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Tema 02: Introducción a la instrumentación electrónica
1M. en C. Edgardo Adrián Franco Martínez 
http://www.eafranco.com
edfrancom@ipn.mx
@edfrancom edgardoadrianfrancom
http://www.eafranco.com/
mailto:edfrancom@ipn.mx
Contenido
• Definiciones previas
• Introducción
• Medir
• Cadena de medida
• Instrumentación electrónica
• La instrumentación electrónica en el control de procesos
• Componentes de un sistema generalizado de medida
• Telemetría
• Otras utilidades de los sistemas de medida
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Definiciones previas
• Sensor: Dispositivo capaz de detectar magnitudes físicas o
químicas, y transformarlas en variables eléctricas bien definidas y
caracterizadas.
• Transductor: Dispositivo capaz de transformar o convertir un
determinado tipo de energía de entrada, en otra de diferente a la
salida.
• Corriente: Es el flujo de carga (movimiento de electrones) por
unidad de tiempo que recorre un material.
• Voltaje: Es una magnitud física que cuantifica la diferencia de
potencial eléctrico entre dos puntos.
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• Variable física: Es la magnitud de algo que puede influir en el
estado de un sistema físico. p.g. peso, velocidad, fuerza, etc. Las
magnitudes pueden ser escalares o vectoriales.
• Medir: Asignar un valor numérico a una magnitud concreta, de
acuerdo a una regla bien definida.
• Error: Juicio, valoración o resultado que contraviene el criterio que
se reconoce como válido.
• Muestreo: Tomar distintas mediciones de una variable a tiempos
discretos.
• Control: Área de la ingeniería que estudia sistemas que pueden
regular su propia conducta o la de otro sistema con el fin de lograr
un funcionamiento predeterminado, de modo que se reduzcan las
probabilidades de fallos y se obtengan los resultados buscados.
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• Automatización: Área de la ingeniería que estudia sistemas o
elementos computarizados y electromecánicos para controlar
maquinarias y/o procesos industriales de manera autónoma.
• Actuador: Es un dispositivo capaz de influenciar sobre un
entorno, a través de transformar energía hidráulica, neumática o
eléctrica en la activación de un componente capaz de activar
partes de un proceso, p.g. encender un ventilador, abrir una
válvula, etc.
• Instrumentación: Área de la ingeniería que trata de la medición
para el control de procesos, con base en instrumentos de
medición.
• Electrónica: La electrónica es la rama de la física y especialización
de la ingeniería, que estudia y emplea sistemas cuyo
funcionamiento se basa en la conducción y el control del flujo de
los electrones u otras partículas cargadas eléctricamente. 5
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Introducción
• ¿Qué es una medida?
• La medida consiste en la determinación de una magnitud por
comparación estándar. Si utilizamos los sentidos, la percepción y la
medida de magnitudes físicas no puede realizarse con precisión ya
que no todos percibimos de la misma manera, además de que
nuestros sentidos son limitados .
• P.g. No escuchamos sonidos mayores a 20kHz, no vemos ondas
electromagnéticas fuera del espectro visible.
• Los instrumentos son capaces de cuantificar de forma
sistemática.
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• Nuestro entorno diario se encuentra rodeado por instrumentos de
medida. El más ubicuo es el reloj, pero en las casas abundan los
termómetros y otros. Los tableros de los coches están llenos de
indicadores de velocidad, revoluciones, nivel de gasolina, etc.
• Un instrumento de medición, es aquel conjunto de elementos que
forman un instrumento, capaz de convertir una variable física en
una señal o indicación a ser interpretada por sistema externo
(usuario) con mayor facilidad.
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Medir
• Medir es asignar un valor numérico a una magnitud concreta
(tensión, corriente, potencia, resistencia...), de acuerdo con una
regla predeterminada que esté basada en la experimentación. Toda
medida implica cuando menos tres funciones:
1. Detectar la magnitud de interés, empleando si hace falta un
transductor, o un sensor que ofrezca una señal eléctrica útil a partir
de la señal de entrada;
2. Procesar la señal obtenida por el detector para extraer la
información deseada y ofrecerla al indicador en forma de una señal
adecuada;
3. Presentar la lectura, almacenarla, o transmitirla, o varias acciones a
la vez.
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Cadena de medida
• Cadena de medida es el conjunto de elementos que constituye el
camino que recorre la señal de medida desde la entrada hasta la
salida.
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Instrumentación electrónica
• "La instrumentación comprende todas las técnicas, equipos y
metodologías relacionadas con el diseño, la construcción y la
aplicación de dispositivos físicos para mejorar, completar y
aumentar la eficiencia de los mecanismos de percepción del ser
humano"
• Entre los instrumentos, gozan de especial interés aquellos que
utilizan técnicas electrónicas para realizar la medida. Por ello, una
de las tecnologías de instrumentación más avanzadas es la
instrumentación electrónica que es la técnica que se ocupa de la
medición de cualquier tipo de magnitud física, de la conversión
misma a magnitudes eléctricas y de su tratamiento para
proporcionar la información adecuada a un sistema de control, a
un operador o ambos.
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Variables y señales
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ez• La información de las variables a medir o que se
pretenda capturar se almacenan en algún tipo de
variable eléctrica, generalmente tensión. Esa
variable eléctrica es lo que se denomina señal.
• La naturaleza de las variables y de las señales que las
contienen pueden ser igual o distinta: el primer caso,
la variable y la señal coinciden o son proporcionales,
mientras que en el segundo, la variable es
almacenada dentro de algunos de los parámetros de
la señal.
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• Variables analógicas: Cuando los datos constituyen
matemáticamente un conjunto denso; i.e. puede tener cualquier
valor dentro de un intervalo determinado.
• Variables digitales: Cuando los datos constituyen un conjunto
finito de valores, normalmente representados en sistema binario.
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• Las señales igual que las variables, pueden clasificarse según el
mismo criterio, obteniendo señales analógicas y señales digitales.
• Sin importar de si se trata una señal digital o analógica, esta
puede contener variables tanto digitales como analógicas.
• Una señal analógica v(t), puede contener información x(t) en
cualquiera de los parámetros que la definen.
• Valor instantáneo
• Amplitud
• Frecuencia
• Fase
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• Valor instantáneo: La variable contenida coincide con la señal o es
proporcional a ella.
• v(t)= K x(t)
• Amplitud: En el caso de ser una señal periódica.
• v(t)=K' x(t) sen(ωt)
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• Frecuencia: En el caso de una señal periódica.
• v(t)= A sen(K' 'x(t)t)
• Fase: v(t)=A sen(ωt+K'''x(t))
La instrumentación electrónica en el 
control de procesos
• La instrumentación electrónica cobra su máximo protagonismo en
el entorno industrial y adquiere una relevancia especial en lo que
hace referencia al control de procesos. La realidad es que las dos
disciplinas (instrumentación y control), están fuertemente
relacionadas, desde el diseño y aplicación de un sistema completo
de medición y control.
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Salida
SISTEMA DE 
CONTROL
PLANTA O 
PROCESO
OPERADOR
Consigna Entrada
Sistema de control genérico
INSTRUMENTACION
ELECTRÓNICA
• El objetivo de un sistema de control es obtener una salida o
respuesta que coincida con la que pretende el operador pero sin
que intervenga directamente sobre el sistema. Para ello el operador
proporciona consignas o variables de control, que le permiten
especificar la respuesta deseada de la planta. A partir de estas
señales, el sistema de control genera las denominadas señales de
mando que son las que actúan sobre la planta con el objetivo de
modificar la salida del proceso.
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Salida
Sistema de control en lazo abierto
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PLANTA O 
PROCESO
OPERADOR
Consigna Entrada
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ESSeñales de 
mando
Potencia
DISPOSITIVOS DE SEÑAL DISPOSITIVOS DE POTENCIA
• En un sistema de control en lazo abierto, a cada consigna le
corresponde un modo de funcionamiento fijo. Este método
se utiliza cuando se conoce de antemano la relación entre
la entrada y la salida y no existen perturbaciones de ningún
tipo.
• Una perturbación es una señal que modifica negativamente
la salida de un sistema. Si sobre un sistema se producen
perturbaciones impredecibles, los sistemas de control en
bucle abierto, no pueden corregir la situación, ya que el
sistema de control no recibe información sobre este hecho.
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Sistema de control en lazo abierto
SISTEMA DE 
CONTROL
PLANTA O 
PROCESO
OPERADOR
Consigna Entrada
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ESSeñales de 
mando
Potencia
DISPOSITIVOS DE SEÑAL DISPOSITIVOS DE POTENCIA
INSTRUMENTACION
ELECTRÓNICA
• En un sistema de control realimentado, ahora el operador fija las
variables denominadas consigna o de referencia, y el sistema de
control genera las señales de mando adecuadas para conseguir
que la salida del proceso, variable regulada, se mantenga en el
valor deseado a pesar de las perturbaciones exteriores. Esto es
posible, ya que se alimenta al controlador de una "señal de
error", que es la diferencia entre la señal de referencia y la señal
de realimentación.
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SISTEMA DE 
CONTROL
PLANTA O 
PROCESO
OPERADOR
Consigna Entrada
Sistema de control en lazo cerrado o realimentado
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ESSeñales de 
mando
NODO 
SUMA
Señale de 
error
+
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Variable regulada
Salida
• En este caso la instrumentación se requiere para monitorear las
variables de la planta o proceso para alimentar la operación de
control.
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SISTEMA DE 
CONTROL
PLANTA O 
PROCESO
OPERADOR
Consigna Entrada
Sistema de control en lazo cerrado o realimentado
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ESSeñales de 
mando
NODO 
SUMA
Señale de 
error
+
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Variable regulada
Salida
INSTRUMENTACION
ELECTRÓNICA
• Cuando a una planta se le aplica un control automático
realimentado, el interés de la instrumentación electrónica
radica en las técnicas y procedimientos que esta disciplina
aporta para medir la variable de proceso e informar al
sistema de control.
• El conocimiento del estado de un proceso se realiza a través
de la medida de sus variables, y esa labor se realiza a través
de procedimientos electrónicos de instrumentación,
diseñando un sistema/instrumento de medida.
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Componentes de un sistema/instrumento 
generalizado de medida
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Sistema 
físico
Sensor
Transductor
Acoplamiento 
(Acondicionamiento de señal)
Presentación / 
Transmisión/ Toma 
de datos
Amplificación
Transformación A-D
Modulación/demodulación
Cadena de medida generalizada
• El sistema físico, es aquel de cuyas magnitudes físicas se quiere
medir.
• En el extremo final se encuentra el sistema que permite al usuario
tomar nota o almacenar la medida, es decir el sistema de
presentación o toma de datos.
• En los sistemas modernos, la presentación y/o toma de datos se
hace de forma electrónica, por lo que la variable física a medir
debe transformarse previamente en una señal eléctrica.
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• La conversión de la magnitud física de interés en una señal
eléctrica del nivel adecuado para la presentación y/o toma de
datos se realiza en dos etapas.
1. En la primera etapa dicha magnitud física se convierte, mediante
un transductor en otra magnitud de tipo eléctrico (por ejemplo
una resistencia eléctrica).
2. En la segunda etapa, un acondicionador de señal incluye la
circuitería necesaria para convertir la magnitud característica del
transductor en una señal eléctrica de nivel adecuado.
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Transductor
Acondicionador 
de señal
Telemetría
• La telemetría permite la medición remota de magnitudes físicas y
el posterior envío de la información hacia el operador del sistema.
• Se utilizó por primera vez en 1915, a mediados de la primera
guerra mundial, por el alemán Khris Osterhein y el italiano
Francesco DiBuonanno para medir a qué distancia se encontraban
objetivos de artillería.
• La palabra telemetría procede de las palabras griegas τῆλε (tele),
que quiere decir a distancia, y la palabra μετρον (metron), que
quiere decir medida.
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• El envío de información hacia el operador en un sistema de
telemetría se realiza típicamente mediante comunicación
inalámbrica, aunque también se puede realizar por otros medios
(teléfono, redes TCP/IP, enlace de fibra óptica, etcétera). Los
sistemas de telemetría reciben las instrucciones y los datos
necesarios para operar mediante desde el Centro de Control
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• La telemetría se utiliza en grandes sistemas, tales como naves
espaciales, plantas químicas, redes de suministro eléctrico, redes
de suministro de gas entre otras empresas de provisión de
servicios públicos, debido a que facilita la monitorización
automática y el registro de las mediciones, así como el envío de
alertas o alarmas al centro de control, con el fin de que el
funcionamiento sea seguro y eficiente. Por ejemplo, las agencias
espaciales como la NASA, la Q.K, la ESA y otras, utilizan sistemas
de telemetría y de telecontrol para operar con naves espaciales y
satélites.
• La Telemetría se utiliza en infinidad de campos, tales como la
exploración científica con naves tripuladas o no (submarinos,
aviones de reconocimiento y satélites), diversos tipos de
competición (por ejemplo, Fórmula 1 y MotoGP), o la operación
de modelos matemáticos destinados a dar sustento a la
operación de embalses. 27
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• En las fábricas, oficinas y residencias, el monitoreo del uso de
energía de cada sección o equipo y los fenómenos derivados
(como la temperatura) en un punto de control por telemetría
facilita la coordinación para un uso más eficiente de la energía.
• Una aplicación muy importante de la telemetría es la perforación
de pozos petrolíferos; ésta se utiliza para la medición con
herramientas navegables MWD1 y LWD.2 Se utiliza básicamente
la telemetría de pulso de lodo, que se transmite a través de la
tubería de perforación por medio del lodo de perforación.
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Otras utilidades de los sistemas de 
medida
• Redes de monitoreo: Una red de monitoreo es un sistema
compuesto por:
• Sensores de la variable física que se quiere monitorizar
• Codificadores de la información medida
• Transmisores de la información
• Decodificador de la información
• Equipo de cómputo destinado a almacenar y procesar la información
capturada por los sensores
• Redes de sensores: Una red de sensores es una red de
computadoras de bajo costo (nodos), equipados con sensores, que
colaboran en una tarea común.
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• Sistemas electrónicos para el cuidado de la salud
• Sistemas pensados para dar seguimiento al bienestar de las personas
con el fin de que se pongan en contacto automáticamente con los
médicos en caso de ser necesario.
• Frecuentemente se trata de sistemas organizados en una BAN (body-
area network).
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