensores (filtrado complementario) Medición de ángulo absoluto PARTE 3. MANIPULACIÓN, TRANSMISIÓN Y REGISTRO DE DATOS CAPÍTULO 10. DISPOSITIVOS PARA MANIPULACIÓN, CÁLCULO Y COMPENSACIÓN 10.1 Circuitos puente 10.2 Amplificadores Amplificadores operacionales Amplificadores para instrumentación Amplificadores de transconductancia y de transimpedancia Problemas de ruido, blindaje y puesta a tierra Amplificadores con interruptor periódico, estabilizados por interruptor periódico y de portadora Amplificadores de carga y convertidores de impedancia Observaciones importantes y conclusiones 10.3 Filtros Filtros pasabajas Filtros pasaaltos Filtros pasabanda Filtros supresores de banda Filtros digitales Un filtro pasabanda hidráulico para un transductor oceanográfico Filtros mecánicos para acelerómetros Filtrado por promedio estadístico 10.4 Integración y diferenciación 10.5 Compensación dinámica 10.6 Sistemas de posicionamiento 10.7 Adición y sustracción 10.8 Multiplicación y división 10.9 Generación de funciones y linealización 10.10 Modulación y desmodulación de amplitud 10.11 Convertidores de voltaje a frecuencia y de frecuencia a voltaje 10.12 Convertidores analógico a digital y digital a analógico; amplificadores de muestreo y retención 10.13 Analizadores de señales y de sistemas (analizadores de espectro) CAPÍTULO 11. TRANSMISIÓN DE DATOS Y CONECTIVIDAD DE LOS INSTRUMENTOS 11.1 Transmisión por cable de señales analógicas de voltaje (tensión) y de corriente 11.2 Transmisión de datos digitales por cable 11.3 Transmisión de datos por fibra óptica 11.4 Radiotelemetría 11.5 Transmisión neumática 11.6 Sincrosistemas repetidores de posición 11.7 Transformadores de anillos colectores y rotatorios 11.8 Conectividad de los instrumentos 11.9 Almacenamiento de datos con reproducción retrasada (una alternativa para la transmisión de datos) CAPÍTULO 12. APARATOS INDICADORES Y REGISTRADORES DE VOLTAJE 12.1 Patrones y calibración 12.2 Voltímetros analógicos y potenciómetros 12.3 Voltímetros y multímetros digitales 12.4 Registradores electromecánicos XT y XY del tipo de servomecanismo 12.5 Registradores de matriz térmica y sistemas de adquisición de datos 12.6 Osciloscopios y presentaciones visuales de rayos catódicos, analógicos y digitales, y presentaciones visuales de panel plano y cristal líquido 12.7 Instrumentos virtuales 12.8 Grabadoras/reproductoras de cinta magnética y de disco CAPÍTULO 13. SISTEMAS DE ADQUISICIÓN DE DATOS PARA COMPUTADORAS PERSONALES 13.1 Características esenciales de las tarjetas de adquisición de datos 13.2 El software de adquisición y procesamiento de datos DASYLAB Los módulos funcionales de DASYLAB Lista y descripción breve de los módulos funcionales 13.3 Ejemplo número uno de simulación de DASYLAB Simulación de las señales del sensor y su registro en función del tiempo Detención de un experimento en un tiempo seleccionado Opciones del registrador de gráficas Producción de tablas o listas Medidores analógicos y digitales Algunas operaciones sencillas de procesamiento de datos Integración y diferenciación 13.4 Ejemplo número dos de simulación de DASYLAB 13.5 Ejemplo número tres de simulación de DASYLAB 13.6 Un experimento sencillo del mundo real usando DASYLAB CAPÍTULO 14. SISTEMAS DE MEDICIÓN APLICADOS A LA MICRO Y NANOTECNOLOGÍA 14.1 Sensores de microescala 14.2 Sistemas de posicionamiento por micromovimiento 14.3 Instrumentos detectores de partículas y tecnología de cuarto limpio 14.4 Mediciones de presión parcial en procesos al vacío 14.5 Sistemas de levitación magnética para transportadores de obleas 14.6 Microscopio de sonda de exploración
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EQUIPO DE CONTROL INSTRUMENTOS DE MEDIDA MEDIDA REGULADORES