Instrumentation system 

design

ECE211

Need of instrumentation 

•  Modern industry relies heavily on automation for 

economy and mass production. With the advent of 

new processes and increased automation in industry 

the precise measurement and control of various 

parameters is of paramount importance. Hence 

industrial production goes hand in hand with 

instrumentation.

• Instrumentation is that branch of engineering which 

deals with measurement and control of large number 

of variables embracing the disciplines of physical 

sciences like physics and chemistry, and engineering 

disciplines like electrical, mechanical, electronics, 

communication, computer, chemical etc. It may be 

treated as a multi disciplinary branch of engineering. 

Instrumentation

• Technology of measurement
• Instrument : a device or mechanism 

used to determine the present value or 
the quatity under measurement.

• Measurement is the process of 

determining the amount or degree by 
comparison with the accepted 
standards of the system units being 
used.

A Laboratory Instrument 

may have 

• Some thing as an input – Input Signal from user

1. Voltage / Current,
2. Speed, Colour, Light
3. Conductivity.

• Some thing to work with this input – Processing

1. Amplify,
2. Filter,
3. Convert to other form. 

• Some output – End product back to user

1. Display end result,
2. Control some device,
3. Make it available for other instrument.

Laboratory Instrument – 

overview

• Electrical – Oven, Furnace, Water bath
• Optical – Microscopes, Spectrometer
• Electronic – Signal generator, Multimeter, CRO, 

Power supplies, Frequency Counters, Stabilizers, 

UPS

• Opto-Electronic – Lux(Light) meter, Colorimeter
• Chemical – pH meter, Conductivity meter, Water 

quality Analyser

• Analytical – Spectrophotometer, Flame 

photometer

• Other – OHP, X-Y Recorders, Experimental Gadgets

Performance 

Characteristics

1. Static : The characteristics involved in the 
measurement of quantities that are either 
constant or slowly varying with time.

2. Dynamic: The characteristics involved in 
the measurement of quantities that fluctuate 
with time.

Static characteristics

• Accuracy: It is defined as closeness with which an 

instrument reading approaches true value of 

quantity being measured.

• Precision: It is measure of the degree of 

agreement within group of measurement.

• Sensitivity: This is ratio of the magnitude of 

output signal or response to input signals being 

measured.

• Resolution: The smallest change in the measured 

variable to which an instrument will respond.

• Static errors: It is defined as difference between 

the measured value & true value of the quantity.

Difference between accuracy 

and precision

Error

• Diffence b/w the expected value and 

measured vlue of the variable.

If,

True value or expected value, Y

n

Measured value, X

n

Absolute Error, e = Y

n

- X

n

%error = (Absolute value/expected 

value) *100

Types of error

• Static Error

1.Gross Error: 

improper use of instrument, Inst. Change ambient            

conditions when connected into a complete ckt.

2. Systematic Error: 

due to shortcomings of instruments (defective,           

                         ageing or env effects)

i) Instrumental Error: 

b’coz of there mechanical structure

ii) Environmental Error: 

change in humidity, temp.,  magnetic or 

electrostatic fields

iii) Observational Error: 

introduce by observer. (Parallax 

error and error of estimation) 

3. Random Error: 

due to unknown causes. Are small and follow the law 

of 

probability